感知看不见的线索：蝴蝶仿生学如何帮助科学家检测癌症

感知看不见的线索：蝴蝶仿生学如何帮助科学家检测癌症伊利诺伊大学的研究人员从蝴蝶的紫外线视觉中获得灵感，开发出一种成像传感器，能够识别紫外线并区分癌细胞和健康细胞，准确率高达99%。这种创新型传感器将过氧化物纳米晶体与硅技术相结合，有望应用于癌症手术和生物研究，并得到了美国的大笔资助。生物启发成像传感器上方的蝴蝶图案。资料来源：伊利诺伊大学香槟分校Grainger工程学院受Papilioxuthus蝴蝶增强视觉系统的启发，一个研究小组开发出了一种成像传感器，能够"看到"人眼无法看到的紫外线范围。传感器的设计采用了堆叠光电二极管和过氧化物纳米晶体（PNC），能够对紫外线范围内的不同波长成像。利用生物医学标记（如氨基酸）的光谱特征，这种新型成像技术甚至能够区分癌细胞和正常细胞，可信度高达99%。这项由伊利诺伊大学香槟分校电气与计算机工程教授维克多-格鲁耶夫（ViktorGruev）和生物工程教授聂树明领导的新研究最近发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。Gruev说："蝴蝶能够感知紫外线光谱中的多个区域，我们从蝴蝶的视觉系统中汲取了灵感，设计出了一款能够复制这种功能的相机。我们通过使用新型的过氧化物纳米晶体，并结合硅成像技术来实现这一目标，这种新型相机技术可以探测多个紫外线区域。"紫外线是波长比可见光短（但比X射线长）的电磁辐射。我们最熟悉的是来自太阳的紫外线辐射及其对人体健康的危害。紫外线根据不同的波长范围分为三个不同的区域--UVA、UVB和UVC。由于人类无法看到紫外线，因此捕捉紫外线信息，尤其是分辨每个区域之间的细微差别具有挑战性。蝴蝶却能看到紫外线光谱中的这些细微差别，就像人类能看到蓝色和绿色的深浅一样。格鲁耶夫指出："我很好奇它们是如何看到这些微小变化的。紫外线是非常难以捕捉的，它会被所有东西吸收，而蝴蝶却能做得非常好。"人类的视觉是三基色的，有三个感光器，感知到的每一种颜色都可以由红、绿、蓝三种颜色组合而成。然而，蝴蝶的眼睛是复眼，有六个（或更多）感光器，对光谱的敏感度各不相同。特别是黄色的亚洲燕尾蝶Papilioxuthus，它不仅有蓝色、绿色和红色受体，还有紫色、紫外线和宽带受体。此外，蝴蝶还具有荧光色素，可以将紫外线转化为可见光，然后很容易被光感受器感知。这使它们能够感知环境中更多的颜色和细节。除了感光器数量的增加，蝴蝶的感光器还呈现出独特的分层结构。为了复制Papilioxuthus蝴蝶的紫外线感知机制，UIUC团队通过将一层薄薄的PNC与硅光电二极管的分层阵列相结合来模拟这一过程。PNCs是一类半导体纳米晶体，具有类似量子点的独特性质，改变粒子的大小和组成就能改变材料的吸收和发射性质。在过去几年中，PNCs已成为太阳能电池和LED等不同传感应用中的一种有趣材料。PNC在探测紫外线（甚至更低）波长方面表现出色，而传统的硅探测器却无法做到这一点。在新型成像传感器中，PNC层能够吸收紫外线光子，并重新发出可见光（绿色）光谱，然后被分层硅光电二极管检测到。对这些信号进行处理后，就能绘制和识别紫外线特征。与健康组织相比，癌症组织中存在浓度更高的各种生物医学标记物--氨基酸（蛋白质的组成成分）、蛋白质和酶。在紫外线的激发下，这些标记物在紫外线和部分可见光谱中发光并发出荧光，这一过程被称为自发荧光。"紫外线区域的成像一直受到限制，我认为这是取得科学进步的最大障碍。现在，我们发明了这种技术，可以对紫外光进行高灵敏度成像，还能分辨微小的波长差异。"由于癌细胞和健康细胞的标记物浓度不同，因此光谱特征也不同，因此可以根据它们在紫外光谱中的荧光来区分这两类细胞。研究小组评估了他们的成像设备分辨癌症相关标记物的能力，发现该设备能够区分癌症细胞和健康细胞，置信度高达99%。格鲁耶夫、聂和他们的合作研究团队设想能在手术中使用这种传感器。最大的挑战之一就是知道要切除多少组织才能确保边缘清晰，而这种传感器可以帮助外科医生在切除癌症肿瘤时更容易做出决策。"这种新的成像技术使我们能够区分癌细胞和健康细胞，并开辟了健康领域以外的令人兴奋的新应用，"聂说。除了蝴蝶之外，还有许多其他物种也能看到紫外线，有了探测紫外线的方法，生物学家就有了更多了解这些物种的有趣机会，比如它们的狩猎和交配习惯。将传感器置于水下也有助于更好地了解水下环境。虽然很多紫外线会被水吸收，但仍有足够的紫外线会对水产生影响，而且水下有很多动物也能看到和利用紫外线。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395171.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395171.htm

