本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

8月21日《Nature》（来自Natureasia）

封面故事：脂肪与肌肉之间的联系
人体中有两种类型的脂肪组织：一种是棕色脂肪，主要功能是燃烧卡路里，产生身体所需热量；另一种是白色脂肪，用来储存能量。现在，研究人员获得一个令人吃惊的发现：棕色脂肪是骨骼肌的一种衍生物。这一发现也许会促使我们去重新思考我们关于这两种组织之间关系的观点。以前，关于脂肪发育的大多数模型都认为，棕色和白色脂肪细胞来自同一种成脂肪前体细胞，但体内细胞系跟踪研究表明，棕色脂肪细胞起源于表达Myf5基因（迄今只在肌肉细胞中发现的一种标记）的成骨细胞。PRDM16（一种锌指蛋白，已知能够刺激棕色脂肪选择性基因表达）可强有力地调控肌肉与棕色脂肪之间的双向细胞命运转换。作为棕色脂肪细胞命运的一种支配性调控因子，PRDM16在治疗肥胖症上可能有潜在用途，能够诱导PRDM16在白色脂肪或肌肉前体中表达的化合物也可能有这种作用。本期封面所示为棕色脂肪，在其中，PRDM16的表达被shRNA抑制，肌肉细胞标记为红色，脂肪细胞和其他细胞类型标记为蓝色核。封面美术：Eric Smith。

丝盘虫基因组完成测序
丝盘虫（Trichoplax）经常是被认为是现存“最简单”的自由生活的动物，在关于早期动物起源的争论中处在中心位置。它是一种盘状的“扁盘动物”，直径约1毫米，首次是在一个水族馆的墙壁上被发现的。现在，丝盘虫的基因组已经完成测序和分析。这种动物保留了与刺胞动物和两侧对称动物最后共同祖先的很多特征，它们存在于距今超过6亿年前。但丝盘虫也还有决定发育模式和细胞类型的基因，这些细胞类型从未在该动物身上看到过，说明在其生命周期中也许还有尚未被发现的阶段。

黄金作为催化剂对颗粒尺寸的要求
体状黄金相当惰性。因此，一般来说，它作为化学反应的一种催化剂效果是非常差的。但如果将尺寸大小减小到几个纳米，黄金纳米颗粒便成为极为有效的氧化反应催化剂。这种行为的起源尚未被完全弄清。为了研究颗粒大小在催化活性中所起作用，Turner等人合成了直径大小从约为1.5纳米到超过30纳米的黄金纳米颗粒，并且发现了一个非常清楚的尺寸临界值：在大约2纳米以上，这些颗粒作为分子氧使苯乙烯发生环氧化反应的催化剂完全没有活性。这一反应不需要启动剂，支持媒介也是惰性的，所以这个效应似乎涉及黄金电子性质所发生的取决于尺寸的变化。活泼的颗粒来自特别稳定的由55个金原子组成的黄金团块，这种团块也许能够为适合实际应用的黄金催化剂的合成提供一个有用的起点。

自我毁灭性合作或“合作性自杀”
个体生物之间的合作，会是一个令人迷惑不解的现象，尤其是当合作中的主要成员不能存活时。这方面的例子包括一些微生物，它们会产生一些毒素或毒性因子，不产生这些物质的其他微生物可以利用这些物质，在这种情况下它们就会死亡。显然，对这种自我毁灭性合作或“合作性自杀”负责的基因，只有当其在它们载体的很小一部分上表达时才能长久存在。Ackermann等人提出一个关于自我毁灭性合作的演化的模型，该模型表明，这种稳定性的秘密在于合作性基因的表达性载体与非表达性载体之间的分配：非表达性载体必须能够优先享受由表达性载体所产生的“公共利益”。这个体系涉及毒性因子在病原体细菌鼠伤寒沙门氏菌的克隆细胞之间的可变表达。表型噪音导致毒性因子分化成两个亚组，它们彼此进行合作，来造成一次感染。

