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我國科學(xué)家揭示細(xì)菌鞭毛馬達(dá)結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制

1秒鐘跑出自己身長(zhǎng)60倍、甚至100倍的距離是很多細(xì)菌具有的運(yùn)動(dòng)能力。細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)能力依賴于其特異的運(yùn)動(dòng)器官—鞭毛。鞭毛是一個(gè)巨大的納米機(jī)器，由細(xì)胞膜上的馬達(dá)、胞外接頭裝置和鞭毛絲組成，是自然界中最高效、最精密的分子引擎，也是最復(fù)雜的蛋白質(zhì)機(jī)器之一，能夠每秒鐘旋轉(zhuǎn)300-2400圈。由于其高度復(fù)雜性，鞭毛馬達(dá)的工作原理尚未得到揭示。

浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用冷凍電鏡技術(shù)解析了來源于病原菌沙門氏菌的天然狀態(tài)下的鞭毛馬達(dá)-接頭裝置復(fù)合物的原子分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，該復(fù)合物包含12種蛋白，共計(jì)175個(gè)亞基，總分子量超過6.3MDa。該團(tuán)隊(duì)首先解析了整體鞭毛馬達(dá)-接頭復(fù)合物的3.9結(jié)構(gòu)，之后進(jìn)行了局部細(xì)化解析，最終將聯(lián)動(dòng)桿、外膜-周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置等鞭毛馬達(dá)不同部位的局部分辨率依次達(dá)到3.2、2.8、3.6、3.2和3.4。研究團(tuán)隊(duì)還揭示了鞭毛馬達(dá)帶動(dòng)鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)制：內(nèi)膜環(huán)克服馬達(dá)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性向聯(lián)動(dòng)桿傳輸扭矩；外膜-周質(zhì)環(huán)驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)桿高速旋轉(zhuǎn)；聯(lián)動(dòng)桿通過緊密的管狀結(jié)構(gòu)與接頭裝置相連，將扭矩傳遞至接頭裝置，進(jìn)而帶動(dòng)鞭毛絲的轉(zhuǎn)動(dòng)，像潛艇螺旋槳一樣驅(qū)動(dòng)了細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)。該研究首次揭示了細(xì)菌鞭毛馬達(dá)獨(dú)特的高分辨率精細(xì)結(jié)構(gòu)及其組裝和扭矩傳輸機(jī)制，闡釋了鞭毛馬達(dá)的工作原理。

該研究有利于更好地了解微觀世界的分子發(fā)動(dòng)機(jī)，也為相關(guān)的合成生物學(xué)、生物物理學(xué)、納米機(jī)器人等研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，研究成果近期發(fā)表在Cell雜志上。

（科技部）

種子獵人在云南天坑接連發(fā)現(xiàn)“百年相遇”極危物種

6月，中國科學(xué)院昆明植物研究所中國西南野生生物種質(zhì)資源庫等單位的科研人員連續(xù)在紅河州蒙自市周邊天坑開展種質(zhì)資源調(diào)查和采集，不僅發(fā)現(xiàn)了大花石蝴蝶、竹生羊奶子等極度瀕危物種，還采集到了天坑內(nèi)的報(bào)春花屬、秋海棠屬和球蘭屬等多種珍稀物種的種質(zhì)資源。

天坑是喀斯特地區(qū)石灰?guī)r地層經(jīng)過地下河不斷沖刷巖層并最終地表塌陷形成的一種規(guī)模較大的陷坑狀負(fù)地貌形態(tài)。其四周巖壁陡峭，獨(dú)特的地質(zhì)地貌形成了有別于周圍區(qū)域的小氣候和適合生物生存的獨(dú)特生境。天坑內(nèi)部形成的相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，為多種植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了避難所，其更容易分化形成有別于周邊區(qū)域的生物類群，具有植物種類豐富、植被類型特殊、區(qū)系成分異常等特點(diǎn)，因此對(duì)生物多樣性的研究具有重要的科學(xué)價(jià)值。

采集隊(duì)在天坑內(nèi)的崖壁上發(fā)現(xiàn)了“百年相遇”的大花石蝴蝶的一個(gè)新居群。該種是1895年由英國植物學(xué)家根據(jù)W.Hancock采自云南蒙自地區(qū)的標(biāo)本描述的一個(gè)新物種，模式標(biāo)本現(xiàn)存于英國皇家植物園邱園標(biāo)本館，但此后再也沒有露過真容。124年后，種質(zhì)資源庫工作人員獲悉大花石蝴蝶一個(gè)野生分布點(diǎn)，并終于在2020年6月成功采集到第一批大花石蝴蝶種子。根據(jù)國際植物保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估，該種的瀕危等級(jí)為“極?！?，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的個(gè)體數(shù)量不超過300株，其中一個(gè)分布在公路邊的居群受人為活動(dòng)的影響較大，生存受到了極大威脅。