看不见的入侵者：科学家在珊瑚共生体的DNA中发现古代病毒

看不见的入侵者：科学家在珊瑚共生体的DNA中发现古代病毒但这是一个令人惊讶的发现，因为大多数RNA病毒并不以将自己嵌入它们所感染的生物体的DNA中而闻名。研究表明，内源性病毒元素，或EVEs，广泛出现在珊瑚共生体的基因组中。这些单细胞藻类被称为甲藻，生活在珊瑚体内，并为它们提供戏剧性的色彩。EVE的发现强调了最近的观察，即除逆转录病毒以外的病毒可以将其遗传密码的片段整合到其宿主的基因组中。海洋生物学家对Pocillopora珊瑚的珊瑚礁进行采样。莱斯大学和俄勒冈州立大学的研究人员对珊瑚进行了研究，并在其共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段，这可能是数百万年前感染的结果。"那么它为什么会出现在那里呢？"研究的共同作者、莱斯大学的AdrienneCorrea问道。"这可能只是一个意外，但是人们开始发现这些'意外'比科学家以前认为的要频繁，而且它们在各种宿主中都被发现，从蝙蝠到蚂蚁到植物到藻类。"一种RNA病毒出现在珊瑚共生体中也是一个惊喜。"这就是使这个项目对我来说如此有趣的原因，"研究的主要作者AlexVeglia说，他是Correa研究小组的一名研究生。"根据我们所知道的，这种病毒真的没有理由出现在共生体的基因组中。"这项研究得到了塔拉海洋基金会和国家科学基金会的支持，由俄勒冈州立大学的两位科学家，博士后学者KaliaBistolas和海洋生态学家RebeccaVegaThurber领导。这项研究提供了线索，可以帮助科学家更好地了解病毒对珊瑚礁健康的生态和经济影响。莱斯大学研究生AlexVeglia和海洋生物学家AdrienneCorrea共同领导了一项研究，在珊瑚共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段。资料来源：莱斯大学研究人员没有在过滤后的海水样本中或在无甲藻的石珊瑚、水珊瑚或水母的基因组中发现来自RNA病毒的EVEs。但是EVEs在从几十个珊瑚礁地点收集的珊瑚共生体中普遍存在，这意味着致病病毒曾经--而且可能仍然--对其目标宿主很挑剔。"地球上的病毒有很大的多样性，"Correa说，包括逆转录病毒在内的病毒有很多方式通过感染宿主进行复制。"我们的研究很酷的一个原因是这种RNA病毒不是一种逆转录病毒，鉴于此，你不会期望它能整合到宿主的DNA中。"莱斯大学研究生AlexVeglia为莱斯大学和俄勒冈州立大学的研究人员的一项研究对珊瑚进行采样，该研究在珊瑚共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段。背景是莱斯大学海洋生物学家AdrienneCorrea。Correa说："在相当长的几年里，我们在珊瑚群中看到了大量的病毒，但很难确定它们感染的是什么，因此，这可能是我们拥有的关于珊瑚群相关病毒的实际宿主的最好、最具体的信息。现在我们可以开始问，为什么共生体保留了那个DNA，或部分基因组。为什么它在很久以前没有丢失？"EVEs已经保存了数百万年，这一发现表明它们可能以某种方式对珊瑚共生体有益，并且有某种机制驱动EVEs的基因组整合。Veglia说："接下来我们可以有很多途径，比如这些元素是否被用于甲藻内的抗病毒机制，以及它们如何可能影响珊瑚礁的健康，特别是当海洋变暖时，"。"如果我们面对的是海水温度的上升，那么共生藻类物种是否更有可能包含这种内源性的病毒元素？在它们的基因组中拥有EVE，是否会提高它们抵御当代RNA病毒感染的几率？在另一篇论文中，我们表明，当珊瑚经历热应力时，RNA病毒的感染增加。所以有很多移动的部分。而这是这一难题的另一个很好的部分。"Correa说："我们不能假设这种病毒有负面作用。但与此同时，它看起来确实在这些温度压力条件下变得更有生产力"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367503.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367503.htm

