钙过量 - 科学家开发出杀死癌细胞的新方法

钙过量 - 科学家开发出杀死癌细胞的新方法 钙离子在细胞功能中起着至关重要的作用，但如果钙离子含量过高，就会对细胞造成危害。研究人员最近开发出一种化合物，可通过调节细胞内的钙离子流入来靶向摧毁肿瘤细胞。这种创新方法利用了肿瘤组织内已有的钙离子，无需外部钙源。《Angewandte Chemie》杂志上发表的一篇论文详细介绍了这一研究成果。生物细胞需要钙离子来维持线粒体（细胞的动力室）的正常运转。然而，如果钙离子过多，线粒体过程就会失衡，细胞就会窒息。由韩国首尔梨花女子大学的尹珠英（Juyoung Yoon）领导的研究小组与来自中国的研究小组一起，利用这一过程开发出了一种协同抗肿瘤药物，它可以打开钙离子通道，从而在肿瘤细胞内引发致命的钙离子风暴。研究人员瞄准了两个通道，第一个是外膜上的通道，另一个是内质网中的钙通道，内质网也是一个储存钙离子的细胞器。位于外膜的通道在暴露于大量活性氧（ROS）时打开，而内质网中的通道则被一氧化氮分子激活。为了产生能打开外膜钙通道的 ROS，研究人员使用了染料吲哚菁绿。这种生物活性剂可通过近红外线照射激活，不仅能引发导致 ROS 的反应，还能使环境升温。研究小组解释说，局部高温会激活另一种活性剂 BNN-6 释放一氧化氮分子，从而打开内质网中的通道。在肿瘤细胞系试验成功后，研究小组又在植入肿瘤的小鼠体内测试了一种注射制剂。为了创造出一种生物兼容的复合药物，研究人员将活性成分装入了微小的改性多孔硅珠中，这种硅珠对人体无害，但能被肿瘤细胞识别并转运到细胞内。将这些微珠注入小鼠血液后，研究人员观察到药物在肿瘤内积聚。照射近红外线成功地触发了作用机制，接受这种制剂的小鼠几天后肿瘤就消失了。作者强调，这种离子流入方法可能也适用于相关的生物医学研究领域，因为类似的机制可以激活不同于钙离子通道的离子通道，从而找到新的治疗方法。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

小鸡性别鉴定师 一个老板都不敢让加班的神奇职业

小鸡性别鉴定师 一个老板都不敢让加班的神奇职业 但是对于家禽养殖业来说，如果鸡的性别鉴定失误达到一定规模，则会让生产企业遭受巨大的经济损失，比如想让鸡生蛋，养了半年发现是公鸡。而为了避免这种损失，一种对操作者眼力和手法要求极高的神秘职业专业辨鸡师应运而生，即辨别新生小鸡的性别。为何新生小鸡要分公母？刚出壳的小鸡毛茸茸的，挤作一团不停叽叽喳喳，非常可爱。但是在家禽生产流程中，它们立刻就得接受一轮莫得感情的严厉筛选，那就是分公母。在家禽生产流程中，雏鸡性别鉴定是非常重要的一环，把它当作一个批次鸡群的启动开关也不为过。这是因为：如果是养殖肉用鸡，公鸡和母鸡吃料、长肉速度不同，需要分开售卖和饲养，不然不方便管理；如果是养殖蛋鸡，想要鸡蛋当然只需要饲养母鸡，公鸡自然会直接被淘汰掉；如果是养殖种鸡，因为喂料量和分群标准均不同，需要从育雏、育成期，就将公母分开饲养，非笼养种鸡在产蛋期允许公母混养，但仍然会分开喂料。为了满足这些需求，雏鸡鉴定必不可少，但这项工作，却一点都不好干，甚至曾是困扰家禽业几个世纪的问题。直到 19 世纪 20 年代，日本兽医科学家发现可以通过小鸡的泄殖腔来判断其性别，立即改变了全球孵化业，并催生了一个独特的职业专业辨鸡师。专业辨鸡师？听说不加班？专业辨鸡师，也叫鉴别员，他们的工作就是在雏鸡孵化后，鉴别出鸡的性别。根据不同的家禽品种，鉴别的方式会有所不同。目前主要的人工视觉鉴别方案分两种，一种是羽速鉴别，一种是翻肛鉴别。所谓羽速就是观察羽毛，雏鸡的主翼羽和副主翼羽会因性别不同而显示出生长速度（既观察到长短）不同。而翻肛鉴别则需要徒手翻开雏鸡泄殖腔观察特征点，翻肛鉴别适用范围比羽速鉴别更广。