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生命科学进展 Report from Science since 2000
激素leptin与行为的中间环节 • 科学家们最近发现激素leptin是通过大脑中的愉快中心(pleasure center)发挥作用的，使人们对食物的兴趣降低，但对高能量消耗活动的兴趣增加。Leptin被认为是体内的“脂肪调节器”，当脂肪积累过多时，它抑制食物的摄取并促进新陈代谢。但是该激素作用的内在神经行为机理以前一直不清楚。Fulton等人将大鼠连接到一个系统上，通过这个系统大鼠可以电刺激它们下丘脑的几个部位来得到“脑刺激奖励”。当减少大鼠的日常食物量时，大鼠增加了对某些部位的刺激，但给它们注射leptin后，不再增加对这些部位的刺激。其它部位不受限制食物的影响，但受leptin的影响。这些结果将leptin与大脑的“奖励电路”(reward circuitry)联系在一起，这也是酒精及其它成瘾物质的目标。激素leptin的反作用表明它是通过降低一行为的奖励值和增加与其竞争的行为的奖励值来影响行为的。
寄生虫的生存策略 • 引起疟疾的寄生虫为了适应寄主体内的免疫防御系统形成了一种不寻常的策略：它们繁殖出更多的雄性以适应特殊的生存环境。许多动物根据自身的生存环境调整它们后代的性别比例，新研究表明疟原虫是一个特例，其生存环境由寄主的免疫系统所决定。Paul等人的研究发现当寄主产生激素促红细胞生成素(erythropoietin)使得骨髓中的红细胞增加时，疟原虫性别比例中雄性偏多。在这种情况下，血液对雄性疟原虫而言是一个恶劣的环境，抑制了寄生虫活动以及它们使雌性受精的能力。做为回应，疟原虫就大量繁殖雄性后代。
解读线虫基因组 • 如果说基因组像一本书，那么科学家目前已能读出几种生物中的大部分单词，也就是基因。但是要理解其中的含义，科学家将不得不弄清这些单词是如何组成句子的，也就是说这些基因做什么，它们的指令是如何实现的。一个研究小组通过研究由一组线虫基因编码的蛋白质产物的相互作用正在开展对这个问题的研究。线虫的基因组已全部测序。Walhout等人用一种新的方法(该方法应该能使研究整个线虫基因组的“语法”成为可能)，集中研究了涉及线虫阴门发育的27个基因。他们能描绘出已知的和可能的新蛋白质的相互作用并注释了约100个先前未区别的基因产物。在相关研究评述中，Kim指出，因为哺乳动物和线虫拥有许多相同的基因，线虫蛋白的相互作用图将有助于发现哺乳动物中类似的相互作用。
科学家用胚胎分裂克隆出猕猴 • Clonal Propagation of Primate Offspring by Embryo Splitting, by A. W. S. Chan, et al. • 一个科研小组在本期《科学》上宣布了猕猴Tetra的问世，这是首次用分裂胚胎的原始细胞的方法“克隆”出的第一只灵长类动物，该方法可用来获得多只完全相同的动物。Chan等人在寻找避免传统克隆技术的潜在缺陷的过程中，采用了这种新方法。他们希望用它培育出适合于研究人类疾病的遗传不变的实验对象，也可能为以后进一步的研究建立胚胎干细胞系。Chan等人的技术把8个细胞的猕猴胚胎分离成4个各含2个细胞的组，研究人员然后把它们转移到一位“代理”母亲体内，希望培育出一模一样的四胞胎。尽管Tetra是唯一活着生下来的，但该过程产生了4胎，成功率为31%，通常的体外受精的成功率是53%。
补充维生素A的“金色”大米 • Engineering the Provitamin A (beta-Carotene) Biosynthetic Pathway into (Carotenoid-Free) Rice Endosperm, by Xudong Ye, et al. • 研究人员用遗传工程的方法研制出一种更富营养的新型大米。这种大米将有助于消除目前正威胁着全世界许多人的维生素A缺乏症。Ye等人将三种基因引入水稻中，使其产生β胡罗卜素。哺乳动物需要用β胡罗卜素合成维生素A。β胡罗卜素(也称维生素A前体)使大米这种常见的主食呈现出金黄色。一旦这种植物的繁殖系建立起来，发展中国家的农民可免费得到种子。据估计，全球现有1.24亿儿童缺乏维生素A，造成各种健康问题，缺乏维生素A也是引起失明的常见原因。Guerinot在相关的研究评述中指出：迄今为止，大多数改变遗传特性的实验仅需要转移一种基因，而Ye等人成功地转移了产生β胡罗卜素所必需的三种基因，可以称得上是一个“技术上的杰作”。
影响生育的细胞表面蛋白 • 缺少细胞表面蛋白CD9的雌性小鼠，由于精子不能与其卵子相融合，生殖力明显下降。这一发现有可能阐明CD9蛋白的确切功能并揭示出导致某些人类不育症的可能原因。Le Naour等人在破坏了小鼠中CD9基因后发现缺乏CD9似乎只影响雌性──延缓怀孕、降低胎儿数目和增加幼子死亡率。尽管雌鼠仍具有正常的卵细胞和排卵周期，但卵子却失去了与精子融合的正常功能。Migado等人在类似的实验中也发现缺乏CD9的雌鼠不育率有所增加。当把精子强行注入到这些雌鼠的卵细胞后，受精卵仍能正常发育，表明不育率的升高是由融合的失败造成的，而并不是卵细胞有缺陷。 报告：Severely Reduced Female Fertility in CD9-Deficient Mice, by Francois Le Naour, et al.
