《PNAS》八大热点文章

　　

生物通报道：《PNAS》（美国国家科学院院刊）是与Nature、Science齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学，主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章（生物类）如下：

Genetic variation of DNA methyltransferase-3A contributes to protection against persistent MRSA bacteremia in patients

杜克大学研究人员领导的一项新研究发现，一种遗传倾向似乎增加了个体成功对抗耐药性超级细菌MRSA（耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌）感染的可能性。

这一研究发现公布在PNAS杂志上，为解决困扰患者已久的超级细菌问题提出了重要见解，解释了为何一些人容易被MRSA感染，并且这一发现也有助于研发新的更好的治疗方案的开发。

Fowler及其同事根据年龄，性别，健康状况和MRSA感染等因素分析了两组密切匹配的患者。这68名患者一半患有持续的MRSA感染，一半能够从血液中清除感染。

他们对患者进行全外显子组测序，发现大约62％清除MRSA感染的患者中明显有一种遗传变异，而持续感染患者仅为9％。

这种基因突变位于染色体2p的DNMT3A区域，似乎能帮助患者的免疫反应更好地解决他们的MRSA感染问题。

关键免疫因子：DNMT3A突变能影响一种抗炎细胞因子：IL-10，这种因子可降低宿主对金黄色葡萄球菌感染的反应。研究人员发现，尽管适量的IL-10对于调节宿主反应至关重要，但过多的IL-10会引发组织损伤甚至死亡。

在那些具有基因突变的人群中，IL-10的血清水平被密切调控，表明宿主免疫应答能更好地清除MRSA感染。

研究人员通过抑制调节基因的甲基化来测试动物模型，结果表明这会增加对葡萄球菌感染的易感性。

Multiple health and environmental impacts of foods

明尼苏达大学和牛津大学的一项最新研究表明，健康饮食的广泛适应性能显著减少农业，粮食生产对环境的影响。

这是科学家们第一次将食品对健康的影响与对环境的总体影响联系在一起，相关研究发现公布在PNAS杂志上，他们得出的结论是，对健康有益的食品对环境的影响最小，其它不太健康的食品，如红肉对身体和环境都有害。

明尼苏达大学生态学，进化与行为学教授David Tilman表示：“构成我们饮食的食物对我们自身和我们的环境都有很大影响。这项研究表明，饮食健康也意味着饮食更加可持续。”

这一研究强调了联合国和其他机构关于人类饮食对环境影响的最新建议。联合国Intergovernmental Panel on Climate Change 8月的一份报告建议，个人应多吃植物性食品，以适应和限制日益恶化的气候变化。

明尼苏达大学食品，农业和自然资源科学学院的生物产品和生物系统工程学教授Jason Hill说：“这项研究表明，用更多营养的食品代替红肉可以大大改善健康和环境。”

“我们所有人都会考虑食用的食物对健康的影响。而我们现在知道，将营养作为优先考虑的方向，也将为地球带来益处。”

Maternal prenatal stress phenotypes associate with fetal neurodevelopment and birth outcomes

一般大家认为，怀孕期间的孕产妇压力会影响胎儿和儿童期的发育，出生时候的情况，而近期，哥伦比亚大学Vagelos医学院，纽约长老会医院的一组研究人员进一步确定了哪种或哪些生理和心理压力最重要。

研究人员还发现，这三组的最大区别在于孕妇从朋友和家人那里获得的社会支持。例如，孕妇获得的社会支持越多，她生男婴的可能性就越大。

当各组的社会支持在统计上均等时，对早产的压力影响就消失了。Monk说：“筛查抑郁和焦虑正在逐渐成为产前检查的常规内容。尽管我们的研究规模很小，但结果表明，增强社会支持可能是临床干预的有效目标。”

研究人员称，估计有30％的孕妇报告因工作压力或与抑郁和焦虑有关的心理压力。这种压力与早产的风险增加有关，早产的风险与后代的婴儿死亡率以及身体和精神疾病（例如注意力不足过动症和焦虑症）的发生率较高有关。

