昆虫身上的蛋白质纳米小球激发了研发紫外线防护罩和隐形装置的灵感

昆虫身上的蛋白质纳米小球激发了研发紫外线防护罩和隐形装置的灵感 叶蝉是一种常见的昆虫，经常出现在花园或农场中，被认为是农作物的害虫。它们在大多数方面都很不起眼，除了一个从未在其他昆虫身上发现过的独特特征叶蝉身上会产生极其复杂的纳米颗粒，这种颗粒被称为"brochosomes"（球状蛋白质组织），看起来就像一个个小足球。这些中空的球体大约只有一个细菌的一半大小，充满了微小的孔隙，而且在世界上不同地区生活的不同大小的物种之间竟然是一致的。"这让我们提出了一个问题，"该研究的主要作者黄德成说。"为什么会有这种一致性？拥有约600纳米、约200纳米孔隙的球状蛋白质组织的秘密是什么？这是否有什么作用？"叶蝉产生的复杂纳米颗粒球状蛋白质组织的显微镜图像 Lin Wang 和 Tak-Sing Wong / 宾夕法尼亚州立大学/知识共享叶蝉会分泌出这些球状蛋白质组织，然后将整个身体包裹在其中，这似乎有一些好处。首先，研究人员发现这些颗粒具有超疏水性，可以保护叶蝉免受水和自身超粘的尿液的侵害。此外，它们似乎还能对光线产生奇特的作用，因此，宾夕法尼亚州立大学的研究人员开始在实验室里制造自己的"小肉球"，并对其进行测试。制作如此微小的物体非常棘手，因此研究小组制作了更大比例的模型当然"更大"是相对而言的，因为它们仍然只有 2 万纳米宽。然后，他们用不同波长的红外光照射它们，观察红外光与球状蛋白质组织的相互作用，他们发现这些微粒几乎能阻挡所有的光反射，这表明它们的主要作用是为昆虫隐身，以躲避捕食者。这项研究的第一作者王林说："人们一直不清楚为什么叶蝉会产生结构如此复杂的颗粒。我们在实验室中利用高科技3D打印方法成功地制造出了这些蛋白质组织。我们发现，这些实验室制造的粒子可以减少高达94%的光反射。这是一个重大发现，因为这是我们第一次看到大自然做这样的事情，用空心颗粒以如此特殊的方式控制光线。"研究小组说，虽然他们的比例模型是用红外线进行测试的，但球状蛋白质组织的大小适合用紫外线做同样的事情。这可能是它们达到目的的关键鸟类和爬行动物用紫外线捕食，所以叶蝉可能会扰乱这些信号，以保护自己的皮毛。这一发现不仅能让我们了解昆虫的聪明才智，还能帮助我们了解一系列新技术。研究小组认为，它可以改善收集太阳能的表面，制造散射紫外线的涂层，保护物体和我们的皮肤免受阳光的伤害。"这一发现可能对技术创新非常有用，"王说。"有了调节表面光反射的新策略，我们也许就能隐藏人类或机器的热信号。也许有一天，人们可以根据叶蝉使用的技巧开发出一种热隐形斗篷。我们的工作表明，了解自然可以帮助我们开发现代技术。"这项研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。 ... PC版： 手机版：