科学家驯服了75%癌症背后的无形怪物

科学家驯服了75%癌症背后的无形怪物MYC是一种无形的蛋白质，它使大多数人类癌症患者的病情恶化。加州大学河滨分校的研究人员找到了抑制它的方法，为新时代的治疗带来了希望。在健康细胞中，MYC帮助引导转录过程，在这一过程中，遗传信息从DNA转化为RNA，并最终转化为蛋白质。"正常情况下，MYC的活性受到严格控制。在癌细胞中，它变得异常活跃，无法正常调节，"UCR化学副教授MinXue说。Xue说："MYC不像癌细胞的食物，更像是促进癌症快速生长的类固醇。这就是为什么MYC是75%人类癌症病例的罪魁祸首。"在项目伊始，UCR研究小组就相信，如果能够抑制MYC的过度活跃，就能为控制癌症打开一扇窗。然而，找到控制MYC的方法是一项挑战，因为与大多数其他蛋白质不同，MYC没有结构。薛说："它基本上是一团随机的东西。传统的药物发现管道依赖于定义明确的结构，而MYC不存在这种结构。"药物发现的创新方法Xue作为资深作者发表在《美国化学学会杂志》上的一篇新论文介绍了一种能与MYC结合并抑制其活性的多肽化合物。2018年，研究人员注意到，改变多肽的刚度和形状可以提高其与MYC等无结构蛋白靶标相互作用的能力。MYC蛋白（灰色丝带）与DNA结合，促进癌症进展。加州大学洛杉矶分校的研究人员开发出一种分子（橙色椒盐脆饼状），能与MYC结合，抑制其促癌功能。资料来源：MinXue/加州大学洛杉矶分校肽可以呈现各种形式、形状和位置。一旦将它们弯曲并连接成环，它们就无法采用其他可能的形式，因此它们的随机性很低，这有助于结合。在这篇论文中，研究小组描述了一种新的多肽，它能以所谓的亚微摩亲和力直接与MYC结合，这种亲和力越来越接近抗体的强度。换句话说，这是一种非常强且特异的相互作用。研究人员介绍说："与以前的版本相比，我们将这种多肽的结合性能提高了两个数量级。这使它更接近我们的药物开发目标。"目前，研究人员正在使用脂质纳米粒子将多肽送入细胞。这是一种由脂肪分子组成的小球，并不适合用作药物。展望未来，研究人员正在开发化学方法，以提高先导肽进入细胞的能力。一旦肽进入细胞，它就会与MYC结合，改变MYC的物理特性，阻止它进行转录活动。这项工作部分得益于美国国防部和国会指导的医学研究以及美国国立卫生研究院的资助。Xue在加州大学河滨分校的实验室开发分子工具，以更好地理解生物学，并利用这些知识进行药物研发。长期以来，他一直对混沌过程的化学性质感兴趣，这吸引了他去挑战驯服MYC。"MYC基本上代表着混乱，因为它缺乏结构。这一点以及它对多种癌症的直接影响，使它成为癌症药物开发的圣杯之一，"Xue说。"我们非常兴奋，因为它现在就在我们的掌握之中"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418903.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418903.htm

