科學前沿

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銀河中心一團氣體云正向超質量黑洞運動

黑洞概念的科學提出是在一個世紀前,如何從觀測上證明黑洞的真實存在是現(xiàn)代天體物理學中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。1974年2月發(fā)現(xiàn)的射手座射電源SgrA*被認為是位于銀河系中心的一個超大質量黑洞的位點，質量約為400萬個太陽質量，距太陽系約26,000光年。SgrA*所占區(qū)域的直徑只有1.5億公里，由此推斷出的最小質量密度比任何目前已知的黑洞候選者的密度都要大了一萬億倍以上。SgrA*因距離最近，而被公認為是研究黑洞物理的最佳目標。最近，恒星軌道研究發(fā)現(xiàn)一個以每秒1,700公里的速度向SgrA*移動的物體。該物體低溫和光譜特性表明這是一團正落入黑洞的質量為地球三倍的離子氣體塵埃云。模型預測云團越接近黑洞，x射線輻射將變得越明亮。如果云團破裂并且氣體進入黑洞，在幾年內將出現(xiàn)巨大的輻射耀斑。本期封面是流體動力學模型預測2025年被破壞的氣體云團與熱吸積流的相互作用。

半胱氨酸甲基化修飾破壞NF-kB信號通路中泛素鏈信號的活性

通過三型分泌系統(tǒng)分泌效應分子進入真核細胞內，進而阻斷或調節(jié)宿主關鍵信號轉導通路是許多病原菌普遍采用的致病機制。尋找效應分子在宿主細胞中的靶蛋白并闡明其作用于靶蛋白及相關信號通路的生物化學機理對我們了解病原菌致病機理和建立有效防治手段有著重要的意義。同時，這也可能促進我們對真核細胞本身信號轉導機制的進一步理解。

許多病原細菌在感染過程中都能有效地抑制宿主細胞中起抗感染作用的NF-kB炎癥反應信號通路的激活。北京生命科學研究所邵峰課題組一直對病原菌如何拮抗宿主炎癥信號通路的分子機制感興趣。腸致病性大腸桿菌對NF-kB信號通路的抑制作用依賴于其三型分泌系統(tǒng)分泌的NleE效應蛋白。在這項研究中，研究人員首先通過一系列的細胞生物學實驗發(fā)現(xiàn)NleE能直接作用于宿主細胞中NF-kB信號通路中的關鍵信號轉導分子TAB2/3。在正常的由細菌感染所誘導激活的NF-kB信號轉導過程中，TAB2/3的功能是通過感受來自上游Toll樣受體復合物產生的泛素鏈信號，從而激活TAK1-TAB1-TAB2/3復合物中TAK1分子的激酶活性并實現(xiàn)對下游信號通路的激活。TAB2/3感受泛素鏈信號的功能是通過其C端保守的鋅指結構域（NZF domain）直接結合泛素鏈而實現(xiàn)的。在進一步的生物化學實驗分析中，研究發(fā)現(xiàn)NleE效應蛋白具有一種全新的甲基轉移酶的活性，這種甲基轉移酶能特異性地修飾TAB2/3鋅指結構域中一個螯合鋅離子的半胱氨酸。這種新穎的修飾作用導致NZF結構域中鋅離子的離去和該結構域的構象變化。無論是在體外的重組實驗還是腸致病性大腸桿菌感染的細胞中，被NleE效應蛋白甲基化修飾的TAB2/3都徹底喪失了結合泛素鏈的功能。這些實驗有力地說明了NleE確實是通過甲基化修飾TBA2/3鋅指結構域中的半胱氨酸而實現(xiàn)對宿主NF-kB信號通路的抑制作用的。

這項研究不僅揭示了一種新的病原菌效應蛋白阻斷宿主炎癥信號通路的機制，更為重要的是，這篇文章也首次報導了半胱氨酸甲基化作為一種新的翻譯后修飾在調節(jié)信號轉導中起關鍵作用。鑒于鋅指結構域是一種最為廣泛存在的結構域，同時正是由于鋅離子的螯合作用才使得TAB2/3中的半胱氨酸能夠被NleE所甲基化，這項研究發(fā)現(xiàn)也暗示真核細胞本身的蛋白也很有可能存在半胱氨酸甲基化這種翻譯后修飾和調控機制。另外，最近在NF-kB信號通路的研究中存在一個到底是線性泛素鏈還是Lys63連接的泛素鏈哪個更為重要的爭論，鑒于TAB2/3只感受Lys63連接的泛素鏈并且NleE對NF-kB通路中的其它泛素鏈結合蛋白沒有修飾作用，這項工作從一個獨特的角度說明了Lys63連接的的泛素鏈確實對NF-kB信號轉導至關重要。

