Science期刊精华之基因、蛋白酶、抗生素的最新研究

　　2016年08月12日讯 本周又有一期新的Science期刊发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

　　中国地质学家发现夏朝存在关键证据

　　春秋时期的儒教经典《书经》中，通过大禹驯服“大洪水”的故事，歌颂了一把上古圣贤：禹的父亲鲧受命治水后9年不成被处死，禹接过治水的重担，并用疏浚的策略带领华夏人民在随后的13年中努力战胜了“天灾”，他本人也因此不世奇功被九州推为共主，创立了中国历史上的第一个世袭制王朝“夏”。

　　关于夏朝、大禹其人，还有那场大洪水是否真实存在，孔子之后的近两千年里国人曾经坚信不疑。但从上个世纪20年代起，相关争议出现了。有学者认为，“三皇五帝”乃至夏朝不过是民间传说歪打正着进了史书，或者儒教出于政治目的杜撰出来供庶民景仰的一段乌托邦故事罢了。虽然后来在河南偃师发掘出的早青铜器时代“二里头文化”在时间与空间上与古籍中的夏朝有所重合，但确凿无疑的证据始终没有出现。

　　但最新发表在学术期刊《科学》（Science）上的一篇题为《公元前1920年的洪水爆发为中国传说中的大洪水和夏朝的存在提供依据》（Outburst flood at 1920 BCE supports historicity of China’s Great Flood and the Xia dynasty）则第一次为大禹治水的故事提供了科学证据。

　　学术期刊《科学》发表文章，为大禹传说中的大洪水提供了地质学证据。 研究者们认为，这一史前巨大洪水的发现，为中国古代文献所记录的大洪水传说提供了科学上的支持，表明这些传说是基于真实的自然事件。这些发现同时还为夏王朝本身的历史真实性提供了支持。

　　《科学》文章作者之一，南京师范大学地理科学学院吴庆龙在接受财新记者采访时表示，此次的最新研究推测出，夏朝开始的时间约为公元前1900年。这比现在普遍认为的夏朝建立时间晚了200到300年。这一年代不仅与黄河流域从新石器时代到青铜时代的重大过渡时间吻合，且与二里头文化开始的时间吻合。二里头文化是中国青铜器早期的主要文化，因此研究人员推测，二里头文化很可能就是夏朝的考古遗迹。

　　从结构上揭示多种抑制剂阻断人蛋白酶体机制

　　在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所、哥廷根大学和欧洲分子生物学实验室的研究人员前所未有地详细解析出人蛋白酶体的三维结构，破解了抑制剂阻断蛋白酶体的精确机制。这些研究结果为人们开发出更加高效的蛋白酶体抑制剂用于治疗癌症铺平道路。

　　要知道蛋白酶体等细胞复合体的工作机制，解析出它们的详细三维结构是至关重要的。解析出具有50000多个原子的人蛋白酶体的结构对结构生物学家而言是一种重大的挑战。在这项研究中，来自马克斯-普朗克生物物理化学研究所的Ashwin Chari团队与来自欧洲分子生物学实验室的Gleb Bourenkov团队合作，成功地解析出前所未有的分辨率为1.8埃的人蛋白酶体的三维结构，而且精确地绘制出每个原子在其中的位置。

　　接下来，研究人员解析出人蛋白酶体与8种不同的抑制剂（已在临试验床使用过或当前正在临床试验中使用）结合在一起时的结构。Chari说：“相比之前的蛋白酶体结构，显著提高的分辨率让我们确定了这些抑制剂阻断蛋白酶体的确切化学机制。这一认识使得优化蛋白酶体抑制剂的设计和疗效成为可能，这是因为只有为蛋白酶体定制的抑制剂才能完全关闭它。”

　　基因编辑大牛张锋再发力，揭示只靶向RNA的新型CRISPR系统

　　在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）、哈佛大学-麻省理工学院布罗德研究所（简称布罗德研究所）、麻省理工学院、罗格斯大学新伯朗士威校区和俄罗斯斯科尔科沃理工学院等机构的研究人员描述了一种靶向作用于RNA而不是DNA的新型CRISPR系统。