让植物放松警惕的基因 • 科学家们克隆出一种蛋白质的基因，这种蛋白质帮助蚕豆关闭控制水分蒸发的气孔。搞清这种关键蛋白的活性部位以及它是如何作用的，可能使其成为将来改进植物技术的标靶，也许能培育出收割前自行脱水的农作物或提高灌溉田里农作物的产量。这种蛋白质主要通过调节气孔周围保卫细胞的活动发挥作用，同时自身被激素ABA所激活。激素ABA控制作物对干旱等环境压力的反应。Li等人发现置换保卫细胞的蛋白质中的一个氨基酸就足可以让气孔对ABA发出的关闭信号失去反应。 报告：Regulation of Abscisic Acid-Induced Stomatal Closure and Anion Channels by Guard Cell AAPK Kinase, by Jiaxu Li, et al.
巩固记忆 • 新记忆开始时只是隐隐约约的，随着时间的增加会逐渐在脑子里得到强化和巩固，这是一个老的想法，但它正不断地得到最前沿的研究人员的关注。科学家们正在探索诸如扁桃体(amygdala)和海马(hippocampus)等大脑部位在巩固记忆过程中的作用，以及类似于肾上腺素的激素的活动在调节和增加记忆强度方面的作用。近期的研究主要集中在记忆的细胞机制上，尤其是记忆的长期增强(long-term potentiation，简称LTP)的分子基础。在这篇综述中，McGaugh回顾了上个世纪记忆巩固方面的研究，并探讨了诸如记忆的几个阶段是相互联系的还是独立的，LTP是不是记忆的基础，巩固能持续多久等研究焦点问题。 综述：Memory--a Century of Consolidation, by James L. McGaugh
劫持”消化道神经系统的轮状病毒 • 一项新研究发现，被轮状病毒（rotavirus）感染而引起腹泻和呕吐可能是轮状病毒刺激肠的神经系统造成的。每年与轮状病毒相关的腹泻在发展中国家要夺去超过60万儿童的生命，但是什么原因使消化道自己与自己过不去至今仍不清楚。发现轮状病毒与神经系统有关可能会为治疗这种传染病提供新的途径。Lundgren等人研究了轮状病毒是如何刺激新生小鼠的肠神经系统，引起液体和电解液的分泌。他们发现四种阻碍神经系统活动的药物也可影响分泌物的分泌。另外，局部麻醉剂利多卡因（lidocaine）用于肠壁后，也可减少被轮状病毒感染的小鼠的腹泻。 报告：Role of the Enteric Nervous System in the Fluid and Electrolyte Secretion of Rotavirus Diarrhea, by Ove Lundgren, et al.
胎儿如何对付母亲的免疫系统得以生存 • 新研究表明，胎儿为了活着出生必须用某些蛋白质抑制母亲免疫系统中一个关键的部分（该部分通常攻击带有外源基因的任何有机体）。因此，这些蛋白质的缺陷有可能是造成动物和人类的自发性流产的原因。Xu等人发现缺少编码Crry蛋白质的基因的小鼠活不到出生。Crry蛋白质主要抑制一种叫补体系统(complement system)的免疫反映。人体中的两种蛋白质DAF和MAP起着同样的调节补体的作用。因此它们可能对胎儿的生存至关重要。 报告：A Critical Role for Murine Complement Regulator Crry in Fetomaternal Tolerance, by Chenguang Xu, et al.
一起进食的昆虫能够相互传播病毒 • 研究人员首次证实靠昆虫传播的病毒可以在以同一寄主为食的昆虫之间相互传播，而寄主本身并不需要感染上这种病毒。这一发现说明共同取食也是病毒感染的一种重要方式，使人们不只将注意力放在病毒贮源的哺乳动物寄主身上。Mead等人对一种常见的家禽病毒--毒水泡性口炎(vesicular stomatitis)病毒--进行了研究，他们观察到：当受感染与未受感染的蚋(black fly)在鹿鼠(deer mice)身上一起取食时，未受感染的蚋感染上了病毒，而鹿鼠却没有带病毒的迹象，表明病毒是由其它蚋传播的。这种传染方式可能解释某些靠昆虫传播的病毒在没有寄主贮源的情况下为什么能够存活下来。 报告：Transmission of Vesicular Stomatitis Virus from Infected to Noninfected Black Flies Co-Feeding on Nonviremic Deer Mice, by Daniel G. Mead, et al.
不怕胃酸的幽门螺旋杆菌 • 科学家们揭开了幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)能够在人胃里生存的秘密，这为预防胃炎、溃疡和某些胃癌将会有所帮助。幽门螺旋杆菌是一种特别的能生存在我们胃里极度酸性环境下的细菌，它是靠产生一种可以抵消胃酸的酶。Weeks等人观察到，一种位于细菌膜上的蛋白质ureI负责调节这种酶的生产。ureI蛋白质在细胞膜上起“质子通道”(proton channel)的作用，它控制进入细胞内的胃酸量。因此使ureI失活有可能让幽门螺旋杆菌对胃酸的攻击变得敏感，这也可能是从正常胃中根除该细菌的一种方法。 报告：A H+-Gated Urea Channel: The Link Between Helicobacter pylori Urease and Gastric Colonization, by David L. Weeks, et al.