科学家将苍蝇变为可生物降解的塑料

科学家将苍蝇变为可生物降解的塑料研究人员在美国化学学会（ACS）秋季会议上展示了他们的研究成果。美国化学学会2023年秋季会议是一个混合会议，将于8月13-17日以虚拟和现场方式举行，大约有12000个关于各种科学主题的报告。"20年来，我的研究小组一直在开发将天然产品（例如从甘蔗或树木中获取的葡萄糖）转化为可降解、可消化且不会在环境中持久存在的聚合物的方法，"该项目的首席研究员KarenWooley博士说。"但是，这些天然产品是从同时用于食品、燃料、建筑和运输的资源中提取的。"于是，Wooley开始寻找没有这些竞争性用途的替代资源。她的同事杰弗里-汤姆柏林（JefferyTomberlin）博士建议她可以使用养殖黑兵蝇留下的废品，这是他一直在帮助发展的一个不断扩大的产业。这种苍蝇的幼虫含有多种蛋白质和其他营养成分，因此越来越多的人开始饲养这种未成熟的昆虫，作为动物饲料和消耗废物。然而，成虫在繁殖期结束后寿命很短，随后就会被丢弃。在汤姆柏林的建议下，这些成虫的尸体成了伍利团队新的起始材料。德克萨斯农工大学伍利实验室的研究生卡西迪-蒂贝茨（CassidyTibbetts）说："我们正在把一些垃圾变成有用的东西。"当蒂贝茨检查死苍蝇时，她确定甲壳素是其中的主要成分。这种无毒、可生物降解的糖基聚合物可以强化昆虫和甲壳类动物的外壳或外骨骼。制造商已经从虾壳和蟹壳中提取甲壳素用于各种用途，Tibbetts一直在使用乙醇漂洗、酸性脱盐、碱性脱蛋白和漂白脱色等类似技术，从昆虫尸体中提取和提纯甲壳素。她说，她从苍蝇身上获取的甲壳素粉可能更纯净，因为它没有传统产品的淡黄色和结块质地。她还指出，从苍蝇身上获取甲壳素可以避免对某些海鲜过敏的担忧。其他一些研究人员从苍蝇幼虫中分离出几丁质或蛋白质，但Wooley说，据她所知，她的团队是第一个使用废弃成蝇中的几丁质的团队。在蒂贝茨继续改进提取技术的同时，伍利实验室的另一名研究生郭宏明一直在将纯化的苍蝇甲壳素转化为一种类似的聚合物，即壳聚糖。他的方法是剥离甲壳素的乙酰基。这就暴露出了具有化学反应活性的氨基，这些氨基可以被官能化，然后交联。这些步骤将壳聚糖转化为有用的生物塑料，如超吸水性水凝胶，这是一种能吸水的三维聚合物网络。这种水凝胶能在一分钟内吸收47倍于其重量的水。Wooley说，这种产品有可能用于农田土壤，以吸收洪水，然后在随后的干旱期间缓慢释放水分。她解释说："在得克萨斯州，我们经常不是遭遇洪水就是遭遇干旱，所以我一直在想如何制造一种超吸水性水凝胶来解决这个问题。她说，由于这种水凝胶是可生物降解的，它应该会逐渐释放出其分子成分，作为农作物的养分。"今年夏天，研究小组将启动一个项目，将甲壳素分解成单体葡糖胺。然后，这些小糖分子将被用来制造生物塑料，如聚碳酸酯或聚氨酯，这些塑料传统上是用石油化工产品制造的。黑兵蝇还含有许多其他有用的化合物，该研究小组计划将其用作起始材料，包括蛋白质、DNA、脂肪酸、脂类和维生素。用这些化学构件制成的产品在丢弃时可以降解或消化，因此不会造成目前的塑料污染问题。Wooley对这一过程的愿景是使其符合可持续发展的循环经济理念。她说："最终，我们希望昆虫以废塑料为食物来源，然后我们再收获它们，收集它们的成分来制造新的塑料。因此，昆虫不仅是塑料的来源，而且还会食用废弃塑料"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377473.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377473.htm