海底沉积物生物圈中古细菌占支配地位
近年来对来自海床下面深层的沉积物样品所做的研究工作，显示了一个以前隐藏的、巨大的深层微生物细胞生物圈。钻探考察的结果表明，这种生态系统包含一个相当多样化的细菌（Bacteria）和古细菌（Archaea）种群，但这两组微生物中哪一组居支配地位却一直是一个非常有争议的话题。根据对脂质（它们能够反映在来自大范围亚表层环境的亚表层沉积物中存在活细胞）所做研究进行的一项新的分析表明，在这个生态系统中居支配地位的是古细菌，而不是细菌。根据这项工作，研究人员还对该生物圈的大小做出了估计：其大小约为900亿吨。这个估计值与根据其他数据所做估计是一致的，基本上相当于全球植物生物质总量的1/5。

BMP-7与肥胖症的关系
BMP-7最初是作为一种骨诱导剂（bone inducer）被发现的，但它还有很强的肾再生和神经再生效应。现在，研究人员报告它能通过促进棕色（而不是白色）脂肪细胞的分化来调控体内能量平衡。BMP-7能够打开棕色脂肪的调控因子，包括PRDM16（见封面故事）和成脂肪转录因子，并且刺激线粒体的生物生成。BMP-7在小鼠体内的异位表达能增加棕色（而不是白色）脂肪质，导致能量消耗增多和体重增加减慢。这些结果对于肥胖症的治疗显然有参考价值。

EspFu激发宿主肌动蛋白机器的机制
大肠杆菌菌型O157:H7是大肠杆菌的一种肠出血性菌种，能通过感染小肠上皮层引起严重的胃肠疾病。细菌效应子蛋白EspFu能诱导肌动蛋白基座的形成，后者是细菌粘附所需要的。本期Nature上两篇相关的论文阐述了EspFu激发宿主肌动蛋白机器的机制。Sallee等人所做的一项生化分析表明，EspFu能激发宿主的WASP (Wiscott–Aldrich syndrome protein)肌动蛋白成核因子家族，这些成核因子正常情况下是由GTP酶Cdc42激发的。Hui-Chun Chen等人从结构角度进行了研究，提供了关于EspFu 和 N-WASP之间的结合互动及其激发的详细信息。EspFu模仿N-WASP内的一个自抑制元素来诱导其激发，导致肌动蛋白的组装。这个机制可以确保EspFu专门激发WASP，而不是全部Cdc42目标。

与线虫交媾塞有关的一个基因
线虫（Caenorhabditis elegans）多年来一直是一个遗传模型体系，但这篇论文是第一篇识别出这些生物一个经典多态性背后的一个基因的论文。一些种类的雄性在交配后能在雌性体内留下一个粘性塞子，而其他种类的雄性却不能。Palopoli等人发现，这是由于为一种像粘蛋白一样的蛋白编码的一个基因所发生的变化，这个变化能够在全世界的线虫种群中传播开来。

8月15日《Science》（来自EurekAlert！中文版）

以“错误”方式将可见光弯曲的材料
据8月14日的《科学》杂志报道说，一种新的“超颖材料”的物理结构使可见光的弯曲方式与一般的物质不同，它可以帮助人们设计一种“完美的透镜”来给比光的波长要小的物体成像，或者也许可以帮助人们设计一种可将物体周围的光进行导向，使得物体既不会产生反射也不会出现阴影的隐形衣服。研究人员为电磁波频谱的其它部分研发出的超颖材料显示了这种不同寻常的曲光能力，但用可见光来做到这一点的努力一直局限在二维系统内。在本期的Brevium中，Jie Yao 及其同僚如今描述了一种三维超颖材料，它是由埋植在一个多孔氧化铝基质中的银纳米线组成的。这种材料对范围广泛的可见光波长显示出一种所谓的“负折射率”。

