《.生物化学 》

《.生物化学 》 简介：研究生物体内化学分子及其相互作用机制的学科，聚焦生命活动的分子基础，包括蛋白质、核酸、脂质等生物大分子的结构与功能，以及代谢途径的调控。通过揭示细胞信号传导、能量转化等过程，推动医学诊断、药物研发与合成生物学等领域的突破性进展。 亮点：跨尺度解析生命本质（原子→细胞），技术融合（X射线晶体学/CRISPR基因编辑），应用覆盖疾病治疗、生物能源开发，近年单细胞代谢组学、AI辅助酶设计等前沿突破重塑学科边界。 标签：#分子生物学 #代谢工程 #结构解析 #基因编辑技术 #医学应用 #诺贝尔化学奖关联领域 链接：https://pan.quark.cn/s/36ba2c1c39a5

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识

生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识 Anthony Burnett说:“坦率地说，我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因，它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗，它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征，可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大，以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告，揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中，出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处，因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看，将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如，允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质，这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是，植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者Autumn Peterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见，显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移，涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃，比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中，特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中，我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质，研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质，这种视紫红质会被插入细胞的液泡中，液泡是细胞的一部分，像线粒体一样，可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质，酵母在光照下的生长速度大约快了2%这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里，我们有一个单一的基因，我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中，它就这样工作了。”“这表明，这种系统真的很容易，至少有时，在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解，研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播，以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老，该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产，这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而，这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统，”Burnett说，他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养，看看它是如何改变它的进化的。” ... PC版： 手机版：

《.细胞 》

《.细胞 》 简介：生物体的基本结构和功能单位，由细胞膜、细胞质与遗传物质构成，承担新陈代谢、能量转换及增殖分化等核心生命活动。动植物细胞在结构上存在差异，如植物特有细胞壁与叶绿体，而动物细胞依赖线粒体供能。 亮点：微观层面揭示生命运作机制，推动医学、基因工程及再生技术突破，例如干细胞治疗与CRISPR基因编辑技术均以细胞研究为基础。 标签：#生物学基础 #生命科学 #细胞结构 #干细胞技术 #基因编辑 链接：https://pan.quark.cn/s/db6027d9648c