在天坑周邊地區(qū)，采集隊(duì)還獲得了另一種“百年相遇”植物竹生羊奶子的成熟種子。竹生羊奶子的模式標(biāo)本由奧地利植物學(xué)家韓馬迪于1915年3月8日在云南蒙自到蠻耗途中采集到，現(xiàn)存于奧地利維也納大學(xué)標(biāo)本館，在此之后再無該物種的標(biāo)本記錄，至今已“消失”106年。再次發(fā)現(xiàn)的竹生羊奶子個(gè)體數(shù)量不足20株，且大部分植株生長(zhǎng)在村莊周圍，受人為影響極大，其在IUCN的瀕危等級(jí)也是“極?！?。經(jīng)初步清理，此次采集隊(duì)按單株對(duì)竹生羊奶子的種子進(jìn)行的采集共收集到5份約5000粒成熟種子，該批種子已根據(jù)種質(zhì)資源庫的保存規(guī)范正在開展清理、檢測(cè)和入庫工作。

（人民日?qǐng)?bào)）

加拿大一項(xiàng)研究表明部分癌癥和飲酒有關(guān)

世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）發(fā)表在《柳葉刀腫瘤學(xué)》雜志上的一項(xiàng)建模研究中，部分內(nèi)容涉及到飲酒對(duì)全球癌癥的影響估計(jì)。該研究基于多個(gè)國家的酒精數(shù)據(jù)，包括調(diào)查和銷售數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行建模，在排除了其他致癌因素，如吸煙、肥胖和性傳播疾病后，研究人員得出了酒精致癌的結(jié)論。

研究表明，2020年加拿大有7000例新癌癥病例和較重的飲酒模式有關(guān)，其中包括24%的乳腺癌病例、20%的結(jié)腸癌病例、15%的直腸癌病例和13%的口腔癌和肝癌病例。

成癮和心理健康中心（CAMH）的Kevin Shield表示，酒精是世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）定義的1類致癌物。酒精是全球癌癥的主要原因，并且隨著酒精消費(fèi)量的增加，癌癥數(shù)量將進(jìn)一步上升。飲酒可通過多種方式導(dǎo)致癌癥，最主要的是破壞DNA。雖然DNA需要發(fā)生關(guān)鍵數(shù)量的突變才可能導(dǎo)致癌癥。但是隨著時(shí)間的推移，DNA的損害會(huì)逐漸累積。

（科技部）

我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中藥配伍減毒機(jī)制（小檗堿+馬兜鈴酸）

馬兜鈴酸（AA）是馬兜鈴科植物中的有機(jī)酸類化合物，這些植物曾廣泛地被中醫(yī)經(jīng)炮制解毒作為原生藥材入藥。AA會(huì)導(dǎo)致一系列健康問題，包括腎病和肝癌等。小檗堿（Ber）是從中藥黃連中分離的一種季銨生物堿，是黃連抗菌的主要有效成分。在傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論指導(dǎo)下，對(duì)有毒中藥進(jìn)行合理配伍可以顯著降低其毒副作用。

近期，北京中醫(yī)藥大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了中藥毒性成分馬兜鈴酸可以與小檗堿在水煎煮過程中自組裝形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Applied Materials & Interfaces》雜志，標(biāo)題為“Berberine-Based Heterogeneous Linear Supramolecules Neutralized the Acute Nephrotoxicity of Aristolochic Acid by the Self-Assembly Strategy”。

該研究在斑馬魚和小鼠體內(nèi)的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，由Ber和AA形成的自組裝超分子顯著降低了AA的毒性并減輕了AA引起的急性腎損傷。研究結(jié)果表明，在配伍理論指導(dǎo)下合理用藥可以有效降低含AA中藥的用藥風(fēng)險(xiǎn)。此外，從中醫(yī)藥理論和中醫(yī)臨床用藥實(shí)踐出發(fā)，為有毒中藥科學(xué)監(jiān)管提供了新的思路。