耐高温的转基因植物 • 科学家们对烟草植物进行了遗传修饰，使其对高温有更强的抵抗力。气温达到35℃—40℃时，植物通常要停止光合作用。Murakami等人发现，使负责产生叶绿体膜中某种脂肪酸的基因“沉默”可以培育出更适应高温的转基因植物。在相关的研究评述中，Sharkey指出“随着大气层中温室气体浓度的上升，高温对植物的影响是一个很重要的研究领域”。 报告：Trienoic Fatty Acids and Plant Tolerance of High Temperature, by Yuuki Murakami, et al. 研究评述：Some Like It Hot, by Thomas D. Sharkey
传染病威胁野生动物 • 野生动物传染病日益严重，这不仅对人类健康，也给全球的生物多样性带来了威胁。然而Daszak等人认为至到现在，野生动物的传染病仍没有引起科学家们应有的重视。在这篇综述中，作者解释了造成野生动物传染病上升的一些原因：比如人类侵犯野生动物的栖息地、由家禽带来的感染、通过贸易和旅游引入新动物及病原体、甚至气候变化。正如作者所指出的，传染病对濒危物种的危害尤为严重。家禽、甚至人类也受到野生动物传染病的威胁，艾滋病和莱姆关节炎(Lyme disease)就是例子。作者建议，将来鉴定和控制野生动物传染病的方法应仿效已用于人类传染病的综合性措施。 综述：Emerging Infectious Diseases of Wildlife-- Threats to Biodiversity and Human Health, by Peter Daszak, et al.
克隆和生长抗癌酶 • 科学家克隆并测序了一个名为epothilone的酶，这个酶可能被用做有效的抗癌剂。Epothilone与另一个著名的抗癌药Taxol的工作原理相同，它有潜力成为一种水溶性更好的、用于治疗抗Taxol肿瘤的药。目前，epothilone是用自然界的细菌很慢、很少量地生产的，不适于大量的临床使用。Tang等人克隆了该细菌生产epothilone的基因簇团，并把这些基因插入到另一个宿主细菌中，使其能快速、大量地生产epothilone。与自然生产epothilone的细菌不同，这个新的细菌工厂的基因特性便于控制，为科学家提供了进一步调整epothilone生产的可能性。 报告：Cloning and Heterologous Expression of the Epothilone Gene Cluster, by Li Tang, et al.
对付艾滋病病毒的新的候选目标 • 科学家找到了一类抑制艾滋病病毒(HIV)的化合物，它们可能用于治疗对现有疗法不敏感的病人。现有药物通过使HIV病毒的逆转录酶(reverse transcriptase)和蛋白酶(protease)失活，从而使被感染细胞里的病毒不能自我繁殖。但一些HIV株系对这些药物有了抗药性。Hazuda等人以整合酶(integrase)为靶标，这个酶对病毒将其DNA插入宿主基因组的能力有关键作用。作者筛选了25万个不同的化合物，发现了两个能抑制整合酶的活力。这两个化合物都属于二酮酸(diketo acid)类，它们正是在酶帮助病毒DNA序列端部与细胞DNA结合时起干涉作用。虽然也有其它化合物被建议为可能的整合酶抑制剂，但它们作用的机制都不是这样的，而且这些抑制剂是否具有有用的抗病毒作用也一直有争议。 报告：Inhibitors of Strand Transfer That Prevent Integration and Inhibit HIV-1 Replication in Cells, by Daria J. Hazuda, et al.
从SIV到HIV以及艾滋病的蔓延 • 虽然分析和试图征服艾滋病毒(HIV)的工作已进行了二十年，但艾滋病仍在“进化、扩展、给人类提出更大的挑战。”据Hahn等人统计，HIV在非人类灵长类中的近亲SIV(simian immunodeficiency syndrome)已在27种灵长类动物中被发现。科学家认为HIV-1和HIV-2分别从黑猩猩和sooty mangabey通过至少7种渠道传给人类。在这篇综述中，作者讨论了非洲的灵长类动物是如何成为包括HIV在内的反录病毒家族的潜在贮源的，以及在20世纪早期HIV可能是如何跨过物种界限开始成为人类的传染病的。使艾滋病上升为流行病的社会因素，以及HIV与灵长类的其它反录病毒重组的可能性，使彻底了解HIV的过去和未来成为公共卫生的至关重要的问题。 综述：AIDS as a Zoonosis: Scientific and Public Health Implications, by Beatrice H. Hahn, et al.
细胞根据需求送出蛋白质 • 有朝一日糖尿病患者也许可用下面的方式来控制他们的胰岛素量：用基因疗法将生产胰岛素的基因送入某些细胞；这些用基因工程生成的胰岛素在细胞的内质网(endoplasmic reticulum，简称ER)里聚合在一起(ER是细胞分泌过程的基地)；聚合在一起的胰岛素块太大，不能从细胞里出来，直到病人用某种可口服的“小分子”的药物。在ER里，这个小分子药物可以将胰岛素块破碎，从而细胞能将其根据需要送入血液--就象在非糖尿病患者的系统中一样。Rivera等人最近演示了重要的蛋白质，比如胰岛素、生长激素、以及其它自然地突发分泌的蛋白质(那些与疼痛、饥饿、血压有关的)可以存在ER内，然后通过用小分子药物控制其分泌。这个系统似乎在培养的细胞和活的小鼠身上都工作。最终的障碍是将该系统与安全、有效的基因疗法结合在一起，这个问题还没有解决。在相关的研究评述中，Aridor和Balch进一步讨论了这一工作。 研究文章：Regulation of Protein Secretion Through Controlled Aggregation in the Endoplasmic Reticulum, by Victor M. Rivera, et al. 研究评述：Regulating Export of ER Cargo, by Meir Aridor and William E. Balch
疟疾疫苗研究应注意的问题 • 一项新的研究表明，一个人身上的不同种的疟疾寄生虫之间的相互竞争，可使它们与宿主的免疫系统一起工作使疾病不表现出来，产生一个跨物种的免疫性。所以针对一个物种的疫苗在这种情况下也许无效，甚至会使疟疾的问题变得更坏。Bruce等人分析了新几内亚被感染但没有症状的孩子们身上的几种疟疾寄生虫。他们发现，不同物种寄生虫的种群依次达到高峰，这也许是涉及种群增长的自调节效应和种特有的免疫反应的种群相互作用的结果。疟疾在发展中国家有很高的发病率，因此疟疾疫苗的可能性对人们很有吸引力。但如这一研究所显示的，在疟疾极常见的地区，可能同时被不同的寄生虫感染，一个只针对某个具体物种的疫苗可能给其它种的寄生虫更快地繁殖提供更多的机会。 报告：Cross-Species Interactions Between Malaria Parasites in Humans, by Marian C. Bruce, et al.
