2016年9月9日Science期刊精华

本周又有一期新的Science期刊（2016年9月9日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1. Science：重磅！史上利用CRISPR-Cas9让人细胞变身为记忆存储系统 Science, 09 Sep 2016, doi:doi:10.1126/science.aag0511

在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院（MIT）的研究人员设计出一种方法在人细胞的DNA中记录复杂的历史事件，从而允许他们通过对这种DNA进行测序从中找回过去事件的“记忆”。相关研究结果于2016年8月18日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Continuous genetic recording with self-targeting CRISPR-Cas in human cells”。论文通信作者为MIT电学工程与计算机科学副教授和生物工程副教授Timothy Lu。论文作者为Samuel Perli博士和研究生Cheryl Cui。
在当前的这项研究中，由MIT开发出的这种新方法是基于基因组编辑系统CRISPR-Cas9实现的，其中这种系统是由一种DNA切割酶Cas9和一种引导这种酶结合到基因组特定位点上并指导它在这个位点进行切割的短链RNA---也被称作向导RNA（gRNA）---组成的。
CRISPR-Cas9被广泛地用于基因编辑，但是Lu团队决定对它进行改编用于记忆储存。在初进化出CRISPR-Cas9的细菌中，这种基因组编辑系统记录过去的病毒感染，这样细菌细胞就能够识别和抵抗再次入侵的病毒。
当利用CRISPR-Cas9对基因进行编辑时，研究人员构建出能够匹配宿主基因组中靶序列的gRNA。为了进行记忆编码，他们采取一种不同的方法：他们设计出识别编码这种gRNA的DNA序列的gRNA，从而产生他们称之为“自我靶向的gRNA（self-targeting guide RNA）”。
在这种自我靶向的gRNA的引导下，Cas9切割编码这种gRNA的DNA序列，产生一种性记录事件发生的突变。这种DNA序列一旦发生突变就会产生新的gRNA来引导Cas9靶向这种新近发生突变的DNA序列，而且只要Cas9是有活性的或者这种自我靶向的RNA仍然表达，就允许突变进一步发生和积累。
通过细胞内的感应器检测特定生物事件发生来调节Cas9或自我靶向的gRNA的活性，这种系统就能够允许累进性突变作为这些生物事件的函数积累下来，因而提供基因组编码记忆。
2. Science：揭示器官发生期间组织驻留巨噬细胞特化 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf4238

组织驻留巨噬细胞（tissue-resident macrophage）支持胚胎发育以及组织内部平衡和修复。控制它们分化的机制仍然是不清楚的。
在一项新的研究中，Elvira Mass等人报道小鼠体内的红系-髓系前体细胞（erythro-myeloid progenitor, EMP）产生巨噬细胞前体（premacrophages, pMacs），而pMacs同时以一种趋化因子受体依赖性的方式从胚胎9.5天开始在整个胚胎中定植。随着在早期的巨噬细胞中，转录调节物的表达变成组织特异性的，在pMacs中启动的核心巨噬细胞程序快速地发生多样化。这个过程似乎对巨噬细胞特化和维持所必需的，这是因为Id3失活破坏肝脏巨噬细胞发育，并且导致成年小鼠发生选择性库普弗细胞（Kupffer cell）缺乏。作者们提出巨噬细胞分化是器官发生的一个组分部分，这是因为pMacs在器官原基（organ anlagen）中的定植伴随着它们特化为组织巨噬细胞，因而产生在出生后组织中观察到的巨噬细胞多样性。
3. Science：对DNA中的堆积力进行单分子分析
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf5508

在一项新的研究中，Fabian Kilchherr等人直接在单分子水平上测量了针对所有堆积顺序组合的DNA碱基对堆积相互作用的力量和寿命。所采用的方法将双光束光镊与DNA折纸术组分组合在一起，从而允许对平端DNA螺旋进行定位，这样较弱的堆积力就能够被分离出。
4. Science：揭示海马体CA3网络中的模式完成背后的突触机制 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf1836

海马体CA3区域在学习和记忆中发挥着一种关键性作用。反复产生的CA3–CA3突触被认为是模式完成（pattern completion）的亚细胞基质。然而，这种网络计算的突触机制仍然是个谜。为了研究这些机制，Segundo Jose Guzman等人将功能性连通与网络建模结合在一起。同时对高达8个CA3锥体神经元进行记录揭示出这种连通性是稀少的、空间上均匀的，而且高度富集在双突触模体（disynaptic motif）中。