艾滋病毒侵襲機制：T細胞分化因子調控HIV-1Vif介導的宿主防御逃脫

HIV分為兩種亞型，HIV-1和HIV-2，世界上大部分艾滋病患者都是由HIV-1感染的。人體都有一個抗HIV的天然防御系統(tǒng)，不過HIV病毒利用自身的蛋白（Vif）把這個屏障給破壞掉了，所以病毒可以復制。HIV-1Vif是由保守的vif基因編碼的磷酸化蛋白, 它在產生感染性的病毒顆粒中起主要作用。Vif蛋白不能表達或其功能受到限制,會很大程度上減少病毒顆粒的產生。吉林大學白求恩第一醫(yī)院于曉方教授領導的科研團隊找到了與病毒蛋白相互作用的宿主體內的T細胞分化因子CBF-β，并闡述了其與HIV Vif相互作用。CBF-β因子在病毒侵襲和復制過程中有著重要的調控作用，可以說是宿主天然防御系統(tǒng)的總開關，艾滋病毒就是通過它突破了宿主天然防御系統(tǒng)完成復制的。在沒有CBF-β存在的情況下，病毒無法抵抗宿主體內的天然抗病毒因子，從而無法完成復制。該項研究揭示了一個全新的艾滋病毒逃避機制，如何把這個逃避機制封閉住，使宿主體內的天然防御系統(tǒng)重新恢復作用，是今后抗病毒研究的一個新靶點。這一發(fā)現(xiàn)為新型的抗H I V抑制劑的發(fā)明提供了理論基礎，同時為艾滋病雞尾酒療法添加藥物新成員開辟了新的方向，對HIV的治療具有重大意義。

圖1、V if誘導的A P O E C3G泛素化需要CBF-β因子。APOBEC3G能作為抑制分子阻止病毒到達其目的地。

狩獵-采集者間的社會網絡和協(xié)作

坦桑尼亞北部的Hadza人與現(xiàn)代社會幾乎是完全隔絕的，這個以狩獵和采集果物為生的流動部落人口只有750人。一個典型的Hadza群體由十多名男女及兒童組成。人類定居并飼養(yǎng)動物、耕作農田的經驗只有約11,000年的歷史，而在此之前的漫長歲月里，所有人類都像Hadza人一樣以狩獵和采集為生。因此當人類學家需要考察早期人類的生活形態(tài)，特別是社會分工以及部落間的合作或競爭關系時，Hadza人為研究者提供了寶貴的材料。提出“祖母假說”的幾位人類學家正是國際上研究Hadza人的權威。對Hadza人社會網絡所做的一項新的研究工作（將他們彼此之間的關系及他們合作的傾向性進行量化）表明，現(xiàn)代化社會網絡的主要特征，如“傳遞性”和“對同類之愛”，也見于Hadza人。而且，社會關系更可能在公共財產游戲中具有相似捐出水平的個體間產生，Hadza人部落的表現(xiàn)是：群體間合作的變化大，群體內合作的變化小。這些結果綜合起來，提供了迄今最有力的證據，證明人類社會網絡的這些關鍵特征反映了我們具有共同的祖先，并且可能是在人類歷史中早期的某個時間點上形成的。本期封面圖片：兩名正在采摘漿果在采摘漿果的Hadza婦女。

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蠟燭煙灰作為透明強化超疏水材料涂層的模板

涂層是調整材料表面特性的重要一步。基于納米和微米尺度上低能表面和粗糙度，研究人員已開發(fā)出了接觸角大于150o、滾動角小于10o的超疏水涂層。然而，這些疏水表面仍然會被有機溶液浸潤，如表面活性劑溶液、乙醇或烷烴，沒有涂層能同時具有超疏水性和超疏油。我們設計了一種容易制作的、透明、可反彈油滴的超疏水涂層。以25nm厚的硅殼包裹蠟燭煙灰多空沉淀。600oC煅燒后，黑色涂層變得透明。硅化后，涂層具有超疏水性。在被沙子沖擊破壞表層后，涂層依然可以保持超疏水性。這種價格低廉且容易規(guī)模化的技術可應用于觸摸屏或眼鏡等的防指紋涂層。本期封面：一只燃燒的蠟燭。