神经之间不通讯也能建立系统 • 一个使神经元不能互相“交谈”的单个基因突变可以完全毁掉大脑的功能，但神经网络在发育过程中能正常建成。Verhage等人发现，缺少munc18-1基因的小鼠是完全瘫痪的，并也许因其不能呼吸，在出生后马上死亡。删除munc18-1基因停止了所有神经递质(neurotransmitter)的分泌，神经递质是从轴突(axon)的顶端传到临近的神经元的化学信使。但作者发现，停止神经递质的分泌并不阻止胚胎中正常大脑的形成。由此可见，大脑的复杂的神经网络不需要神经传递也能发育。但一旦神经元之间的联接建立了，如果没有神经传递，它们就会退化。 报告：Synaptic Assembly of the Brain in the Absence of Neurotransmitter Secretion, by Matthijs Verhage, et al.
基因组学和生物信息学 • 基因组学正在给研究者带来一个重要的新工具，使他们能够鉴定生物体制造据有医学重要性的化合物的具体步骤。在这篇研究评述中，Cane描述了基因组学和分子生物学如何为新的酶以及它们在某些生物合成路径的作用的发现做出贡献的两个最近的例子。过去，发现新的酶的典型方法是基于测试，看看哪些酶作用引起给定的生物化学变化；近来，研究者们开始用核酸序列来识别可能的候选酶。 研究评述：Biosynthesis Meets Bioinformatics, by David E. Cane
酒精如何损坏胎儿的大脑 • 科学家告诫我们，怀孕期间饮用含酒精的饮料会给发育中的胎儿带来一系列问题，既胎儿酒精综合症(fetal alcohol syndrome, 简称FAS)。现在科学家们发现了酒精是如何破坏胎儿的大脑的。一系列用新出生的小鼠做的实验揭示，乙醇阻止谷氨酸受体活动同时使大脑中一些其它受体超活化，这两个过程都带来大脑细胞的死亡，减少大脑的总质量。人类相应的神经系统发展阶段从怀孕的第7个月开始。根据接触乙醇时间的长短，不同类型的脑细胞可能被损坏，造成与FAS有关的各种神经心理(neuropsychiatric)问题。 报告：Ethanol-Induced Apoptotic Neurodegeneration and Fetal Alcohol Syndrome, by Chrysanthy Ikonomidou, et al.
基因组不是越大越好 • 进化过程的诸多重大疑点之一是，一个生物体的复杂性与其基因组大小似乎毫不相干。比如，单细胞的变形虫(amoeba)的基因组有多于人类基因组百倍以上的DNA。几十年来生物学家一直解不开这个迷。现在一项新的研究首次为一个最近的假设找到了好的证据：小基因组的生物体也许能更有效地淘汰对它们不是必需的垃圾(junk)DNA。Petrov等人发现，其基因组比夏威夷蟋蟀基因组小一个量级的果蝇，必蟋蟀删除多余的DNA拷贝的速度快40倍。在相关的研究评述中，Capy进一步讨论了这一结果。 报告：Evidence for DNA Loss as a Determinant of Genome Size, by Dmitri A. Petrov, et al. 研究评述：Is Bigger Better in Cricket?, by Pierre Capy
治疗肝坏损有了新的希望 • 本期《科学》有两篇文章报告了可能用来延长等待肝移植的患者生命的新方法。移植肝细胞(hepatocytes)对损坏的肝脏有暂时的帮助。但肝细胞不易在培养物中生长，没有可供移植的足够的量。现在Kobayashi等人用基因疗法大量地生长出了这种细胞。他们首先使细胞感染上传送“长生不老基因”的修饰过的反录病毒，从而使细胞的数量每48小时翻一翻。虽然这样快的细胞繁殖对在实验室里得到大量细胞很有利，但在体内可能造成癌变。于是研究人员又引入第二个反录病毒用它来把第一个消除。把这样改造过的细胞移植给小鼠，研究人员发现它们能有效地治疗急性肝坏死。将类似的治疗用于人类也许能延长患者的生命等待肝移植手术。第二组科学家对减缓肝坏死提出了另一个建议。Rudolph等人发现，有异常短的染色体端粒的小鼠比正常的小鼠在肝脏受伤后更易得肝硬化。当研究人员用基因疗法恢复了小鼠的端粒酶的功能后，这些小鼠不再容易得肝硬变。这一结果为用药物来激活端粒酶从而可能延缓人类肝病恶化带来了希望。 报告：Prevention of Acute Liver Failure in Rats with Reversibly Immortalized Human Hepatocytes, by Naoya Kobayashi, et al. 报告：Inhibition of Experimental Liver Cirrhosis in Mice by Telomerase Gene Delivery, by Karl Lenhard Rudolph, et al.
分子钟比过去假设的要快 • 基因组的“分子钟”被认为是一个物种从其祖先分化出来的时间的纪录，但现在科学家发现这些分子钟比过去假设的可能要快。单点突变指基因组中的一个核苷酸自然地被另一个取代，这一过程以相对稳定的频率发生，所以研究人员靠比较相关的生物体的基因组中单点突变的数量来估计这些物种的进化年龄。但Averof等人现在发现，这种突变可以成对出现，而且在进化史上成对突变的发生率也是相对频繁的。所以某些物种实际上要比它们的分子钟所指示的年龄轻。 报告：Evidence for a High Frequency of Simultaneous Double-Nucleotide Substitutions, by Michalis Averof, et al.