5. Science：鉴定出调节突触后抑制的一种复合物
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aag0821

在突触后超极化（postsynaptic hyperpolarization）期间，抑制性突触削弱神经元活性。然而，这种抑制性突触和针对它的调节的机制基础仍然有待进一步理解。
在一项新的研究中，Akiyoshi Uezu等人利用一种体内化学-基因邻近标记（chemico-genetic proximity-labeling）方法发现抑制性突触后蛋白。利用CRISPR系统剔除其中的一种被称作InSyn1的蛋白会导致突触后抑制性位点数量下降，并且降低微小的抑制性电流的频率和增加海马体中的兴奋性。
6. Science：寨卡病毒疫苗能为恒河猴提供完全的保护 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aah6157

新的研究报告，对3种兹卡疫苗的分析显示，它们能有效地保护恒河猴免于兹卡病毒感染。尽管类似的方法和疫苗已经在小鼠中得到测试，但猴子是更好的动物模型，因它能确定疫苗在人体内会有什么效果。寨卡病毒感染与人类胎儿小头畸形、宫内胎儿发育迟缓及其它出生畸形间有因果关联。预防性疫苗有望成为尽量减少病毒扩散及其有害影响的佳方法之一。
Abbink等人近报告，一种由灭活寨卡病毒组成的疫苗——或称纯化灭活病毒（PIV）疫苗——能有效地保护小鼠免于寨卡病毒感染。在此，他们在16只恒河猴中测试了PIV疫苗的功效，其中有8只恒河猴接种的是作为对照的假疫苗。在疫苗接种2星期后，所有接种了PIV疫苗的恒河猴都产生了寨卡病毒特异性结合抗体，因此它们在接触寨卡病毒后能得到完全防护。
当研究人员在寨卡病毒-PIV接种猴子体内收获抗体并将其转输给小鼠和猴子时（这种方法叫做过继免疫转移），只要转输了足够治疗浓度的抗体，这些小鼠和猴子也显示了对寨卡病毒的免疫力。后，研究人员对第三种方法的功效进行了分析，这种方法还没有对寨卡病毒进行过测试；这是一种基于载体的疫苗；在这种情况下，病毒的部分包膜被输入到体内以帮助刺激免疫系统。与前2种方法一样，这种基于载体的疫苗也对后者提供了完全的保护能力。在所有三种疫苗平台中都没有不良反应报告。
作者们指出，在本研究的条件下，PIV疫苗在恒河猴中证明比载体疫苗效果更强。至少有一家药物公司现在正在研发用于人的PIV疫苗。
7. Science："盘子"上的抗生素抵抗力演化
Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aag0822; doi:10.1126/science.aah5641

研究人员开发出了一种大型培养装置，旨在追踪细菌在有抗生素时进行突变的演化过程，结果意外揭示，适宜生长的变异株并非那些可能进入较高抗生素浓度的细菌株。相反，在培养皿上位于非常适应细菌"后面"的细菌却成为能在高抗生素浓度中生存的细菌。这些结果对驱动细菌成功克服抗生素的演化模式和机制提供了重要线索，抗生素抵抗力这一现象威胁了全球人类的健康。
为了更好地理解抗生素抵抗力出现的空间和时间，Michael Baym和同事研发了一种装置，它被称作微生物演化生长竞技盘（或MEGA盘），这是一种大型的矩形培养皿，在其上可用不同浓度的抗生素；研究人员在此所用的抗生素是甲氧苄氨嘧啶和环丙沙星。细菌是在该盘的某个部位进行培养的；随着对资源竞争的加剧，细菌会向其它地方扩散。
通过使用不同的抗生素浓度，作者能搞清楚允许抵抗力越来越强的变异细菌的扩散。细菌无法从抗生素浓度为零直接适应于抗生素的高浓度（就这两种被测试的抗生素而言），这表明，接触中间浓度的抗生素是细菌抵抗力演化所必需的。作者们发现，能增加抵抗力的突变常常是以生长减少为代价的，而它随后又被更多的代偿性突变所复原。
有趣的是，细菌品种的空间位置在其成功发展抵抗力上也起了作用。例如，当研究人员将被困住的变异株（即那些位于其"适合"亲代之后的变异株）移到培养皿的"线"时，它们竟然能进入新的区域生长，而原先的线细菌则无法做到。
鉴于这一发现，作者提出，细菌种群的适合度并非由适合的变异株所驱动，而是由那些同时有足够的适合度而且又发源于和推进前沿距离足够近的那些菌群。
正如Luke McNally和Sam Brown在相关《视角》中所解释的，在此研发的MEGA盘装置（它通过时空提供了"前所未见的细菌演化视图"）可被用来探索更多方面的药物抵抗力演化。
8. Science：蚂蚁有双导航系统 Science, 09 Sep 2016, doi:10.1126/science.aaf9754

据新的研究报告称，蚂蚁不但会计步，而且还会在它们穿行于周围环境