　　在这项研究中，来自布罗德研究所的张锋（Feng Zhang）及其同事们与来自NIH的Eugene Koonin及其同事们、来自罗格斯大学新伯朗士威校区的Konstantin Severinov等组成一个合作小组，鉴定出一种RNA引导的能够靶向结合和降解RNA的酶C2c2，并对C2c2进行功能性描述。

　　他们证实C2c2经基因编程后能够切割细菌细胞中的特定RNA序列，这可能往分子生物学工具箱中增加了一个重要的工具。

　　C2c2只针对RNA发生作用可作为靶向作用于DNA的CRISPR-Cas9系统的重要补充。这种只靶向作用于RNA---协助执行基因组指令---的能力能够让人们特异性地和高通量地操纵RNA，以及更加广泛地操纵基因功能。

　　C2c2具有让它适合用于工具开发的优势：（1）C2c2是一种双组分系统，只需要单向导RNA就可发挥功能；（2）C2c2是能够基因编码的，这意味着必需的组分能够作为DNA进行合成并运送到组织和细胞中。

　　无需大量使用抗生素而大规模生产生物燃料

　　与其在含有制造生物燃料微生物的大桶内使用大量的抗生素来控制对其的培养，研究人员研发出了一种新的技术：用改良菌株通过竞争来战胜可能造成污染的微生物。这些改良菌株能消耗异生物质营养成分，后者并非天然产物，大多数微生物也无法令其降解，因此，只有产生生物燃料的改良微生物才能利用这些异生营养成分生长。生物燃料有望成为一种比传统的石油或汽油更具可持续性的能量来源，然而，大规模生产生物燃料仍然颇具挑战性。例如，从微生物中大规模生产燃料需要在大型储库中进行培养；如果有其它微生物开始在这些严格控制的反应器中生长，则会对产量和生产力产生负面影响。

　　为了寻找解决方案，Arthur Shaw等人希望创制出能通过竞争打败其它污染菌株的改良菌株，后者仍然能生成生物燃料。他们称这种新技术为：稳健底物利用操作技术（robust operation by utilization of substrate technology，ROBUST）。

　　首先，该团队设计了一种大肠杆菌株，它能将三聚氰胺作为营养物质，但其它细菌则无法正常利用三聚氰胺。在一个富含三聚氰胺的培养环境中，改良菌株能很快通过竞争战胜野生型菌株。这个过程在2种酵母菌中也有效。研究人员改良了酿酒酵母菌株，令其能将氰化物和亚磷酸盐作为营养物。同样地，一个解脂耶氏酵母菌株也通过改良而能利用亚磷酸盐。这两种改良菌株都能在一个氰化物和/或亚磷酸盐介质中通过竞争战胜各自的对照菌株，该介质被用于甘蔗汁和小麦秸秆木质纤维素水解产物培养基中，这是2种广泛使用的工业原料。作者们指出，尽管需要做进一步的研究，其它几种可能的生物燃料产物也可能得益于ROBUST。由Rebecca Lennen撰写的《视角》更详细地讨论了这一研发结果。

　　揭示RIPK1调节轴突退化机制

　　抑制一种被称作RIPK1的激酶，能够降低疾病状态中发生的坏死性凋亡（necroptosis），即一种非半胱天冬酶依赖性的细胞死亡。在此之前，还未发现人基因突变与坏死性凋亡存在关联。

　　在一项新的研究中，Yasushi Ito等人发现蛋白optineurin丢失导致坏死性凋亡和轴突退化，其中蛋白optineurin是由一种参与人类神经退行性疾病肌肉萎缩性侧索硬化症（ALS）的基因编码的。当在缺乏optineurin的小鼠体内破坏RIPK1激酶依赖性信号时，坏死性凋亡受到抑制，轴突病理特征得到逆转。