突触蛋白在帕金森病中的作用 • 大脑中一种突触(synaptic)蛋白的异常积累也许是造成与包括帕金森病的几种神经变性病有关的神经元内含物(neuronal inclusions)形成的罪魁祸首。Masliah等人制造了生产人类突触蛋白a-synuclein的转基因小鼠。根据这种蛋白量的多少，小鼠的脑中在与人类脑相同的位置形成了神经元内含物，而且失去了多巴胺神经递质(dopamine neurotransmitter)的神经末端。随着这些变化的发生，小鼠的运动功能退化。也许alpha-synuclein的积累与人类帕金森病人的运动功能消失有关。 报告：Dopaminergic Loss and Inclusion Body Formation in alpha-Synuclein Mice: Implications for Neurodegenerative Disorders, by Eliezer Masliah, et al.
收入与健康的相辅相成的关系 • 一个国家越富有，她的人民也越健康，这已是常识。但Bloom和Canning在这篇政策论坛中指出，健康水平的提高也可以导致收入的增长。最近的经济研究显示，生命期望的增长与经济发展直接相关。好的健康水平的间接效果主要来自工作年龄人口相对于依赖人口的增长和生育率的下降。作者写道，“这一观察为国际发展机构提供了一个新的可能性：靠投资健康来刺激发展。” 政策论坛：The Health and Wealth of Nations, by David E. Bloom and David Canning
生物信息学现状 • 人们都知道盲人摸象的故事：他所摸到的那个部位决定了他对大象的认识。由生物学与数学、计算机科学、以及工程学被迫结合在一起的生物信息学也许就象一头占据了科学会客室里一把大椅子的象。许多生物学家觉得生物信息学的一大产物是大量的废物。如果你曾试图从大量的Web网站上或是软件包中寻找一个用来收集和分析大量的科学数据的有用的工具的话，你也许有同样的感觉。其实，在发展更强的计算能力、教生物学家使用计算机、增加资金、以及建立标准等方面已经有了相当大的进步。 Tech.Sight：Bioinformatics in the Information Age, by Sylvia J. Spengler
信号识别颗粒核心的晶体结构 • 科学家对把某些蛋白质引导到细胞里的正确的位置的分子有了新的认识。信号识别颗粒(signal recognition particle，简称SRP)是一个蛋白质和RNA的复合体，它中断新蛋白质的生产过程，将新的蛋白质带到细胞里的正确的位置，然后再允许生产过程继续下去。Batey等人确定了这个颗粒的核心的结构，并且发现了这个分子的某些结构是如何识别蛋白质以及与蛋白质相互作用的。在相关的研究评述中，Walter等人进一步讨论了这一工作。本期《科学》的封面与这一工作有关。 研究文章：Crystal Structure of the Ribonucleoprotein Core of the Signal Recognition Particle, by Robert T. Batey, et al. 研究评述：SRP--Where the RNA and Membrane Worlds Meet, by Peter Walter, Robert Keenan, and Uli Schmitz
本期专题：干细胞 • 自从科学家们在实验室里成功地用人类胚胎培育出干细胞后（见1998年11月6日的《科学》杂志，1014和1145页），利用这种可发育成体内其它多种类型细胞的干细胞，来生长用来取代由于衰老、外伤或疾病而损坏的组织的幻想开始成为可达到的现实。干细胞可以在体内不同的化学信号的影响下成为任何细胞组织。但是用胚胎做研究的伦理道德的后果给这些研究造成一些严重的、至今未能解决的冲突。所以，近期大量有关成人干细胞惊人可塑性方面的研究成果给人们带来了新的希望。成年人体内的许多组织也含有干细胞，根据传统的观点，这些干细胞仅能发育成为一种或很少几种类型的组织。但与此相反，用动物做的研究发现，成年干细胞可以被诱导回到它们未分化的状态，并可重新分化为各种完全不同的细胞或组织类型。比如，大脑中的神经干细胞可产生出血液细胞(见1999年1月22日的《科学》杂志，471和534页)。虽然现在还不知道在设想的组织取代疗法中，用成年干细胞比用胚胎干细胞的效果如何，但因为用前者不需要毁掉胚胎，所以人们对成年干细胞怀有希望。这期专题包括三篇观点文章、五篇综述、三组新闻和一篇社论对当前干细胞研究现状以及该研究的科学和伦理问题进行了评述。 专题介绍：Stem Cells Branch Out
生长因子决定精子的命运 • 对生长因子GDNF在小鼠中作用的一项新的研究指出：这种影响神经系统和肾脏发育的生长因子同时也控制着将发育成精子但尚未分化的细胞的命运。这一发现也许将有助于阐明人类男性不育的原因。Meng等人设计了好几种转基因小鼠，来研究生长因子GDNF表达不足和表达过量所产生的影响。当减少雄鼠中GDNF的含量时，能够发育为成熟精子细胞的干细胞的数量大减。另一方面，GDNF的过量表达延迟了精子的发育，因为大量尚未分化的细胞堵塞了精子的生产线。含有大量GDNF的小鼠也容易患睾丸肿瘤。 报告：Regulation of Cell Fate Decision of Undifferentiated Spermatogonia by GDNF, by Xiaojuan Meng, et al.