羽速鉴别，图片来源：Royal Pas Reform虽然鉴别原理一句话就能说明白，但这活可真不好干。鉴别员是专业性非常强的工种，培养一名翻肛鉴别员一般至少需要 3～6 个月实操时间（光看 PPT 不行），才能达到商业生产的效率需求（雏鸡每小时鉴别 700～800 只，准确率超过 99% ）。银行柜员点钞用的是练功券，而培训鉴别员则一般使用孵化厂的淘汰雏进行练习，除了识别关键点的眼力，翻肛手法同样重要。如果手法不够细腻，有可能直接造成鸡苗泄殖腔损伤，造成损失。图片来源：youtu.be 截图在中国，多数生产商采用人工鉴别方式。鉴别员对于孵化厂有多重要？一个孵化厂一整天的工作流程，都要围绕鉴别员的工作效率来开展，因为这是生产车间中唯一一个绝对不能连续工作 8 小时，累计 8 小时后也不能加班的工种。鉴别员用眼过度，鉴别效率会大打折扣，而鉴别准确率减低造成的损失往往是企业无法承担的。假设养一万只蛋鸡，而这批鸡的鉴别员在出鸡当天，加了一小时班，由于疲劳等因素，导致鉴别效率下降了 1% 。这个比例好像看起来只有一点点，但这意味着养殖场不仅要多淘汰 100 只白吃料不下蛋的公鸡，还相当于多损失了 100 只原本能下蛋的母鸡，是不是得不偿失了？辨鸡师万一看走眼，怎么办？辨鸡师一天要看好几千只鸡，难免也有判断失误的时候，这时就需要有补救措施来兜底了。在农场饲养过程中，育成中期可以发现鉴别错误的鸡只，越早发现，对集群整体的不利影响越少。我们管鉴别错误的鸡称为“假公鸡”（混入公鸡群的母鸡）或“假母鸡”（混入母鸡群的公鸡）。以笔者个人的经验是抓起来拍一下，公鸡的叫声会更粗，而有经验的饲养员通常可以通过鸡走路的形态、体型看出不合群的那一只“假鸡”。这种鉴别错误的鸡，由于连续十几周吃到不符合生长需求的料，放回它原本性别的鸡群也是无法正常生长的，需要直接淘汰掉。鉴别员会被 AI 替代吗有可能，但不会很快。虽然现在已经有高科技企业研发了自动鉴别雏鸡性别的机器，该机器翻肛工作效率 1200 只/小时，羽速鉴别效率 3000 只/小时，但准确率只有 98% ，现阶段不如人工（熟练工种可达 99.5% 准确率）。不过，机器胜在效率稳定和连续工作时间长。目前已经有部分规模化生产商采用机器替代人工的方案。自动性别鉴定机器，图源：网络除此之外，还有分子水平的鉴定方法如流式细胞仪法、Embrex 法、PCR 法等，这些方法虽然准确率比人工更高，但成本、操作难度都更高，所需时间也更长，所以无法用于规模化生产。随着科技发展，鉴别员这种存在技术壁垒的工种也有面临被机器替代的风险，所以还是不能高枕无忧呀。参考文献[1]Halle M, Papadakis M. A new dawn of managing cardiovascular risk in obesity: the importance of combining lifestyle intervention and medication. Eur Heart J. 2024 Feb 16:ehae091.[2]Prospective Associations of Different Combinations of Aerobic and Muscle-Strengthening Activity With All-Cause, Cardiovascular, and Cancer Mortality. JAMA Intern Med. August 7, 2023.策划制作作者丨SamKakeru 科普创作者审核丨黄乘明 中国科学院动物研究所 研究员策划丨林林责编丨丁崝 林林审校丨徐来 ... PC版： 手机版：

