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迄今最大噬菌體“現(xiàn)身”

病毒是生命嗎？目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為，病毒不是生命。但美國科學(xué)家近日在《自然》雜志撰文稱，他們最近發(fā)現(xiàn)了一些巨型噬菌體，可能會打破主流觀點(diǎn)的認(rèn)識。

噬菌體是專門感染細(xì)菌的病毒。噬菌體和其他病毒不被視為活有機(jī)體，但這并不意味著它們無害。噬菌體是生態(tài)系統(tǒng)變化的主要驅(qū)動力，因?yàn)樗鼈儾妒臣?xì)菌種群，改變細(xì)菌的新陳代謝，傳播抗生素抗性并攜帶導(dǎo)致動物和人類疾病的化合物。

為進(jìn)一步了解噬菌體，研究人員檢索了一個噬菌體DNA數(shù)據(jù)庫，其中的噬菌體樣本來源于全球30個不同環(huán)境。一般噬菌體擁有5萬個堿基對，但他們發(fā)現(xiàn)了351種噬菌體擁有20萬個堿基對，是普通噬菌體的4倍，其中一種噬菌體擁有73.5萬個堿基對。

資深研究者、加州大學(xué)伯克利分校地球與行星科學(xué)教授吉爾·班菲爾德表示，這些“巨型噬菌體”的基因組比許多細(xì)菌的基因組大得多，是“傳統(tǒng)病毒和傳統(tǒng)生物有機(jī)體之間的雜交體”。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這些噬菌體擁有許多特殊的基因，其中一些基因是細(xì)菌用來抵抗病毒的CRISPR-Cas9系統(tǒng)的一部分。另外，某些噬菌體擁有編碼核糖體功能必需蛋白的基因。核糖體是一種將遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為蛋白的細(xì)胞機(jī)器。病毒體內(nèi)通常沒有這些蛋白，而細(xì)菌和古細(xì)菌體內(nèi)經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)這些蛋白。研究人員認(rèn)為，其中一些巨型噬菌體也可能利用細(xì)菌宿主中的核糖體來復(fù)制自身蛋白。

論文聯(lián)合作者、加州大學(xué)副教授羅漢·薩赫德瓦表示：“是否擁有核糖體和蛋白翻譯功能是區(qū)分病毒和細(xì)菌、生命與非生命的主要特征之一。新發(fā)現(xiàn)的一些巨型噬菌體擁有這種翻譯機(jī)制，因此，它們模糊了生命與非生命的界限?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/03/29/qkimageskezxkezx202002kezx20200201-1-l.jpg"/>

我國在量子中繼與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)新突破

2月12日，中國科研團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表新論文介紹，他們成功在兩個由50公里長光纖連接的量子存儲器間實(shí)現(xiàn)量子糾纏，為構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

學(xué)術(shù)界廣泛采用的量子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線是通過基于衛(wèi)星的自由空間信道實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，同時利用光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)城域及城際地面覆蓋。然而光子在光纖上的節(jié)點(diǎn)間傳輸時，受限于光纖的固有衰減，目前最遠(yuǎn)的點(diǎn)對點(diǎn)地面安全通信距離僅為百公里量級。

研究負(fù)責(zé)人之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授介紹：“要拓展量子通信的距離，一個方法是將點(diǎn)對點(diǎn)傳輸改為分段傳輸，并采用量子中繼技術(shù)進(jìn)行級聯(lián)，即將整個通信線路分幾段，每段損耗都較小，再通過量子中繼器將這幾段連接起來，這使得構(gòu)建全量子網(wǎng)絡(luò)成為可能?！?/p>

然而，受限于光與原子糾纏亮度低等技術(shù)瓶頸，此前最遠(yuǎn)光纖量子中繼僅為公里量級。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子存儲器間的連接，團(tuán)隊(duì)克服了多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，他們自主研發(fā)了周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，通過非線性差頻過程，將存儲器的光波長由近紅外轉(zhuǎn)換至通信波段，經(jīng)過50公里的光纖僅衰減至百分之一以上，效率相比之前提升了16個數(shù)量級。

實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合多項(xiàng)新技術(shù)，成功在兩個由50公里長光纖連接的量子存儲器間實(shí)現(xiàn)雙節(jié)點(diǎn)的量子糾纏。這一距離足以用于連接兩座城市。潘建偉說：“作為原理性驗(yàn)證，這個實(shí)驗(yàn)中的兩個量子存儲器是在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過50公里長的光纖盤連接；下一步要在空間真正分離的系統(tǒng)中開展研究，推動這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用?！?/p>

科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)繆子電離冷卻

2月5日，據(jù)美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站報道，科學(xué)家首次觀察到繆子（muon）電離冷卻，向成功建造繆子對撞機(jī)邁出關(guān)鍵一步。即使與升級后的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）相比，未來繆子對撞機(jī)帶來新發(fā)現(xiàn)的能力也有望高出10倍。研究發(fā)表于5日出版的《自然》雜志上。

自20世紀(jì)30年代以來，科學(xué)家利用加速器制造出了質(zhì)子、電子和離子束，這些粒子束的能量不斷增強(qiáng)，幾乎應(yīng)用于各科學(xué)領(lǐng)域。但“國際繆子電離冷卻實(shí)驗(yàn)”（MICE）合作組希望制造出一種全新的繆子加速器，繼承LHC的“宏愿”，產(chǎn)生能量高10倍的新粒子。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨一個難題：能否充分“擠壓”繆子束以達(dá)到研究新物理所需的標(biāo)準(zhǔn)。MICE合作組的最新實(shí)驗(yàn)清楚表明，電離冷卻方法可行，繆子也能被注入很小體積內(nèi)。