哈佛大学科学家揭示巨型深海管虫的独特生存策略

哈佛大学科学家揭示巨型深海管虫的独特生存策略 对深海巨型管虫 Riftia pachyptila的研究表明，它的共生细菌如何利用两种碳固定途径来适应深海条件，这表明生物技术在碳捕获方面具有应用潜力。大多数自养型生物通过单一的碳固定途径维持自身的生命，而Riftia 的化能自养型内生共生体却拥有两条功能性碳固定途径：卡尔文-本森-巴塞尔循环（CBB）和还原性三羧酸循环（rTCA）。科学家们对这些途径的许多情况一直很不了解，对它们的活动以及与其他代谢过程的整合了解有限。哈佛大学有机与进化生物学系的研究人员对这两种途径的协调有了新的认识，揭示了使这些共生体在恶劣的热液喷口条件下茁壮成长的复杂适应性。在最近发表在《自然-微生物学》（Nature Microbiology）上的研究中，研究人员从东太平洋海隆收集了管圆线虫，以研究这两种功能途径的调节和协调。通过在模拟自然环境的条件下（包括3000 PSI压力和近乎有毒的硫水平）培养管圆线虫，研究人员能够测量净碳固定率并检查转录和新陈代谢反应。"这篇论文确实是一次从研究活生物体、测量其代谢率，到直接将其与转录本联系起来的巡回演唱会，这种方式使研究小组能够表明，这些途径很可能是并行运行的，"资深合著者、有机与进化生物学教授彼得-吉吉斯（Peter Girguis）说。"这篇论文表明，双重途径受到环境条件的影响，在这两种途径的周围还有其他代谢系统。"这项研究由 Girguis 实验室的成员进行，包括 Mitchell 和 Jennifer Delaney，以及哈佛信息学小组的 Adam Freedman。碳固定是将二氧化碳转化为糖的过程，也是维持生物圈运转的主要过程。根据环境（包括可用的能量和碳源）的不同，生物进化出了不同的新陈代谢策略。光合生物（如植物）利用阳光提供能量，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。在阳光照射不到的深海中，火山过热的海水通过热液喷口喷涌而出，Riftia pachyptila 的化能自养共生体利用硫化氢的能量固定碳，为蠕虫的新陈代谢和生长提供燃料。通过仔细改变Riftia 的实验条件，研究小组得以确定化学环境的变化如何影响其两种碳途径的协调。第一作者、博士后学者杰西卡-米切尔（Jessica Mitchell）说："这是对具有两种碳固定途径（rTCA 和 CBB）的细菌进行的最深入的分析。这也是对热液喷口共生进行的首次网络分析，也是对双碳固定途径系统进行的首次网络分析"。通过网络分析，研究小组发现了基因表达数据中的模式，并提供了该系统的全貌。分析确定了在维持和调节细胞内复杂的代谢反应网络中发挥关键作用的代谢枢纽基因。研究小组发现，rTCA 和 CBB 循环的转录模式因不同的地球化学机制而显著不同。研究发现，每种途径都与特定的代谢过程有关。rTCA 循环与氢化酶和硝酸还原溶解酶有关。这些酶对于在无氧条件下处理氢和硝酸盐至关重要，这表明 rTCA 循环在低能量条件下发挥着关键作用。相比之下，CBB 循环与硫化物氧化和同化硝酸盐还原有关。在硫化物丰富的热液喷口环境中，硫化物氧化是一个至关重要的过程。通过将 CBB 循环与硫化物氧化联系起来，共生体可以有效地利用环境中的化学能来固定碳。这项研究最令人感兴趣的发现之一是这两种途径的互补性。在硫化物和氧气有限的条件下，rTCA 循环似乎尤为重要。1e 族氢化酶的鉴定突出了这一点，它与 rTCA 循环一起，在对这种限制的生理反应中发挥着至关重要的作用。这种灵活性赋予了管圆线虫极大的优势，使其能够在热液喷口多变的条件下茁壮成长。研究期间测得的净碳固定率非常高，这使得长尾藻能够在环境中快速生长和存活。碳固定的双重途径每种途径都针对不同的环境条件进行了优化可能使共生体在环境变化过程中保持新陈代谢的稳定性。对裂叶草中这些双重碳固定途径及其协调调控的分析，为生物碳捕获和基础生物化学研究开辟了新途径。这些知识可实际应用于生物技术领域，利用这些途径的原理开发更高效的碳固定系统。此外，了解这些途径是如何被调控的，还可以深入了解极端环境中代谢多样性和适应性的进化。米切尔说："这项研究确实为今后的研究铺平了道路，让我们了解这些双重途径是如何使这种生物体固定这么多碳的。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

