《Science》12月最受關注的文章

　　美國的《Science》雜志由愛迪生投資創辦，是國際上著名的自然科學綜合類學術期刊，與英國的《Nature》雜志被譽為世界上兩大自然科學頂級雜志。Science雜志主要發表原始性科學成果、新聞和評論，許多世界上重要的科學報道都是首先出現在Science雜志上的，比如艾滋病與人類免疫缺陷病毒之間的關系，標志性基因組研究成果等。Science雜志近期下載量最多的文章包括：

　　Analysis of Fusobacterium persistence and antibiotic response in colorectal cancer

　　雖然有關腸道菌群可能在人結直腸癌發展過程中發揮重要作用的說法由來已久，但科學家們對其中的具體過程和分子機制并不清楚。來自哈佛醫學院，麻省總醫院等處的研究人員證實患有結直腸癌（CRC）患者體內的原發性腫瘤與轉移腫瘤中存在相同的細菌，而且這些細菌與腫瘤的生長密切相關，小鼠實驗也表明如果通過抗生素處理細菌，也能減少腫瘤的增殖。

　　麻省總醫院的Matthew Meyerson等人分析了人類結直腸癌與具核梭桿菌等相關微生物組之間的關聯，他們分析的細菌包括擬桿菌屬(Bacteroides)、新月形單胞菌屬(Selenomonas)、普雷沃菌屬(Prevotella)，發現在轉移性腫瘤中的菌株與同一人的原發性腫瘤中發現的菌株高度相似，這說明原發和轉移性腫瘤之間的微生物群保持著一定的穩定性。反過來說，那些在原發性腫瘤中沒有具核梭桿菌的患者，他們的轉移性腫瘤中也缺乏具核梭桿菌。

　　之后，當研究人員將具核梭桿菌陽性的腫瘤移植到小鼠體內時，這些腫瘤就開始增殖，但具核梭桿菌陰性的腫瘤則無法生長。同時研究人員利用抗生素（甲硝唑）治療具核梭桿菌陽性的小鼠腫瘤，結果發現腫瘤內的這種細菌數量減少了，腫瘤生長也減緩了。

　　由此研究人員認為，腫瘤相關的細菌可以搭著癌細胞的“便車”，達到擴散增殖的器官，也許還能幫助這些癌細胞定植。首次證明細菌可以幫助癌癥轉移

　　Spatiotemporal gene expression trajectories reveal developmental hierarchies of the human cortex

　　人類大腦被稱為世上最復雜的物質，里面有860億錯綜復雜的、相互連接的神經元和數量同樣龐大的膠質細胞。

　　有史以來人們對這一神秘器官一直充滿好奇：它能生產浪漫的愛情詩歌，也能生產嚴謹的科學公式。由最初小小的胚胎和一點干細胞出發，成熟的大腦從何而來？

　　加州大學舊金山研究所三名年輕學者Tomasz Nowakowski、Alex Pollen、Aparna Bhaduri和他們的博后導師腦發育研究專家Arnold Kriegstein等人，向前邁出了關鍵的一步。人腦單細胞基因表達地圖訴說驚人發現

　　Spindle asymmetry drives non-Mendelian chromosome segregation

　　賓夕法尼亞大學的研究小組通過小鼠卵母細胞（卵細胞的前身）實驗，發現了一個驅動減數不對稱分裂的分子信號。證明女性卵細胞存在“右傾”偏見。

　　幾十年來，科學家們冥冥之中感覺到減數分裂過程中的各種遺傳因素似乎參與了一場無聲的戰斗。因為，有些基因傳遞的幾率高于“偶然概率”，這一現象的專業術語是“減數分裂驅動或比偏移（meiotic drive）”

　　“我們一般優先考慮外在影響驅動的自私基因，意味著這些基因可能使你活得更長，或繁殖更多，或殺死更多敵人，或更容易被傳播等等，”賓大文理學院副教授、文章通訊作者Michael Lampson說。“但另一方面，我們認為也有可能是基因本身的問題，基因自身是通過競爭進入精子/卵子的。雖然種種跡象表明，這很有可能，但我們并沒有真正理解它的發生機理。”研究小組推斷，這可能是細胞分裂時的一種物理機制。看完這篇《Science》我竟無言以對，居然連性細胞都有偏見了！

　　A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia

　　近日，研究人員對一個女性尼安德特人的基因組進行了完整測序，這些骨骼碎片來自克羅地亞的凡迪亞（Vindija）洞穴，距今大約有5萬年。這一成果發表在《Science》雜志上，證實了有關尼安德特人的若干推測，也揭示了該人種對現代人基因的影響。

　　這個基因組是迄今為止第二個高質量的尼安德特基因組，能夠可靠地揭示DNA在何時何地從尼安德特人傳播到現代人，以及它可能引起或預防哪些疾病。“這真是太令人興奮了，因為擁有兩個尼安德特基因組的好處可不止兩倍，”范德堡大學的進化學家Tony Capra說。