繆子質(zhì)量為電子的200倍，壽命相對較短。利用強(qiáng)流質(zhì)子射擊高密度靶標(biāo)可大量產(chǎn)生繆子。然而，這些繆子主要通過質(zhì)子打靶得到的次級粒子衰變產(chǎn)生，運(yùn)動方向四面八方，就像一團(tuán)彌散的云團(tuán)?？茖W(xué)家要先將此過程的其他碎片粒子分離出去，然后用一系列磁透鏡引導(dǎo)繆子團(tuán)。當(dāng)兩個這樣的彌散束流交叉時，發(fā)生碰撞的概率很小。

為減少繆子團(tuán)彌散，科學(xué)家采用了束流冷卻過程，繆子的靜止壽命約為2.2微秒，但以前的束流冷卻方法要花費(fèi)數(shù)小時才能達(dá)到效果。但MICE合作組另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)了冷卻目標(biāo)：他們讓繆子穿過用氫化鋰或液態(tài)氫等材料特殊設(shè)計(jì)的能量吸收器，達(dá)到冷卻效果，整個過程一直用強(qiáng)大的超導(dǎo)磁透鏡聚焦繆子束。

研究人員稱，電離冷卻得到的繆子束流可應(yīng)用于多個方面。比如，將繆子加速到高能狀態(tài)，然后注入粒子存儲環(huán)內(nèi)，并與反向運(yùn)動的反繆子束發(fā)生碰撞；另外，科學(xué)家們也可以降低冷繆子的速度，研究其衰變產(chǎn)物；還可以將單束繆子存儲在環(huán)形跑道中并使其衰變，產(chǎn)生獨(dú)特而強(qiáng)大的中微子束，為未來的中微子實(shí)驗(yàn)提供新發(fā)現(xiàn)的機(jī)會。

此外，繆子還可用于研究材料的原子結(jié)構(gòu)、用作核聚變催化劑、透視X射線無法穿透的致密材料等。MICE團(tuán)隊(duì)希望他們的新冷卻技術(shù)也能在這些領(lǐng)域“大顯身手”。

中國9家研究機(jī)構(gòu)進(jìn)世界百強(qiáng)

自然指數(shù)（Nature Index）網(wǎng)站近日公布了最新一期“自然指數(shù)”，統(tǒng)計(jì)時間段為2018年12月1日至2019年11月30日。

其中，生命科學(xué)領(lǐng)域全球前100名研究機(jī)構(gòu)中，美國獨(dú)占鰲頭，共有52家研究機(jī)構(gòu)上榜，中國有9家研究機(jī)構(gòu)上榜。

排名前五的分別是哈佛大學(xué)、美國國立衛(wèi)生研究院、斯坦福大學(xué)、德國馬普協(xié)會、中國科學(xué)院。中國的9家研究機(jī)構(gòu)分別是中國科學(xué)院、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、解放軍院校（PLA）和中山大學(xué)。

自然指數(shù)由施普林格·自然（Springer Nature）旗下自然科研（Nature Research）編制，于2014年11月首次發(fā)布，通過追蹤高質(zhì)量自然科學(xué)期刊所發(fā)表的科研論文的作者信息，為科研共同體提供有關(guān)全球科研狀況和出版趨勢的信息。

抗腫瘤超聲動力敏化劑研究取得進(jìn)展

我國科研人員發(fā)現(xiàn)一種材料，可作為超聲動力敏化劑來源，有助于臨床用超聲動力療法清除腫瘤細(xì)胞。這一在抗腫瘤超聲動力敏化劑領(lǐng)域取得進(jìn)展的研究成果近日發(fā)表在《物理化學(xué)快報》上。

惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類健康甚至生命，其臨床治療目前最主要有外科手術(shù)、化療和放療這三種方法，但常伴有腫瘤易復(fù)發(fā)、病灶易轉(zhuǎn)移等缺點(diǎn)。

近期，超聲動力治療由于其安全高效的特性引起了廣泛的研究興趣。超聲動力療法通過敏化劑在激發(fā)能的激活下所產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)來清除腫瘤細(xì)胞。

據(jù)介紹，超聲是超聲動力療法的激發(fā)能，具有安全、組織穿透力較深等優(yōu)勢，已獲得了廣泛臨床使用。但因超聲動力敏化劑稀少，嚴(yán)重限制了超聲動力療法的發(fā)展。發(fā)展超聲動力敏化劑是發(fā)展超聲動力療法亟須克服的瓶頸問題。針對這一問題，我國科學(xué)家開展了持續(xù)研究，發(fā)現(xiàn)壓電材料可作為超聲動力敏化劑來源，并得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的證實(shí)。

該工作以黑磷納米片為模型壓電材料，證明了具有合適能級結(jié)構(gòu)的壓電材料在超聲條件下能夠產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，從而對腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性清除。研究人員首先證實(shí)了黑磷納米片的壓電性能，進(jìn)而揭示了黑磷納米片能在外加超聲條件下產(chǎn)生活性氧物質(zhì)、是一種超聲動力敏化劑，然后分別從體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和荷瘤實(shí)驗(yàn)小鼠模型兩個層面，展示了黑磷納米片在超聲刺激下能響應(yīng)性地清除腫瘤細(xì)胞、實(shí)現(xiàn)抗腫瘤的療效。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種壓電材料可作為超聲動力敏化劑，并展示了這樣一種新型的超聲動力敏化機(jī)制在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究價值。