工程化mRNA将人体变成药物制造生物工厂

工程化mRNA将人体变成药物制造生物工厂 信使核糖核酸（mRNA）包含指导细胞利用其内在机制制造特定蛋白质的指令。许多人都知道mRNA，因为它与 COVID-19 疫苗有关。但 mRNA 的潜在用途远不止于此，它还可以作为一种基于基因的治疗方法来治疗一系列疾病。最近发表的一项研究详细介绍了这种用途。得克萨斯大学西南医学中心的研究人员利用工程化 mRNA 促使细胞分泌自身药物，成功治疗了小鼠的牛皮癣和癌症。UT西南大学生物医学工程与生物化学系教授、该研究的通讯作者丹尼尔-西格瓦特（Daniel Siegwart）说："有朝一日，这项技术也许能让病人在药房甚至在家里接受每月一次的治疗，而不是经常去医院或门诊输液，这将大大提高他们的生活质量。"在 mRNA 研究取得最新进展的同时，利用纳米颗粒递送治疗药物领域也取得了进展。不过，大部分研究都是为了让细胞生成蛋白质，直接用于细胞内，或者间接触发细胞通路，如基因编辑所需的通路。在目前的研究中，研究人员采取了一种不同的方法，重点是让这些重要的蛋白质离开细胞，以便它们能在身体的其他部位发挥治疗作用。在细胞内，信号肽（SPs）就像"隐喻的运输标签"（研究人员的术语），引导根据基因指令产生的蛋白质到达需要它们的地方。一些信号肽能将蛋白质导向细胞核和线粒体等细胞内部，而另一些信号肽（称为分泌型信号肽）则能将蛋白质分泌到细胞外空间。有鉴于此，研究人员假设，可以将一种工程SP复制粘贴到mRNA编码中，使通常被限制在细胞内空间的蛋白质大胆地进入循环。他们分离出了一段mRNA，该mRNA能产生由因子VII（一种参与凝血的蛋白质）衍生的分泌型SP。然后，他们将这种编码 SP 的 mRNA 连接到四种不同的 mRNA 序列上，这些 mRNA 序列可产生某些蛋白质：mCherry（一种荧光蛋白，可提供是否从细胞中分泌的视觉线索）、红细胞生成素（一种参与造血的人类蛋白质）、etanercept（一种用于治疗炎症性疾病的治疗性蛋白质）和抗 PD-L1 （另一种用于治疗癌症的治疗性蛋白质）。在实验室中，当修饰过的mRNA被包装进脂质纳米颗粒并输送到细胞中时，细胞会将由这些mRNA制成的SP标记蛋白质分泌到细胞外的液体中。牛皮癣是一种引起皮肤炎症的自身免疫性疾病，当研究人员用经过修饰的编码药物 etanercept 的 mRNA 治疗患有牛皮癣的小鼠时，它们的皮肤斑块明显减少。当他们用经过修饰的编码抗-PD-L1的mRNA治疗患有结肠癌和转移性黑色素瘤的小鼠时，肿瘤生长明显减少，小鼠的存活时间是未治疗小鼠的两倍。研究人员说，利用他们的信号肽工程核酸设计（SEND）让人体自身的机器制造和输送治疗用蛋白质，可能会提高目前通过输液给药的蛋白质药物的疗效，并有助于克服与之相关的副作用。他们说，利用这种技术生产的药物可以改善炎症性疾病、癌症、凝血障碍、糖尿病和各种遗传性疾病患者的健康和生活质量。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 ... PC版： 手机版：

英国DeepMind（深度思维）公司研究人员领衔的团队22日在英国《自然》杂志发表报告说，该公司的人工智能程序AlphaFold

英国DeepMind（深度思维）公司研究人员领衔的团队22日在英国《自然》杂志发表报告说，该公司的人工智能程序AlphaFold（阿尔法折叠）预测出98.5%的人类蛋白质结构，有助于深入理解一些关键生物学信息，从而更好开展药物研发。 人类蛋白质组是指人类基因组编码所有蛋白质的集合，考虑到理解人类蛋白质组对健康和医药的重要性，研究人员一直以来付出大量努力来确定其中的蛋白质结构，但用普通实验方法预测蛋白质结构十分耗时。人类基因组中目前只有三分之一的蛋白质3D结构已通过实验确定。 AlphaFold是DeepMind公司开发的一款人工智能程序，可用于预测蛋白质结构。该公司研究人员利用AlphaFold确定了覆盖几乎整个人类蛋白质组（98.5%的所有人类蛋白质）的蛋白质结构，并将这些结构放入公开的数据库免费供全球科研人员使用。 氨基酸是连接起来形成蛋白质的亚单位。研究人员还让AlphaFold对人类蛋白质组58%的氨基酸结构位置给出可信预测；其中对35.7%的结构位置预测达到很高可信度。 报告作者之一、DeepMind公司联合创始人德米斯·哈萨比斯在一篇文章中说，了解一部机器的结构之后才能清楚知道它能做什么，因此深入分析蛋白质结构有助我们理解它的功能。研究人员在寻找疾病治疗方案以及应对包括抗生素耐药性、微塑料污染和气候变化等人类社会面临的重大挑战过程中，也能从中受益。 （新华社）