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法 这幅图画展示了以锂为媒介将N2转化为氨的过程。图中是在电沉积锂（黑色瓷砖）上发生的一系列反应。在高压下，氮气（添加蓝色块）在锂上发生化学吸附，随后质子化（添加白色块）形成 NHx，最终生成氨气并回收锂。这一循环过程形成了产生氨的催化节奏。这项研究强调了压力和电位在控制固体电解质界面的结构和稳定性以实现氨合成方面的重要性。资料来源：Crystal Price 和 Joseph Gauthier，德克萨斯理工大学；Meenesh Singh，伊利诺伊大学芝加哥分校这一过程被称为锂介导的氨合成，它将氮气和乙醇等供氢流体与带电的锂电极结合在一起。氮原子不会在高温高压下分解氮气分子，而是粘附在锂上，然后与氢结合生成氨分子。该反应可在低温下进行，而且具有再生性，每生产一轮氨，就能恢复原来的材料。"有两个循环会发生。一个是氢源的再生，第二个是锂的再生，"UIC 化学工程副教授辛格说。"由于循环过程的存在，这一反应中充满了交响乐。我们所做的就是以一种更好的方式来理解这种交响乐，并尝试以一种非常有效的方式来调节它，这样我们就能产生共振，使其更快地进行。"辛格实验室在《ACS 应用材料与界面》（ ACS Applied Materials & Interfaces）杂志封面上发表的一篇论文介绍了这一工艺，这是辛格实验室在寻求更清洁的氨方面的最新创新。在此之前，他的研究小组开发出了利用阳光和废水合成这种化学物质的方法，并制造出了一种电气化铜网筛，减少了制造氨气所需的能量。他们的最新研究成果建立在一种并不新奇的反应之上。科学家们对它的了解已有近一个世纪。"基于锂的方法实际上可以在任何有机化学教科书中找到。这是众所周知的。"辛格说。"但是，让这种循环高效、有选择性地运行，从而达到经济上可行的目标，这是我们的贡献"。这些目标包括高能效和低成本。辛格表示，如果规模扩大，该工艺生产氨的成本约为每吨 450 美元，比以前的锂基方法和其他拟议的绿色方法便宜 60%。但是，选择性也很重要，因为许多使氨生产更清洁的尝试最终都产生了大量无用的氢气。辛格小组的研究成果是首批在选择性和能源使用方面达到能源部氨工业化生产标准的成果之一。辛格还表示，该工艺可以在模块化反应器中进行，通过太阳能电池板或其他可再生能源供电，并用空气和水为反应提供原料，可以使该工艺更加绿色环保。该工艺还有助于实现另一个能源目标将氢用作燃料。实现这一目标一直受制于运输高可燃性液体的困难。"产生氢气、运输氢气并将氢气输送到氢气泵站，然后将氢气输送到汽车，这非常危险，"辛格说。"氨可以作为氢的载体。它的运输成本很低，而且很安全，在目的地可以把氨转化回氢。"目前，科学家们正与通用氨公司（General Ammonia Co.UIC）的技术管理办公室已为该工艺申请了专利。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出遏制阿尔茨海默病发展的潜在新方法

科学家开发出遏制阿尔茨海默病发展的潜在新方法 科罗拉多大学安舒茨分校的研究人员发现了一种针对这种疾病的新方法，抑制一种关键蛋白可以阻止阿尔茨海默病中经常观察到的对突触和树突棘的损害。这项研究的第一作者是科罗拉多大学医学院药理学和分子医学博士课程的学生泰勒-马丁内斯（Tyler Martinez），最近发表在《eNeuro》杂志上。研究人员利用啮齿类动物的神经元发现，用一种名为"nutlin"的实验性抗癌药物靶向一种名为Mdm2的蛋白质，可以阻止阿尔茨海默病（AD）中积累的神经毒性淀粉样蛋白-b肽过度修剪突触。该研究的资深作者、中大医学院药理学系副主任马克-德尔阿夸（Mark Dell'Acqua）博士教授说："与注意力缺失症相关的认知障碍与树突棘和兴奋性突触的丧失有关，尤其是在海马区。"Dell'Acqua说，修剪多余的树突棘突触在出生后的大脑中是正常的，但在老年痴呆症中会异常加速，导致记忆和学习能力丧失。