（科技部）

我國科學(xué)家揭示犀牛家族進(jìn)化史

近日，發(fā)表在《Cell》上的一項(xiàng)研究中，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合斯德哥爾摩大學(xué)和哥本哈根大學(xué)的研究人員利用古代和現(xiàn)代基因組學(xué)技術(shù)對(duì)所有五種現(xiàn)存和三種滅絕犀牛物種的基因組進(jìn)行比較分析，揭示了犀牛家族的進(jìn)化足跡。

曾經(jīng)物種多樣化的犀牛科如今只剩下五種，所有這些物種都是高度瀕危和全球優(yōu)先保護(hù)的物種，這使得重建犀牛家族的進(jìn)化歷史成為自達(dá)爾文以來生物學(xué)家面臨的重大挑戰(zhàn)之一。

研究人員對(duì)五種犀牛物種（三種已滅絕和兩種現(xiàn)存）的基因組進(jìn)行了測(cè)序，并將其與來自其余三種現(xiàn)存物種和一系列外群的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。研究明確了現(xiàn)存非洲和歐亞血統(tǒng)之間的早期分歧，解決了關(guān)于現(xiàn)存犀牛系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵爭(zhēng)論。該研究分析表明，雖然犀?；蚪M總體上表現(xiàn)出低水平的全基因組多樣性，但現(xiàn)代物種的雜合度最低，近親繁殖最高。

（科技部）

中國科學(xué)家開發(fā)新型胰島素分泌監(jiān)測(cè)熒光探針

胰島素是體內(nèi)唯一的降血糖激素，由胰島β細(xì)胞分泌。胰島β細(xì)胞功能失調(diào)和胰島素分泌紊亂是2型糖尿病的核心驅(qū)動(dòng)因素。胰島素分泌是一個(gè)精細(xì)的動(dòng)態(tài)調(diào)控過程，如何可視化胰島素分泌過程，揭示胰島素分泌調(diào)控機(jī)制是胰島生物學(xué)領(lǐng)域的難點(diǎn)問題。

胰島素在β細(xì)胞內(nèi)與高濃度鋅離子形成晶體結(jié)構(gòu)，因此采用不透膜的鋅離子熒光探針可標(biāo)記胰島素/Zn2+晶體，從而指示胰島素囊泡分泌。但目前已開發(fā)的鋅離子熒光探針存在的一些問題限制了該技術(shù)在生理、病理情況下的應(yīng)用：一是探針親和力過高，導(dǎo)致胰島內(nèi)非囊泡分泌信號(hào)較強(qiáng)；二是探針發(fā)射波長(zhǎng)較短，無法與其他熒光探針聯(lián)用；三是探針生物相容性差、光毒性較強(qiáng)，無法長(zhǎng)時(shí)間記錄胰島素分泌過程。

近日，北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在《Angewandte Chemie-International Edition》雜志上在線發(fā)表了題為“Red-and Far-Red-Emitting Zinc Probes with Minimal Phototoxicity for Multiplexed Recording of Orchestrated Insulin Secretion”的研究論文，通過對(duì)傳統(tǒng)不透膜鋅離子探針進(jìn)行基團(tuán)替換、化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)整，并采用全新的late-stage N-alkylation（在最后的合成階段進(jìn)行N-烷基化）合成策略，開發(fā)了一系列低親和力、不透膜的紅色和遠(yuǎn)紅發(fā)射的鋅離子探針，實(shí)現(xiàn)多色、多維、長(zhǎng)時(shí)程胰島素分泌監(jiān)測(cè)。

該研究為胰島內(nèi)分泌和2型糖尿病生理、病理機(jī)制研究，以及治療胰島素分泌異常疾病藥物的高通量篩選提供了新的工具和技術(shù)。

（科技部）

研究人員揭示樹木的繁殖能力變化規(guī)律

米蘭大學(xué)、都靈大學(xué)和杜克大學(xué)合作開展的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，即使是樹木，達(dá)到一定年齡后，它們的繁殖能力也會(huì)降低。

研究人員對(duì)近600個(gè)物種、超過50萬棵樹木進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在上述80%物種當(dāng)中，當(dāng)植物達(dá)到中等大小時(shí)，樹木的繁殖力達(dá)到頂峰，之后開始下降。

研究人員表示，預(yù)測(cè)樹木繁殖能力的變化，掌握樹木繁殖能力下降的規(guī)模及時(shí)間，對(duì)于提高森林的管理、保護(hù)和恢復(fù)具有重要意義。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《PNAS》雜志上。

（科技部）