这项研究未研究孕妇的精神状态为何会特别影响胎儿。 “从动物研究中我们知道，暴露于高水平的压力下会增加子宫内皮质醇等压力激素的水平，进而影响胎儿，”Monk说，“压力也会影响母亲的免疫系统，导致变化影响胎儿的神经和行为发育。从我们的研究中可以清楚地看出，孕妇的心理健康不仅对她自己，而且对她的未来孩子都很重要。”

Transient induction of telomerase expression mediates senescence and reduces tumorigenesis in primary fibroblasts

马里兰大学和美国国立卫生研究院的一项新研究揭示了端粒酶的新作用。

端粒酶在正常组织中唯一已知的作用是保护某些经常分裂的细胞，如胚胎细胞，精子细胞，成体干细胞和免疫细胞。科学家认为端粒酶在所有其他细胞中被关闭，除了癌症肿瘤中，在癌细胞中，它能促进无限细胞分裂。

这项新研究发现可以使癌细胞“永生”的端粒酶也可以预防肿瘤，减缓正常细胞死亡的关键阶段。也就是说在衰老过程关键时刻，正常成体细胞中的端粒酶会重新激活，缓解细胞老化的压力，减少可能导致癌症的DNA损伤。

Identification of the expressome by machine learning on omics data

近年来遗传学迅猛发展，许多科学家们希望能借此找到一种清晰，快速的方法进行基因组序列扫描，找出各种可以表达的基因，和不能表达的基因。基因表达是基因内编码的信息，用于产生关键产物（如蛋白质）的过程。

然而令人惊讶的是，迄今为止这还只是一个希望。不过加州大学圣地亚哥分校的生物学家开发出第一个基于机器学习确定基因表达的系统。鉴于缺乏这种方法，新方法被认为是生物学家的一种遗传学“Rosetta Stone”（Rosetta Stone是一款专业的多媒体语言教学程序，可以提供有效的语言学习方法，生物通注）。

对于这项研究，他表示“这篇论文提出了区分是否可以表达的基因的第一种方法，这是所有生物学的基础。无论是药物发现还是植物育种或进化，都需要生物学的基础研究。”

生物学家之前已经通过实验观察和科学文献参考将基因表达分类。但是基因组学领域缺乏一种形式化的过程来揭示这种信息，称为“可表达基因集”，即EGS（expressible gene set），它包含所有可能表达的蛋白质编码基因。

“在生物学方面，没有办法做到这一点，”Briggs说，“过去我们只有制作目录的经验方法，还没有基于其分子特征对基因进行分类的科学标准。”

这一新方法利用机器学习，通过算法和其他过程来分析数据，并基于包含特定的，详细的分子特征的近30,000个基因的数据集，对数据进行了高级算法训练，让它“学会”将基因表达分类，完成精确度高达99.4％。

Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community
 
马里兰大学公共卫生学院环境卫生学教授Milton解释说：“我们发现，流感患者只通过呼吸就能向他周围的空气散布感染病毒，不需要咳嗽或打喷嚏。即使不咳嗽，流感患者也会产生感染源（长时间悬浮在空气中的微小液滴），特别是在患病的第一天。所以如果得了流感，患者应该回家而不是待在工作场所里感染其他人。”

Milton博士及其研究团队从142例确诊的流感患者的自然呼吸、讲话、自发咳嗽和喷嚏中捕获并鉴定出流感病毒。受试者分别在流感症状出现后的第一天、第二天和第三天提供218个鼻咽拭子和218个30分钟的呼气、自发性咳嗽和打喷嚏的样本。