圖2（右）、多種形態(tài)的多空結構。（A）樣品準備，將載玻片置于蠟燭火焰中直至沉積幾微米厚的煙灰。（B）煙灰沉積物的掃描電鏡圖像。（C）高解析度掃描電鏡圖像顯示，一個顆粒鏈由若干直徑40±10nm的圓形碳株組成。（D）包裹硅殼后的掃描電鏡圖像。（E）600oC加熱2小時移除碳核后，一個顆粒簇的高解析度掃描電鏡圖像。（F）煅燒后的顆粒簇的高解析度掃描電鏡圖像，硅涂層內的空洞，這些空洞煅燒前為碳核心，硅殼厚20±5nm。

圖3（下）、超疏水表面。（A）2微升水滴，接觸角165o±1o。（B）5微升十六烷滴，接觸角156o±1o。（C）沉積在分形復合材料表面液滴的示意圖。（D）十六烷滴在超疏水表面上彈跳的時間解析圖。

信天翁分布和生活史的變化

本期封面是一只遷徙途中的年輕信天翁正快速掠過南半球大洋海面，信天翁借助于海風高效遷移。最近，南半球大洋上西風帶的變得更強了，并向南極移動。長期的觀察記錄顯示，海風變化使得信天翁能夠更快的遷移并且其覓食范圍也向南移動。因此，信天翁的覓食周期縮短，繁殖成功率提高，并且鳥體重也增加了1公斤，這對信天翁的繁殖和保護產生了積極的作用。如果南半球西風帶的變化與預測氣候情況一致，那么這些由氣候變化產生的積極效果可能都是暫時的。本項研究還強調覓食的重要性在于其為環(huán)境變化和繁殖過程間的關鍵聯(lián)系。

褐海藻直接生產生物燃料

本期封面是智力奇洛埃島沿岸1米深海中巨大的褐藻（Macrocystispyrifera）。海藻通過生物轉化生產生物燃料和日用化學品的主要障礙是缺乏能夠代謝褐藻多糖的微生物。最近，研究人員從燦爛弧菌（Vibriosplendidus）中發(fā)現(xiàn)了編碼海藻多糖運輸和代謝酶的基因片段。通過基因工程將該基因構建成細胞外海藻聚糖降解系統(tǒng)，構建出一個可以同時降解、攝取和代謝海藻糖的微生物平臺，進而構健成乙醇合成系統(tǒng)。該平臺可以固態(tài)工藝直接將褐藻轉化為生物乙醇，每噸干褐藻可以產0.281噸乙醇，相當于褐藻中所含糖的最大理論產量的80%。

神經系統(tǒng)外朊病毒更易在不同物種間傳遞

本期封面是一張朊病毒的錯色透射電鏡圖像（約150nm長，10nm厚）。朊病毒是一種傳染性病原體，能引發(fā)動物和人類的致死性腦部疾病。主要由一種PrPSc蛋白組成，PrPSc蛋白是宿主錯誤折疊的PrPC蛋白。人們一直認為存在一種PrPC與PrPSc之間限制性立體相互作用使朊病毒具有物種特異性，并限制朊病毒在物種間傳播，包括人類。最新研究表明，雖然跨物種朊病毒傳染可能在大腦中沒有任何可見的致病跡象，但是淋巴組織卻極易受到了感染的損害。最近，研究人員比較了綿羊和人類PrP轉基因小鼠大腦和淋巴組織復制其它物種朊病毒的能力。淋巴組織總是比大腦更容易容納朊病毒顆粒，造成慢性消耗性疾病和牛海綿狀腦病。朊病毒會聚集在脾臟內，如果出現(xiàn)損傷，病毒向腦轉移的障礙被突破，宿主很有可能會患病。因此，朊病毒的跨物種傳播可能具有明顯的組織依賴性?？赡芨嗟膭游锖腿祟惪赡軘y帶這種疾病。

圖4、倉鼠Sc237朊病毒向攜帶綿羊PrP基因tg338小鼠（白色）和倉鼠PrP基因tg7小鼠（灰色）轉移的示意圖。