蜘蛛丝基因的进化 • 构成螺旋蜘蛛网的丝极富弹性，编码蜘蛛丝蛋白的基因序列是一个反映了均化(homogenizing)和异化(divergent)进化势力的妥协的结果。Hayashi和Lewis说，编码这种细长丝的基因(简称Flag基因)的分子结构可能“对将高性能的丝看做是适应性最佳的超级分子(supermolecures)的解释有特别的含意。”两种关系很近的蜘蛛种的Flag基因中均含有外显子(编码的)和内含子(非编码的)基因段落。研究人员发现的迹象证明协调进化冲淡了物种间外显子和内含子的差别。但是，外显子在基因编码区含有大量的重复片段以防止它们被完全均化。蜘蛛丝特有的重要的属性是外显子的重复序列所赋予的，而这些序列的存在则是以牺牲协同进化过程为代价的。 报告：Molecular Architecture and Evolution of a Modular Spider Silk Protein Gene, by Cheryl Y. Hayashi and Randolph V. Lewis
疱疹病毒如何维持其潜伏期 • 细胞感染上1型单纯疱疹病毒(herpes simplex virus-type 1)后，一种维持细胞生命的基因可能是这种病毒能长期潜伏的关键。疱疹病毒长期的潜伏的最严重的一个后果是，它使与眼睛相连的神经细胞终身感染，能造成角膜失明。早先的研究涉及到这个过程中的病毒基因LAT，但LAT的确切功能直到现在才被揭示出来。Perng等人用该基因发生突变的兔子做实验，发现LAT可防止被感染细胞自行毁灭，因此这些细胞成为等待发作的病毒的一个稳定储备环境。 报告：Virus-Induced Neuronal Apoptosis Blocked by the Herpes Simplex Virus Latency-Associated Transcript, by Guey-Chuen Perng, et al.
养育者、捕食者和幼鸟数 • 在热带和南方地区，雌鸟与它们生活在温带及北方地区的多产同类相比每次孵化的幼鸟都要少许多。每窝幼鸟的数目到底主要决定于食物的限制，还是鸟类的捕食者，还是两者兼有，这是一个长期在争论的问题。Alexander Skutch在1949建议了一个将两个因素结合起来的理论，他指出捕食者通过迫使成年成年鸟降低外出寻食的次数，限制了幼鸟获得的食物量，最终使每窝幼鸟的数目减少。但Skutch的假设直到现在也没有经过实验证实。Martin等人观察了阿根廷亚热带的1331窝幼鸟和美国亚利桑那州的7284窝幼鸟。像所预料的那样，每窝位于阿根廷的幼鸟数目要少一些，每位鸟妈妈平均孵2.58个蛋，而在亚利桑那州的鸟妈妈则平均孵4.61个蛋。对每个地区进行的分别的分析似乎支持Skutch的理论：被捕食率越高的物种所产幼鸟数越少，研究人员也发现它们食物运输次数少但每次的量比较大。但当研究人员将阿根廷和亚利桑那州的整个结果进行比较时，发现他们的某些数据与这个理论并不相符。比如，在阿根廷，捕食者不那么厉害，鸟妈妈外出寻食的次数较多，但它们每窝所孵的小鸟并不多。研究人员建议把南方和北方气候下成年鸟的死亡率考虑进来，改进Skutch的理论。文章作者之一Thomas E .Martin说，这一研究“有助于我们估计不同物种所面临的灭绝或种群数量问题的危害。” 报告：Parental Care and Clutch Sizes in North and South American Birds, by Thomas E. Martin, et al.
抵抗小鼠体内伊波拉病毒(Ebola)的新抗体 • Wilson等人报告说，受新研制的单克隆ebola病毒糖蛋白glycoprotein抗体保护的实验小鼠，可以抵御致命的Ebola病毒。在小鼠被病毒感染前还是在感染后给予小鼠抗体，都可以起到保护作用。随后的分析找到了具体的氨基酸组，它们似乎使Ebola糖蛋白与某些抗体相结合。其中一组氨基酸在已知引起人类致命出血疾病的所有Ebola病毒中都存在。Ebola病毒的糖蛋白是已知存在于病毒体和感染细胞表面上唯一的病毒蛋白，这使得它成为科学家制服Ebola病毒的首选目标。一些新单克隆抗体可以和引起人类疾病的所有Ebola病毒相结合。作者由此得出结论认为，“这些结果指出通过接种疫苗有可能生成抵抗所有致病Ebola病毒的有效抗体。”这一发现可能解决了抗体是否能对付Ebola病毒的争仪。尽管用于人类的治疗仍需要大量的、深入的研究，但作者对此很乐观。Ebola病毒的感染几乎都是致命的，因为目前还没有任何治疗措施和免疫方法。 报告：Epitopes Involved in Antibody-Mediated Protection from Ebola Virus, by Julie A. Wilson, et al.
病毒也有钾离子通道 • 人们过去认为钾离子通道(potassium channels)只在真核细胞中才有，现在在细菌中也发现其存在。Plugge等人描述了一个在小球藻(chlorella)病毒PBCV-1中的编码一个钾离子通道的基因。这个被称为Kcv的通道看起来不属于任何已知的钾离子通道族。但它是一个功能完全的通道，显示了几个其它钾离子通道的共性。它也是一个很小的蛋白质，也许它有助于更好地了解钾离子通道的基本原理，以及离子通道的作用。 报告：A Potassium Channel Protein Encoded by Chlorella Virus PBCV-1, by B. Plugge, et al.
监视细菌运动原 • 新的方法使生物化学研究能够在单个细胞上进行，而不需用大量的细胞。Cluzel等人用光谱仪跟踪了单个细菌生产鞭毛马达(flagellar motor)的量，从而监视细菌对趋药性(chemotactic)信号分子CheY浓度的变化的反应。细胞的反应根据CheY磷酸盐浓度的改变而有极大的变化，因为这个信号似乎被运动原(motor)本身的性质所放大。 报告：An Ultrasensitive Bacterial Motor Revealed by Monitoring Signaling Proteins in Single Cells, by Philippe Cluzel, et al.