对这些样品中分离的传染性病毒的分析表明，大量流感患者经常性地将感染性病毒（不仅是可检测的RNA）排放到足够小的悬浮颗粒中，造成空气传播的风险。令人惊讶的是，来自没有咳嗽的患者的23个细小的悬浮颗粒样本中有11个（48％）检测出病毒RNA，并且这11个中有8个含有感染性病毒，表明在没有咳嗽的情况下，悬浮颗粒也会携带感染性物质。另外还观察到，不管悬浮颗粒大或小，打喷嚏少并不会使颗粒携带的病毒RNA拷贝数更多，这表明打喷嚏对悬浮颗粒中的流感病毒脱落不起重要作用。

E-cigarette smoke damages DNA and reduces repair activity in mouse lung, heart, and bladder as well as in human lung and bladder cells

E-cig主要通过气溶胶传递刺激性的尼古丁，使吸烟者获得即时的满足。与含有亚硝胺和大量致癌化学物质的传统卷烟不同，电子烟的烟雾(ECS)含有尼古丁和相对无害的有机溶剂。事实上，了解E-cig的致癌性是一个紧迫的公共卫生问题。因为致癌物质在人类中诱发癌症需要几十年的时间，而动物模型和细胞培养模型是解决这个问题的合理选择。

纽约大学医学院环境医学教授Yang-shong Tang表示，在他们的实验中，让小鼠暴露在含有尼古丁和液体溶剂的电子烟蒸汽中，随后还将小鼠分开暴露在尼古丁和溶剂中。

人类和动物细胞中细胞色素p450酶可以代谢和转化NNK、NNAL和NNN，从而改变DNA和蛋白质。这一发现提出了一种可能性，即在任何特定时间内，在E-cig吸烟者的血液中检测到的这些亚硝胺水平可能严重低估了尼古丁的亚硝化水平。

Tang团队采用的方法是检测尼古丁诱导的DNA损伤，而不是检测亚硝胺水平，以解决ECS潜在的致突变和致癌作用。值得注意的是，在体内DNA损伤可以持续数小时甚至数天。因此，该方法不仅直接，而且对测定ECS的致癌性也更为敏感。

Tang说：“我们发现，单靠溶剂并不会造成DNA损伤。”研究人员还将人工培养的人类肺和膀胱细胞暴露于尼古丁，并发现了同样的效果——造成DNA损伤和抑制DNA修复。而且，这种损伤既可以从DNA上看出，也可以从自身修复的能力上看出来，使细胞更容易发生突变并发展成癌症。

Neural progenitor cells mediated by H2A.Z.2 regulate microglial development via Cxcl14 in the embryonic brain

小胶质细胞是脑中固有的免疫细胞，是脑中重要的免疫防线，保护大脑免受病毒细菌的入侵和破坏。小胶质细胞也在大脑的损伤、炎症和神经退行性疾病方面扮演着重要角色。小胶质细胞除了在成年生理病理条件下发挥作用外，还在脑发育的整个阶段都发挥着重要作用。小胶质细胞的这些重要作用与其在胚胎大脑皮层中特定的时空分布有关，但是在神经发生过程中小胶质细胞在脑中是如何发育的，神经干细胞是否会影响小胶质细胞的发育目前还不清楚。

中国科学院动物研究所焦建伟研究组通过对不同时期小鼠胚胎大脑进行切片染色观察发现，小胶质细胞在早期胚胎大脑中大量分布于神经干细胞丰富的室管膜区和室管膜下区（VZ/SVZ），而皮层板区域几乎没有分布。同时观察到组蛋白变体H2A.Z.2丰富表达于VZ/SVZ区域的神经干细胞中。

为了进一步研究在神经干细胞中敲除H2A.Z.2是否能够调控早期小胶质细胞的发育，研究人员通过在神经干细胞中特异敲除H2A.Z.2，发现敲除H2A.Z.2后会引起小胶质细胞在VZ/SVZ区域的异常增加。同时也发现H2A.Z.2缺失也促进了神经干细胞中的放射状胶质细胞向中间前体细胞转变。

（生物通）