新抗体可帮助T 细胞剿灭癌症
据8月14日的《科学》杂志报道说，T 细胞是一种在与癌症肿瘤的斗争中有前途的特别的免疫细胞；但肿瘤细胞与正常的人类细胞很好地混合在一起，因此要找到一种使得这些T 细胞能够标靶肿瘤细胞的技术一直难以成功。但是现在研究人员说，他们已经研发出了一种抗体蛋白，它能够有效地将非何杰金氏淋巴瘤病人的T 细胞与肿瘤细胞结合起来，导致该癌症的可测出的或是完全的消退。这种被称作blinatumomab 的抗体看来对恶性肿瘤会有重大的治疗潜力。Ralf Bargou 及其同僚在病人中尝试了不同剂量的blinatumomab，结果发现，在38 名病人中，在每天每平方米0.0005-0.006 毫克的剂量范围内，有11 名病人出现了明显的治疗反应和肿瘤的消退。然而，也有相关的不良反应出现。现在有一个正在进行的临床II 期试验在研究blinatumomab 在淋巴细胞性白血病患者中的活性。

利用人的直觉来解读文本
  
  
据8月14日的《科学》杂志报道说，CAPTCHA 是一串必须通过阅读和打字的扭曲的数字或字母，它被当作一种安全措施而用于World Wide Web 上。您以前为了进入一个安全的网站（如某个电子邮件提供机构、售票机构、社交网络或博客）可能曾经正确地解读过一个CAPTCHA。如今，研究人员改进了这个基于这一在线安全程序的基本运算法则以帮助解读来自消退文本的字词，而这些字词又是计算机化的光学字符识别（OCR）程序所无法识别的。 基本来说，为了保存人类的知识并使世人更容易获取资讯（以及为了赢利），有形的书籍及其它文本将被整体数码化。当来自文本扫描的某一特别的字被2 个不同的OCR 程序作出不同的解读时，该字将被标为“可疑的。”一种reCAPTCHA程序这时会将这一可疑的字与一个已知的“对照”字结合在一起，并将两者都呈现给网上的电脑用户。如果人类使用者将对照字进行正确解读的话，接着使用者对该可疑字的猜测将被标注为一种似乎可能的猜测。如果有三位使用人都将该可疑的字进行同样解读的话，这样该字将得到校验并成为一个对照字。用这种方法，reCAPTCHA 充分利用了人类在阅读扭曲文本时的卓越表现，并为人类知识的数码化作出了贡献 。这一程序是由Luis von Ahn 及其同僚开发的，并在考古学上具有重大的意义。目前有超过4 万个网站使用这种程序。

基因变异体与结肠直肠癌有关系
据8月14日的《科学》杂志报道说，研究人员已经找到了一个使某些人易患结肠直肠癌的遗传因子。全世界范围内有超过一百万人罹患这种类型的癌症，它也是工业化国家中最常见的癌症。尽管饮食和生活方式对某个人的结肠直肠癌的罹患风险有强烈的影响，但基因在此疾病的发病过程中也起着一种关键性的作用。Laura Valle 对一个叫做TGFBRI 的基因进行调查，看它是否就是这类基因之一。这个基因所编码的是TGF-beta 信号通路中的一个成员，该信号通路已知对结肠直肠癌和其它肿瘤细胞的生长具有调控作用。研究人员发现，在结肠直肠癌病人中有10%到20%的人的2 个等位（拷贝）TGFBRI 基因中仅有一个被转录（而在对照组中，这一数字仅为1%-3%）。这一等位基因的不平衡导致了携带者在其一生中TGFBR1 的表达都会有轻微的降低，这似乎又转而使得携带者的结肠直肠癌的风险有所增加。这一研究是在俄亥俄州中部的以白人为主要人口的地区开展的，本文的作者估计该地区的所有结肠直肠癌病例中，大约有10%与该遗传风险因子有关联。