牛津大学科学家发现早期癌症检测的关键蛋白质 确诊前7年多就可检测到

牛津大学科学家发现早期癌症检测的关键蛋白质 确诊前7年多就可检测到 由英国癌症研究中心（Cancer Research UK）资助、牛津人口健康中心（Oxford Population Health）开展的两项研究发现，血液中的蛋白质有可能在癌症确诊前七年就提醒人们癌症的存在。研究人员确定了与19种不同癌症类型相关的618种蛋白质，其中包括在癌症确诊前至少7年采集血样的人体内发现的107种蛋白质。研究小组发现，这些蛋白质可能在癌症的最早期阶段就参与其中，从而可以预防癌症。他们认为，其中一些蛋白质可用于比目前更早地检测癌症。将来，这将有助于在更早的阶段治疗或完全预防癌症。英国癌症研究中心正在资助研究人员寻找癌症的最早征兆，这也是该中心通过研究预防癌症的长期战略的一部分。在这些研究中，研究小组使用了一种名为蛋白质组学的强大技术。蛋白质组学使科学家能够在一个时间点上分析组织样本中的大量蛋白质，了解它们之间的相互作用，并发现不同组织样本中蛋白质的重要差异。在第一项研究中，科学家们分析了英国生物库中的血液样本，这些样本来自 44000 多人，其中有 4900 多人后来被诊断出患有癌症。研究小组利用蛋白质组学分析了每人一份血液样本中的 1463 种蛋白质。他们比较了被确诊为癌症和未被确诊为癌症的人的蛋白质，寻找他们之间的重要差异，并找出哪些蛋白质与癌症风险有关。科学家们还发现了癌症确诊前三年血液中存在差异的 182 种蛋白质。在第二项研究中，科学家们研究了 30 多万个癌症病例的基因数据，深入探讨了哪些血液蛋白与癌症的发展有关，哪些可以成为新疗法的目标。科学家发现，血液中的 40 种蛋白质会影响一个人罹患 9 种不同癌症的风险。虽然改变这些蛋白质可能会增加或减少人们患癌的几率，但科学家们也发现，在某些情况下，这可能会导致意想不到的副作用。不过，研究小组强调，他们还需要做进一步的研究，以找出这些蛋白质在癌症发展中的确切作用、哪些蛋白质是最可靠的检测指标、可以开发哪些检测方法来在临床上检测这些蛋白质，以及哪些药物可以靶向这些蛋白质。牛津人口健康研究所高级营养流行病学家、第一项研究的共同第一作者凯伦-帕皮尔（Keren Papier）博士说："为了挽救更多癌症患者的生命，我们需要更好地了解癌症早期发生了什么。来自数千名癌症患者的数据揭示了血液中的蛋白质如何影响我们的癌症风险，这确实令人兴奋。现在，我们需要深入研究这些蛋白质，看看哪些蛋白质可以可靠地用于预防。"共同第一作者约书亚-阿特金斯博士说："我们与生俱来的基因以及由这些基因产生的蛋白质对癌症的发生和发展有着巨大的影响。感谢成千上万向英国生物库提供血液样本的人，我们正在建立一幅更全面的图景，了解基因如何在多年内影响癌症的发展。"牛津人口健康研究所高级分子流行病学家、第一篇论文的资深作者和第二篇研究报告的第一作者卡尔-史密斯-伯恩博士说："我们已经预测了人体可能对针对特定蛋白质的药物做出的反应，包括许多潜在的副作用。在进行任何临床试验之前，我们已经掌握了一些早期迹象，知道哪些蛋白质可能会因为意外的副作用而成为我们避免使用的靶点。这项研究让我们离利用靶向药物预防癌症的目标更近了一步这曾经被认为是不可能的，但现在却更容易实现了。"牛津大学人口健康研究所高级分子流行病学家、这两项研究的资深作者露丝-特拉维斯（Ruth Travis）教授说："要想预防癌症，我们就必须了解导致癌症早期发展的因素。这些研究非常重要，因为它们提供了许多有关多种癌症的病因和生物学特性的新线索，包括对癌症确诊前几年发生的事情的深入了解。我们现在拥有的技术可以对数千个癌症病例中的数千种蛋白质进行研究，确定哪些蛋白质在特定癌症的发展过程中起作用，哪些蛋白质可能对多种癌症类型有共同的影响"。英国癌症研究中心研究与创新执行主任 Iain Foulkes 博士说："预防癌症意味着要注意疾病最早的预警信号。这意味着要进行深入细致的研究，找到我们应该密切关注的分子信号。这项研究的发现是向提供预防性疗法迈出的关键性的第一步，而预防性疗法是让人们过上更长、更美好的生活，远离癌症恐惧的最终途径。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41467-024-48017-6DOI: 10.1038/s41467-024-46834-3 ... PC版： 手机版：