污染的云不下雨 • 一项新研究表明，城市和工业大气污染会减少降雨和下雪，因为大气中的污染物颗粒阻碍了水气凝结成水滴和雪花。卫星照片和对“污染轨迹”的测定表明处于污染源下游的云层受污染物的影响不降水。几十年来，科学家们一直在争论城市和工业污染对降水的影响，这些数据是第一次有关此问题的直接证据。在相关的研究评述中，Toon进一步讨论了污染物颗粒是如何减少降水量的。 报告：Suppression of Rain and Snow by Urban and Industrial Air Pollution, by Daniel Rosenfeld 研究评述：How Pollution Suppresses Rain, by Owen B. Toon
微生物帮助酸矿排放 • 科学家在美国加州铁矿山（Iron Mountain）新发现了一种类似于真菌的原始微生物。它们生活在PH值极低的粘土或沉积物中。这些小东西能够帮助将显露的硫化矿物质分解成硫酸，它们可能在该地区酸矿的排放（acid mine drainage）中扮演重要的角色。Edwards等人发现铁矿山产酸的地点都被这些嗜酸微生物所覆盖，它们的数量达到了矿区微生物总数的85%。有关这些微生物生理方面的情况目前仍知道得不多，但它们独特的结构（包括缺少细胞壁）可能是它们能够在如此恶劣的环境下（PH为零）繁衍生息的关键所在。本期《科学》封面与这一工作有关。 报告：An Archaeal Iron-Oxidizing Extreme Acidophile Important in Acid Mine Drainage, by Katrina J. Edwards, et al.
脑膜炎细菌的基因组有助于科学家设计疫苗 • 两个科研小组在完成了一株脑膜炎细菌的基因组的测序后，立刻开始从这些新的遗传数据中寻找可能用于防止这个致命疾病的疫苗的信息。这是基因组研究如何在21世纪帮助医学发展的很好一例。科学家研究的这株脑膜炎球菌为血清B型，是引起北美和欧洲地区脑膜炎和败血病的主要元凶，现在没有对付它的疫苗。Tettslin等人绘出了该细菌整个基因组的图谱，还确定了与其毒力和突破人体免疫系统有关的可能基因。Pizza等人则接着利用这一信息，分离并克隆出该细菌外壳上的蛋白质，用以作为测试疫苗候选物。研究人员把暴露在细菌外膜上的7个高度保守区域注入到小鼠体内后，发现小鼠产生了对细菌的抗体。尽管血清B型疫苗的开发仍有待进一步的研究，但Nassrf在相关的研究评述中说，这些报告“强调指出了细菌基因组在制服传染病开辟新治疗策略方面的巨大的潜力。” 报告：Complete Genome Sequence of Neisseria meningitidis Serogroup B Strain MC58, by Herve Tettelin, et al. 报告：Identification of Vaccine Candidates Against Serogroup B Meningococcus by Whole-Genome Sequencing, by Mariagrazia Pizza, et al. 研究评述：A Furtive Pathogen Revealed, by Xavier Nassif
果蝇的味觉 • 大多数动物的味觉对科学家来说仍是一个谜，但现在研究人员发现了果蝇味觉信号系统的可能的分子基础。Clyne等人利用一组计算机程序在整个果蝇基因组中根据结构来搜索某个蛋白质，他们找到了看起来是编码果蝇味觉受体的一个基因族。这七跨膜结构域(seven-transmembrane-domain)蛋白质在结构上与哺乳动物嗅觉和味觉受体很相似，并且存在于果蝇的味觉器官唇瓣（labellan）中。这个蛋白质族较大，说明果蝇可能拥有一个复杂的味觉系统，能够分辩多种化合物。 报告：Candidate Taste Receptors in Drosophila, by Peter J. Clyne, et al
干细胞为什么需要休息？ • 和体内其它细胞相比，成年人干细胞相对比较懒惰。除了定期产生新的、更特定的细胞外，它们真得几乎什么也不干。但科学家发现，这种不活泼性对于保持一个健康的干细胞供给是十分重要的。Cheng等人利用缺少蛋白质P21的小鼠对成年干细胞“静止”的有益之处进行了研究 。P21可诱导并调节细胞分裂。在缺失P21的情况下，造血干细胞进入超载工作状态，制造很多的血液细胞，但最终使造血干细胞的供给变得枯竭。作者写到，“限制细胞周期对防止干细胞的过早衰竭和造血细胞的死亡是至关重要的。” 报告：Hematopoietic Stem Cell Quiescence Maintained by p21cip1/waf1, by Tao Cheng, et al.