他说："当淀粉样蛋白b存在时，当这种蛋白质Mdm2被不适当地开启，就会导致突触的修剪。淀粉样蛋白-b是在AD患者大脑中发现的淀粉样蛋白斑块的主要成分。当我们在神经元上使用抑制Mdm2的药物时，它完全阻止了淀粉样蛋白b引发的树突棘脱落。因此，抑制这种蛋白质显然是有效的"。树突棘从树突（神经元的组成部分）中伸出，接收对学习和记忆至关重要的突触信号。神经技术中心主任 Dell'Acqua 指出，有关注意力缺失症疗法的大部分研究往往侧重于消除大脑中的淀粉样蛋白斑块。他说："抗淀粉样蛋白疗法是否是AD治疗的全部和终结，还存在疑问，即使患者能忍受高昂的费用，疗效也值得怀疑。我们认为也有可能通过阻断淀粉样蛋白b的某些影响来干预这一过程。可以通过靶向Mdm2进行干预。"下一步是确定它们是否能在动物模型中阻止注意力缺失症的发展。如果可以，将来就可以进行人体试验。针对 Mdm2 的药物已经开发出来，并已进入癌症临床试验阶段，但仍需美国食品及药物管理局的批准。Dell'Acqua 说："这是令人鼓舞的第一步，为我们提供了新的线索。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法 HZDR 的研究人员成功地在磁盘中产生了类似于波的激发即所谓的磁子来专门操纵碳化硅中原子大小的量子比特。这为量子网络中的信息传输开辟了新的可能性。图片来源：HZDR / Mauricio Bejarano为了满足这一需求，德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的一个研究小组现在推出了一种传输量子信息的新方法：该小组通过利用磁子（磁性材料中的波状激起）的磁场来操纵量子比特（即所谓的量子比特），磁子发生在微观磁盘中。研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的研究成果。建造可编程的通用量子计算机是当代最具挑战性的工程和科学研究之一。这种计算机的实现为物流、金融和制药等不同行业领域带来了巨大潜力。然而，由于量子计算机技术在存储和处理信息时存在固有的脆弱性，因此阻碍了实用量子计算机的建造。量子信息被编码在量子比特中，而量子比特极易受到环境噪声的影响。微小的热波动（几分之一度）就可能完全破坏计算。这促使研究人员将量子计算机的功能分布在不同的独立构件中，以努力降低出错率，并利用这些构件的互补优势。"然而，这就带来了一个问题，即如何在模块之间传输量子信息，使信息不会丢失，"HZDR 研究员、该刊物第一作者毛里西奥-贝哈拉诺（Mauricio Bejarano）说。"我们的研究正是在这个特定的利基上，在不同的量子模块之间传输通信。"目前，传输量子信息和寻址量子比特的既定方法是通过微波天线。这是Google和 IBM 在其超导芯片中使用的方法，也是在这场量子竞赛中处于领先地位的技术平台。"而我们则是通过磁子来寻址量子比特。磁子可被视为穿过磁性材料的磁激发波。这样做的好处是，磁子的波长在微米范围内，比传统微波技术的厘米波短得多。因此，磁子的微波足迹在芯片中花费的空间更少。HZDR 小组研究了磁子与碳化硅晶体结构中硅原子空位形成的量子比特的相互作用，碳化硅是一种常用于大功率电子器件的材料。这类量子比特通常被称为自旋量子比特，因为量子信息是由空位的自旋状态编码的。但是，如何利用磁子来控制这类量子比特呢？"通常情况下，磁子是通过微波天线产生的。"贝哈拉诺解释说："这就带来了一个问题，即很难将来自天线的微波驱动与来自磁子的微波驱动分离开来。"为了将微波从磁子中分离出来，HZDR 团队利用了一种在镍铁合金微观磁盘中可以观察到的奇特磁现象。"由于非线性过程，磁盘内的一些磁子具有比天线驱动频率低得多的频率。我们只用这些频率较低的磁子来操纵量子比特"。