模拟病毒的DNA粒子可提供无免疫副作用的疫苗

模拟病毒的DNA粒子可提供无免疫副作用的疫苗 DNA 粒子制成的疫苗递送平台避免了使用蛋白质粒子时出现的脱靶效应 巴特实验室/麻省理工学院微粒疫苗通常是由携带许多病毒抗原拷贝的蛋白型病毒微粒支架制成。由于它们模拟天然病毒，因此与传统疫苗相比，这些疫苗能产生更强的免疫反应。它们能激活 B 细胞，使其产生针对所传递抗原的特异性抗体。不过，微粒疫苗的一个潜在缺点是，蛋白质支架会刺激产生针对它和它所携带的抗原（也是一种蛋白质）的抗体，从而降低免疫系统对抗原的反应强度。此外，由于机体会产生针对蛋白质平台的抗体，这就限制了它今后作为疫苗载体的使用，即使是用于不同的病毒。现在，麻省理工学院的研究人员开发出了一种基于 DNA 的支架，可以避免这一问题，确保免疫系统只对抗原而不是平台做出反应。该研究的通讯作者之一丹尼尔-凌伍德说："DNA纳米粒子本身没有免疫原性。如果使用基于蛋白质的平台，你会对平台和感兴趣的抗原产生同样高级别的抗体反应，这会使重复使用该平台变得复杂，因为机体会对它产生高亲和力的免疫记忆"。为了制作支架，研究人员采用了他们以前使用过的"DNA折纸"技术，即折叠DNA，使其模仿病毒的结构。这种技术可以在特定位置附着各种分子，如病毒抗原。将 SARS-CoV-2 穗状病毒蛋白的受体结合部分附着在 DNA 支架上后，他们在小鼠身上进行了测试。他们发现，小鼠并没有像使用蛋白质支架时那样对支架产生抗体，只是对SARS-CoV-2产生了抗体。另一位通讯作者马克-巴特（Mark Bathe）说："我们在这项研究中发现，DNA不会诱发抗体，从而分散对相关蛋白质的注意力。你可以想象，你的 B 细胞和免疫系统正在接受目标抗原的全面训练，而这正是你想要的让你的免疫系统激光聚焦于感兴趣的抗原。"与其他类型疫苗刺激的 T 细胞不同，B 细胞可以持续数十年，提供长期保护。Bathe说："免疫学领域的许多人都对微粒疫苗非常感兴趣，因为它们能产生强大的体液免疫，也就是基于抗体的免疫，它有别于基于T细胞的免疫，而mRNA疫苗似乎能更强烈地激发T细胞免疫。"研究结果表明，DNA 支架是基于蛋白质的平台的有效替代品，但不会产生脱靶效应，研究人员目前正在探索是否可以利用它同时传递不同的病毒抗原，以提供对一系列病毒的保护。Lingwood说："我们有兴趣探索是否能让免疫系统产生更高水平的免疫力，以抵御流感、艾滋病毒和SARS-CoV-2等传统疫苗方法所抵御的病原体。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

在乳清蛋白的帮助下 从电子垃圾中提取黄金突然变得有利可图

在乳清蛋白的帮助下 从电子垃圾中提取黄金突然变得有利可图 在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员详细介绍了一种可持续的、具有成本效益的从电子废物中选择性提取黄金的方法。该研究的通讯作者拉法埃莱-梅赞加（Raffaele Mezzenga）说："我最喜欢的一点是，我们利用食品工业的副产品从电子垃圾中提取黄金。没有比这更可持续的了！"梅赞加所说的食品工业副产品是乳清，即制作奶酪时从凝乳中分离出来的牛奶含水部分。在这里，研究人员将这种乳制品废料转化为蛋白质淀粉样纤维基质，并将其用作吸附剂，选择性地从电子垃圾中提取金。在酸性条件和高温下，乳清蛋白被变性蛋白质的主要结构被破坏，变成更松散、更随意的结构导致它们在凝胶中聚集成纳米纤维。凝胶干燥后形成海绵。利用食品工业副产品从电子垃圾中回收黄金的工艺示意图研究人员从 20 块旧电脑主板中提取了金属部件，并将其溶解在酸浴中，使金属离子化或分离成正离子和负离子。当把蛋白质纤维海绵放入金属离子溶液中时，金离子就会粘在上面。虽然其他金属（例如铜和铁）也能被海绵吸收，但金的吸收效率要高得多。吸收金离子后，蛋白质纤维海绵受热，将离子还原成片状，最终熔化成质量约为 500 毫克的金块。分析表明，金块主要由金构成（90.8 wt%），铜和镍分别占 10.9 wt% 和 0.018 wt%。这些发现表明金块的纯度很高，相当于 21 或 22 克拉。在论文中，研究人员证明了他们的方法在商业上的可行性。包括原材料采购成本和整个过程的能源成本在内，从电子垃圾中回收 1 克黄金的总成本比回收黄金的价值低 50 倍。而且从环保角度来看，这种方法更好。使用传统活性炭从电子垃圾中回收 1 克黄金会产生约 116 克二氧化碳，而蛋白质纤维海绵的碳足迹较低，仅产生约 87 克温室气体。使用活性炭对环境影响较大的主要原因是，活性炭在生产过程中的能耗较高，这主要是由于使用了不可再生的燃料，再加上活性炭的吸附能力低于海绵。以前的提金尝试都有其缺点，例如可扩展性。由于乳清是一种动物性蛋白质，蛋白质纤维海绵可能会比活性炭对生态系统造成更大的破坏。因此，研究人员将探索是否可以用植物性蛋白质（如从豌豆和土豆中提取的蛋白质）代替乳清。研究人员计划将这项技术推向市场。虽然电子垃圾是提取黄金的一个很有前景的起始来源，但他们也在关注其他来源，包括微芯片制造或镀金过程中产生的工业废料。这项研究发表在《先进材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：