　　第一個尼安德特基因組來源于凡迪亞洞穴的三名個體。幾年后，研究人員對另外兩個尼安德特基因組進行了測序，僅得到一組高質量的數據，它們來自在西伯利亞發現的阿爾泰尼安德特人，距今約12萬年前。基因組信息表明，尼安德特人曾與走出非洲的智人雜交，因此歐洲和亞洲人攜帶痕量的尼安德特DNA，而非洲人沒有。

　　那么，關鍵的問題來了：這么古老的DNA在現代人類中發揮什么作用？研究人員通過基因組序列分析，發現了大約20多個尼安德特基因變異，它們影響現代人的抑郁癥、脂肪積累、過敏、皮膚病變、免疫疾病及其他疾病的風險。

　　Molecular and cellular reorganization of neural circuits in the human lineage

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　　《Science》雜志刊登了他們對大量人類、黑猩猩和猴子大腦組織樣本的基因表達研究，結果提示人腦不僅是高級版本的靈長類祖先大腦，而且還充滿了令人驚訝的差異。

　　“我們的大腦比黑猩猩或猴子大三倍，腦細胞更多，因此處理能力更強，”文章共同一作、神經學家Nenad Sestan實驗室的博后研究員Andre M.M. Sousa說。“我們發現，不僅宏觀上存在差異，微觀個體細胞的功能和連接形式 也存在明顯的小差異。”

　　研究人員觀察發現，靈長類動物的16個腦區基因表達都高度相似，甚至包括人類有別于其他猿類的高階學習場所“前額葉皮層”。人類大腦為什么有別于其他物種？

　　Major role of nitrite-oxidizing bacteria in dark ocean carbon fixation

　　與電影中呈現的光怪陸離的海洋世界不同，水深200米以下的深海終年黑暗，陽光完全不能透過。不過，即使沒有光合作用，深海仍是地球上大部分碳循環活動的發生地。至于微生物如何推動二氧化碳、蛋白質、碳水化合物和脂類等碳化合物的轉化，目前還不大清楚。

　　發表于《Science》雜志的一項研究中，美國比格羅海洋學實驗室的研究人員利用單細胞基因組學和基于群落的多組學技術，發現了一些關鍵的細菌，它們負責了深海地區二氧化碳的轉化和固定。

　　研究人員從全球40個地點采集海水樣本，分析中層帶（水下200-1000米）的微生物群落組成。利用單細胞測序和群落宏基因組測序，他們研究了近3,500種細菌和古細菌的基因組。結果表明，負責碳捕獲的微生物主要屬于一個稱為Nitrospinae的門。單細胞測序揭示深海中的重要細菌

　　Kinetics of dCas9 target search in Escherichia coli

　　CRISPR-Cas9基因組編輯系統通過一個小RNA引導目標DNA序列搜尋。為了讓引導RNA結合靶位，Cas9必須解開所搜查位置的DNA雙螺旋。

　　“大多數蛋白只能通過感知DNA雙螺旋外部結構來識別特定DNA序列。Cas9卻能識別任意代碼，但是，為了確定位置是否正確，它需要打開DNA雙螺旋，用程序代碼比較序列。令人難以置信的是，它可以在不使用能量的情況下搜索整個基因組，”項目負責人Johan Elf說。

　　研究人員用兩種方法測量了Cas9找到目標序列的時間。一種方法（批量限制保護試驗）顯示，Cas9搜索大腸桿菌約400萬個堿基的基因組用時6個小時。通過第二種獨立技術（單分子熒光法）標記Cas9分子實時跟蹤每個搜尋位置耗時（每個潛在目標大約不到30毫秒），驗證了第一種方法的結論。

　　“結果顯示，Cas9為它的靈活性付出了時間代價。如果想更快找到目標，就需要更多的尋找相同DNA序列的Cas9分子參與，”Johan Elf說。《Science》論述Cas9的靈活性

　　Interacting amino acid replacements allow poison frogs to evolve epibatidine resistance

　　地棘蛙素（epibatidine）是毒青蛙皮膚提取物，可與神經受體結合導致高血壓、癲癇甚至死亡。研究人員發現，青蛙防止被自身毒液毒死的關鍵在于一個受體蛋白的3個氨基酸突變，該蛋白總大小為2500個氨基酸。不僅如此，分析毒蛙進化，相同的突變恰好獨立地出現了三次。

　　“進化出毒物的作用是盡可能地避免被捕食，”文章共同一作德州大學Austin分校的博后研究員Rebecca Tarvin說。“但仍有許多動物都沒有毒性，為什么呢？我們的工作表明，其中一個最大的制約因素是，生物體是否也能進化出抵抗自身毒素的能力。我們在三個不同青蛙種群中發現了相同的進化模式。這就是生命進化之美。”Science：為什么毒蛙毒不死自己？