科学家提议将月球尘埃喷洒到太空以解决气候危机

科学家提议将月球尘埃喷洒到太空以解决气候危机煤和海盐被认为是可用于盾牌的材料，有助于使太阳变暗多达2%，或每年减少约6天的阳光，从而降低地球的温度。但月球尘埃被证明是理想的候选者，因为它的大小和成分恰好可以有效地将阳光从我们的星球上散射开。月尘的另一个优势是，与地球上的发射相比，从月球表面发射月尘所需的能量要少得多，尽管这么做仍然需要估计220亿磅的月尘来开采，并装入轨道喷枪等弹道装置中发射。这将需要定期进行，以维持防护罩，因为灰尘会慢慢散去。而地球冷却的突然停止可能造成"终止冲击"，在这种情况下，地球会迅速升温。"一旦尘埃被释放，它唯一的影响是遮蔽地球。它不会以其他方式与我们的星球发生互动，"该团队写道。当然，这样一个项目将是一个后勤方面的噩梦，成本上也会令人难以置信的昂贵，对于航天工作而言，可能还需要在L1拉格朗日点（地球和太阳之间的一个位置）放置一个新的空间站，以"将尘埃包重定向到可以尽可能长时间提供阴凉的轨道上。'这将充当微调的调光开关，使我们的星球不受影响'"，布罗姆利说。这项提议并不是第一次有人建议利用太空中的实物来解决全球变暖。一个1250英里的玻璃盾牌，数以万亿计的航天器拥有伞状的盾牌，从小行星上爆破尘埃，一排薄膜硅泡，以及太空反射镜是其他研究人员为了冷却地球而提出的一些基于太空的建议。该建议背后的研究人员和其他科学家都警告说，应对气候变化的主要优先事项是减少温室气体排放。布罗姆利说："没有什么应该分散我们对减少地球上温室气体排放的注意力。我们的战略可能只是一个月球，但我们应该探索所有的可能性，以备我们需要更多的时间来做国内的工作。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343489.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343489.htm

科学家追踪俄亥俄州火车灾难的有毒痕迹

科学家追踪俄亥俄州火车灾难的有毒痕迹新的研究显示，2023年2月3日在俄亥俄州东巴勒斯坦发生的诺福克南方公司列车事故对环境的影响覆盖了很大的地理区域。该研究报告将于今天（6月19日）发表在学术期刊《环境研究通讯》上。从中西部到东北部，一直到加拿大南部和北卡罗来纳州，在潮湿天气的降水（湿沉降）中都发现了事故释放的无机污染物。这些发现意义重大，因为雨雪中的许多无机污染物会对水生动植物产生化学影响。论文称，这些污染物至少遍布16个州的部分地区，面积达140万平方公里。威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星州卫生实验室（WSLH）的研究人员利用国家大气沉积计划（NADP）国家趋势网络（NTN）例行收集的降水化学测量数据，估算出了该事件造成的空间范围和沉积的化学元素。火车事故和随后的火灾导致许多不同的污染物在数天内释放到大气中，国家大气降解计划的研究人员能够通过降水跟踪这些污染物。国家大气沉积计划（NADP）的首席研究员兼协调员戴维-盖伊（DavidGay）说："我们的测量结果不仅显示了预期的高氯化物浓度，而且还显示了其覆盖的广阔地理区域。然而，更令人惊讶的是，pH值出乎意料地高（碱性更强），碱金属和碱土金属的含量也特别高，超过了过去十年测量结果的第99百分位数。所有这些污染物在环境中都很重要，因为它们的积累会对地球的水生和陆地环境产生多方面的影响。"盖伊博士说："这项研究证明了全国性网络在常规降水监测方面的重要作用。我们的观测结果使我们能够确定事故和后续应对活动对区域大气的影响。"虽然目前的NADP网络没有对有机化合物进行量化，而这些有机化合物可能是列车货物的更具体的示踪剂，但记录的对降水的广泛影响表明，事故造成了大量化学污染降落到地球表面。参考文献：2024年6月19日，《环境研究快报》。DOI:10.1088/1748-9326/ad52ac编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435327.htm