有脚蛇的化石 • 人们在耶路撒冷附近、距今9500万年的海底沉积层中发现了一块有脚蛇的化石，这一发现有可能推翻目前的一个理论，该理论建议蛇的祖先来自海洋。这块保存完好的化石被命名为Haasiophis terrasanctus，是在该地区发现的第二种带脚的蛇。另一种蛇名为Pachyrhachis，其骨骼特征是一种起源学说的基础，该学说将蛇的海洋祖先与白垩纪一种名为沧龙的会游泳的巨蜥联系起来。现在，一个国际研究小组对Haasiophis的进化关系进行了描述和分析，指出这两种蛇化石实际上与现在的蛇(比如巨蟒和蟒蛇)有很近的关系。它们粗短的肢体代表了进化上的退化，至少相对于它们的肢体大为缩短了的直接祖先来说是一个退化。一篇相关的研究评述讨论了这种经过修正的进化图景。 报告：A Fossil Snake with Limbs, by Eitan Tchernov, et al. 研究评述：Limbless Tetrapods and Snakes with Legs, by Harry W. Greene and David Cundall
尿和口水携带癌症标记 • 化验某些体液中基因的突变可能成为一种简单、无损的检测膀胱、头部、颈部和肺部癌症的方法。这些突变发生在细胞线粒体的DNA(mtDNA)中。在一项新的研究中，科学家在膀胱、肺部、头部和颈部的肿瘤中确定出mtDNA的突变。因为细胞中含有许多同样的mtDNA的拷贝，研究人员推测，在来自肿瘤组织的体液中，也容易检测出这些突变。实际上，来自膀胱、肺部、头部和颈部的肿瘤突变也分别出现在了尿、肺液和口水中。与活组织检查分析相比，化验体液带来的损伤较小，它可能在将来成为在广大的人群中检测常见癌症的方法。 报告：Facile Detection of Mitochondrial DNA Mutations in Tumors and Bodily Fluids, by Makiko S. Fliss, et al.
让视网膜青春永驻 • 科学家们发现，哺乳动物的眼中似乎也含有干细胞，它们可产生新的视网膜细胞。如果科学家能够在实验室中控制其增殖，这些细胞可以在治疗受损视网膜时发挥极大的作用。鱼类、两栖类和一些其它非哺乳类的脊椎动物的视网膜中都含有干细胞，这就使它们的视网膜遇到损伤或由于疾病引起衰退时能够再生。一个加拿大研究小组在小鼠视网膜中一个特定区域发现了一组细胞，这组细胞可能是从哺乳动物之前的祖先进化的残留物。在培养基中，这些细胞已产生了几组视网膜细胞，但在眼睛中，却不知什么原因这种过程受到了抑制。 报告：Retinal Stem Cells in the Adult Mammalian Eye, by Vincent Tropepe, et al.
本期专题：新药的研制 • 就如同当今的大多数研究一样，未来新药研究的关键将取决于信息革命。这场革命正在给科学家、临床医生和制药工业提供新的方法，去寻找和改进21世纪的治疗手段。当基因的秘密和细胞中的细微活动成为研究热点，新药的研制将依据这些发现，采用新的合成技术，来不断更新药物。本期专题有4篇综述文章、2篇观点文章和1篇技术评论和4则新闻，对这场药物革命和它带来的冲击进行了探讨。本期《科学》的封面与这一专题有关。 专题介绍：An Information Revolution, by Julia Uppenbrink and Jeffrey Mervis
本期专题：果蝇基因组 • 近一个世纪以来，果蝇(Drosophila melanogaster)作为遗传研究的良好材料在这一领域做出了大量的贡献。现在科学家终于完成了对其基因组的测序工作。这一里程碑的工作在研究人员加速人类基因组的测序工作时候实现了。本期专题包括三篇综述、四篇观点、一篇相关的报告，一篇社论和一篇关于果蝇基因组测序和它潜在应用的新闻。本期杂志的封面也与此专题有关。 专题介绍：The Universe of Drosophila Genes, by Barbara R. Jasny
恐鸟迅速死亡帮助解释灭绝原因 • 一项对新西兰岛恐鸟(moa)灭绝原因的新分析指出这些大型的不会飞行的鸟类在人类移民到岛上后的不足160年中就全部死亡了。文章的作者说，与更新世晚期北美动物群灭绝相比，恐鸟这种“闪电灭亡”是“……已知灭绝动物群中死亡速度最快的”。相关的一篇研究评述则认为，新时间表的细节强调了考古学研究有能力解释当今的灭绝事件。对恐鸟数量动态变化的模拟实验表明当时成年恐鸟死亡率高、出生率则很低、以及人类占领该岛时间较晚导致了恐鸟的快速灭绝。先前科学家一直认为整个灭绝时期要超过1000年。 报告：Rapid Extinction of the Moas (Aves: Dinornithiformes): Model, Test, and Implications, by R. N. Holdaway and C. Jacomb 研究评述：Blitzkrieg Against the Moas, by Jared Diamond
年龄、性别和老山羊 • 在沿着穿越伊朗西部和伊拉克东北部扎格罗斯山脉崎岖的石灰石山脊上，人类和山羊的关系大约在10000年前发生了变化。科学家一直在努力寻找从近东肥沃地区到南美最南端的关键的有代表意义的事件。解剖学的变化以及兽群年龄和性别特征反映了当时的环境状况和捕获方式，而不是管理模式。现在，梅林达·齐德和布赖恩·赫西设计了一种新方法通过骨头来研究动物的年龄和性别。这种方式使他们区分出被祖先猎人捕杀的山羊和最早驯养的山羊。在伊朗高原上一处名为Gany Dareh的地方已经有10000年的人类居住历史了。研究人员在此发现了驯养的痕迹，包括有选择地屠杀年轻公山羊和延长母山羊的寿命。从另一处人类居住历史稍微短一些的Ali Kosh地区，发现的骨头揭示出更先进的管理方式。羊角形状的变化以及山羊长得更小都表明Ali Kosh的牧人可能是首先把被俘山羊从遗传上隔离出来。这些发现都在相关的研究评述中有所讨论。 Oscillation, MJO)的季节性变化联系起来。一旦MJO进入东太平洋地区，与振荡有关的异常西向气流会对墨西哥湾的热带风暴和飓风形成带来明显的影响。因为MJO形成比较缓慢，所以人们能够根据它的到来提前两周作出飓风预报。 报告：The Initial Domestication of Goats (Capra hircus) in the Zagros Mountains 10,000 Years Ago, by Melinda A. Zeder and Brian Hesse 研究评述：Age, Sex, and Old Goats, by Curtis W. Marean