动物繁殖的能量成本远高于以前的设想 长期以来的理论受到质疑

动物繁殖的能量成本远高于以前的设想 长期以来的理论受到质疑 一项研究表明，动物繁殖的能源成本远远高于人们的想象，这主要是由于妊娠等间接成本造成的。这一发现挑战了传统的生物学模型，并表明气候变化可能会进一步影响对温度敏感的物种的繁殖策略。最近的一项研究显示，动物繁殖过程中消耗的能量可能比先前估计的高出 10 倍，特别是在考虑到与生育和养育后代相关的代谢成本时。这些发现从根本上挑战了动物生长和生命史的长期理论和生物模型。繁殖是动物所能进行的最大能量投资之一。这种投资包括直接成本（直接投资于后代本身的能量）和间接成本（在后代出生前创造、携带和照顾后代所消耗的能量）。虽然人们对繁殖的直接成本已经有了很好的了解，但间接成本繁殖的新陈代谢负荷还没有被量化过。尽管这种理解并不全面，但不同的生物学理论对繁殖的代谢负荷做出了相互矛盾的假设。例如，大多数模型假定，与直接成本相比，新陈代谢负荷相对较小，而其他模型则不区分新陈代谢负荷和总的生殖能量投资。在应用这些不同的假设时，会对动物生活史的基本驱动因素产生不同的结论。塞缪尔-金瑟及其同事开发了一个定量框架，通过结合动物后代的能量含量和孕育后代的代谢负荷数据，估算动物类群繁殖的总能量成本。通过这种方法，作者们可以分辨出造成整体繁殖能量投资的因素。通过对 81 个物种（从微小生物到人类）的评估，Ginther等人发现，直接成本通常只占繁殖所消耗能量的一小部分。例如，在哺乳动物中，只有约 10%的生殖能量消耗在后代身上，其余 90% 的能量消耗在新陈代谢密集的妊娠过程中。人类的间接成本最高，约为 96%。Ginther等人的分析还表明，外温动物的活体繁殖进化伴随着代谢负荷的大幅增加，这表明活体繁殖的外温动物比产卵的外温动物付出了更高的间接成本。此外，作者还发现，外温动物繁殖的间接成本对温度极为敏感，这表明未来气候变暖可能导致繁殖成本的变化，从而对气候变化下的种群更替产生令人担忧的影响。参考文献：《代谢负荷和后生动物的繁殖成本》，作者：Samuel C. Ginther、Hayley Cameron、Craig R. White 和 Dustin J. Marshall，2024 年 5 月 16 日，《科学》。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现利用营养物质有效治疗癌症的新方法

科学家发现利用营养物质有效治疗癌症的新方法 一个国际研究小组开发出一种治疗癌症的新方法，利用营养物质重新激活癌细胞中休眠的代谢途径。研究小组利用一种广泛存在的氨基酸酪氨酸，以纳米药物的形式输送，改变了黑色素瘤（一种严重的皮肤癌）的新陈代谢，从而抑制了癌症的生长。澳大利亚是世界上皮肤癌发病率最高的国家。这种新方法可以与现有疗法相结合，更好地治疗黑色素瘤。这项技术还有可能治疗其他类型的癌症。这项研究由复旦大学的卜文波教授和悉尼科技大学的金大勇教授领导，最近发表在著名期刊《自然纳米技术》（NatureNanotechnology）上。酪氨酸在生物体内的生物利用率有限。然而，研究人员利用一种新的纳米技术，将酪氨酸包装成被称为纳米微粒的微小颗粒，这种微粒会被癌细胞膜吸引，并很容易分解，从而促进吸收。研究小组随后在小鼠和实验室中的人源黑色素瘤细胞中测试了这种创新疗法，发现酪氨酸纳米微粒重新激活了休眠代谢途径，引发了黑色素合成，抑制了肿瘤生长。"不受控制的快速生长是癌细胞区别于正常细胞的一个关键特征。在癌细胞中，一些新陈代谢途径被过度激活，而另一些则被抑制，从而为快速扩散创造了必要的环境，"金教授说。"虽然此前已开发出一些基于代谢的癌症药物，如阻碍乳腺癌中雌激素合成的芳香化酶抑制剂和针对各种癌症中糖酵解的HK2抑制剂，但这些药物都是通过抑制过度激活代谢途径来发挥作用的。""我们的研究首次表明，通过重新激活处于休眠状态的新陈代谢途径，可以阻止癌症的发生。而这可以通过使用简单的营养物质来实现，如氨基酸、糖和维生素，它们安全、易得、耐受性好，"卜教授说。不同类型的癌症会对不同的营养物质做出反应。黑色素瘤细胞是从产生黑色素的皮肤细胞黑色素细胞发展而来的。黑色素的生成需要酪氨酸，酪氨酸能刺激黑色素的生成，因此对黑色素瘤有效。黑色素合成的重新激活迫使黑色素瘤细胞减少糖酵解（将糖转化为能量的过程），这被认为是其抗癌作用的机制。黑色素瘤细胞也容易受到热应力的影响。研究人员发现，通过将酪氨酸纳米簇治疗与近红外激光治疗相结合，他们能够在六天后根除小鼠体内的黑色素瘤，而且在研究期间黑色素瘤不会再次发生。研究结果表明，利用纳米药物治疗癌症有望开辟一个新领域。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：