研究小组强调，他们还没有进行任何量子计算。不过，他们表明，完全用磁子处理量子比特从根本上是可行的。"迄今为止，量子工程界还没有意识到磁子可以用来控制量子比特，"Schultheiß强调说。"但我们的实验证明，这些磁波确实可以派上用场"。为了进一步发展他们的方法，研究小组已经在为未来的计划做准备：他们想尝试控制几个间距很近的单个量子比特，让磁子介导它们的纠缠过程这是进行量子计算的先决条件。他们的设想是，从长远来看，磁子可以被直接电流激发，其精确度可以达到在量子比特阵列中专门针对单个量子比特。这样就可以将磁子用作可编程量子总线，以极其有效的方式寻址量子比特。虽然未来还有大量工作要做，但该研究小组的研究强调，将磁子系统与量子技术相结合，可以为未来开发实用量子计算机提供有益的启示。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究发现了噬菌体破坏细菌防御系统的一种新方法

新研究发现了噬菌体破坏细菌防御系统的一种新方法 一项突破性研究揭示了噬菌体蛋白的新调控机制，为了解细菌防御机制和开发基于噬菌体的疗法开辟了新途径。新发现推动了抗击危险细菌的重大进展。由奥塔哥大学的彼得-菲纳兰教授领导的一个国际科学家小组研究了噬菌体（一种感染细菌的病毒）所使用的一种特殊蛋白质。对细菌和噬菌体之间这种微观军备竞赛的研究非常重要，因为它可以开发出抗生素的替代品。这项研究发表在著名的国际期刊《自然》（Nature）上，分析了噬菌体在部署抗CRISPR时使用的一种蛋白质，这是它们阻断细菌CRISPR-Cas免疫系统的方法。领衔作者、奥塔哥微生物学和免疫学系的尼尔斯-伯克霍尔茨（Nils Birkholz）博士说，了解噬菌体如何与细菌相互作用，是在人类健康或农业领域利用噬菌体对付细菌病原体的道路上迈出的重要一步。"具体来说，我们需要了解细菌用来保护自己免受噬菌体感染的防御机制，如CRISPR，这与我们利用人体免疫系统抵御病毒的方式并无二致，以及噬菌体如何抵御这些防御机制。例如，如果我们知道噬菌体是如何杀死特定细菌的，这就有助于确定适当的噬菌体作为抗菌剂使用。更具体地说，我们必须了解噬菌体在感染后是如何控制它们的反防御武器库（包括抗CRISPR）的我们必须了解噬菌体是如何调控在与细菌的战斗中有用的基因的表达的。"这项研究揭示了噬菌体在部署抗CRISPRs时需要多么谨慎。一种特定的噬菌体蛋白质有一个在许多参与基因调控的蛋白质中非常常见的部分或结构域；众所周知，这个螺旋-翻转-螺旋（HTH）结构域能够特异性地结合DNA序列，并根据具体情况打开或关闭基因。这种蛋白质的 HTH 结构域用途更为广泛，并表现出一种以前未知的调控模式。它不仅能利用这个结构域结合 DNA，还能结合其RNA转录物，RNA转录物是 DNA 序列和其中编码的抗CRISPR 之间的中介分子。由于这种蛋白质参与调节抗CRISPR的产生，这意味着这种调节具有更多层次它不仅通过DNA结合机制发生，还通过我们发现的结合信使RNA的新机制发生。这一发现可能会对基因调控的理解产生重大影响。"在了解噬菌体如何躲避 CRISPR-Cas 的防御并在一系列应用中杀死目标细菌方面，揭示这种意想不到的复杂调控机制是一项重要进展。这一发现尤其令科学界振奋，因为它展示了一个经过深入研究的蛋白质家族的新型调控机制。HTH 结构域自 20 世纪 80 年代初被发现以来就一直受到深入研究，因此我们最初认为我们的蛋白质会像其他具有 HTH 结构域的蛋白质一样发挥作用，但当我们发现这种新的作用模式时，我们感到非常惊讶。这一发现有可能改变该领域对这一重要而广泛的蛋白质结构域的功能和机制的看法，并可能对我们理解基因调控产生重大影响。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：