麻省理工学院的化学家们发现光合作用的光线采集为何如此高效

麻省理工学院的化学家们发现光合作用的光线采集为何如此高效麻省理工学院的研究人员发现，光收集复合体中的蛋白质的无序排列增强了其能量转移效率，推翻了有序结构更有效率的假设。这一发现表明，这种混乱的排列可能不是偶然的，而是一种有目的的进化，以实现效率的最大化。麻省理工学院的化学家们首次测量了光合作用采光蛋白之间的能量传递，使他们发现采光蛋白的无序排列提高了能量传递的效率。资料来源：研究人员提供麻省理工学院化学家的一项新研究为光收集复合体（也称为"天线"）的蛋白质如何实现这种高效率提供了一个潜在的解释。研究人员首次能够测量光收集蛋白之间的能量转移，使他们发现这些蛋白的无序排列提高了能量传导的效率。"为了使该'天线'工作，你需要长距离的能量转导。我们的关键发现是，光收集蛋白的无序组织提高了这种长距离能量传导的效率，"麻省理工学院化学副教授、这项新研究的资深作者GabrielaSchlau-Cohen说。麻省理工学院的博士后DihaoWang和DvirHarris以及麻省理工学院前研究生OliviaFiebig博士'22是这篇论文的主要作者，该论文本周发表在《美国国家科学院院刊》上。麻省理工学院的化学教授曹建树也是该论文的作者。在这项研究中，麻省理工学院的团队专注于紫色细菌，这些细菌通常在缺氧的水生环境中被发现，并且通常被用作研究光合作用光收集的模型。在这些细胞内，捕获的光子通过由蛋白质和吸收光的色素（如叶绿素）组成的光收获复合体。使用超快光谱，一种使用极短的激光脉冲来研究发生在飞秒到纳秒时间尺度上的事件的技术，科学家们已经能够研究能量如何在这些蛋白质中的一个单独的蛋白质中移动。然而，研究能量如何在这些蛋白质之间移动已被证明更具挑战性，因为它需要以一种可控的方式定位多个蛋白质。为了创建一个实验装置，使他们能够测量能量如何在两个蛋白质之间移动，麻省理工学院的团队设计了合成的纳米级膜，其成分与自然发生的细胞膜相似。通过控制这些被称为纳米盘的膜的大小，他们能够控制嵌入盘中的两个蛋白质之间的距离。在这项研究中，研究人员将在紫色细菌中发现的主要采光蛋白的两个版本，即LH2和LH3，嵌入他们的纳米盘中。LH2是在正常光照条件下存在的蛋白质，而LH3是通常只在弱光条件下表达的变体。利用麻省理工学院纳米设施的低温电子显微镜，研究人员可以对他们的膜包埋蛋白进行成像，并显示它们的位置与原生膜中的距离相似。他们还能够测量光收集蛋白之间的距离，其规模为2.5至3纳米。由于LH2和LH3吸收的光的波长略有不同，因此有可能使用超高速光谱来观察它们之间的能量转移。对于间隔紧密的蛋白质，研究人员发现，一个光子的能量在它们之间传播需要大约6皮秒的时间。对于相距较远的蛋白质，能量转移需要15皮秒的时间。更快的旅行意味着更有效的能量转移，因为旅行的时间越长，转移过程中损失的能量就越多。Schlau-Cohen说："当一个光子被吸收时，在能量通过非辐射衰变等不需要的过程失去之前，你只有这么长的时间，所以它能越快得到转换，它的效率就越高。"研究人员还发现，排列在晶格结构中的蛋白质比排列在随机组织结构中的蛋白质显示出更低的能量转移效率，就像它们通常在活细胞中那样。"有序的组织实际上比生物学的无序组织效率低，我们认为这非常有趣，因为生物学往往是无序的。"Schlau-Cohen说："这一发现告诉我们，这可能不仅仅是生物学的一个不可避免的缺点，而且生物体可能已经进化到利用它。"目前研究人员已经建立了测量蛋白质间能量转移的能力，接下来的计划是探索其他蛋白质之间的能量转移，例如'天线'蛋白质到反应中心的蛋白质之间的转移。他们还计划研究在紫色细菌以外的生物体（如绿色植物）中发现的'天线'蛋白之间的能量转移。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369211.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369211.htm

麻省理工学院神经科学家发现逆转阿尔茨海默病的方法

麻省理工学院神经科学家发现逆转阿尔茨海默病的方法麻省理工学院Picower学习和记忆研究所所长、该研究的资深作者Li-HueiTsai说："我们发现，这种肽的效果非常显著。我们看到了在减少神经变性和神经炎症反应方面的奇妙效果，甚至还能挽救行为缺陷。"随着进一步的测试，研究人员希望该肽最终能被用作治疗阿尔茨海默病和其他形式的痴呆症患者，这些患者有CDK5过度活化。该肽不会干扰CDK1，这是一种与CDK5结构相似的基本酶，而且它与其他用于临床的肽类药物大小相似。Picower研究所的研究科学家Ping-ChiehPao是该论文的主要作者，该论文于4月12日发表在《美国国家科学院院刊》上。在用新肽治疗的小鼠的大脑中（右面两个面板），右上方看到的Tau蛋白（被染成紫色）少了很多。左边的图像显示了用该肽的杂乱版本治疗的小鼠的神经元。在底部的两个面板中，细胞核中的DNA被染成蓝色，显示Tau水平的变化不是由细胞群的显著变化引起的。Tsai在其职业生涯早期就一直在研究CDK5在阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病中的作用。作为一名博士后，她发现并克隆了CDK5基因，该基因编码了一种被称为细胞周期蛋白依赖性激酶的酶。其他大多数细胞周期蛋白依赖性激酶都参与控制细胞分裂，但CDK5却不是。相反，它在中枢神经系统的发展中起着重要作用，也有助于调节突触功能。CDK5被一个与之相互作用的较小的蛋白质激活，该蛋白质被称为P35。当P35与CDK5结合时，该酶的结构发生变化，使其能够磷酸化--在其目标上添加一个磷酸盐分子。然而，在阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病中，P35被裂解成一个较小的蛋白质，称为P25，它也能与CDK5结合，但比P35的半衰期更长。当与P25结合时，CDK5在细胞中变得更加活跃。P25还允许CDK5对其通常目标以外的分子进行磷酸化，包括Tau蛋白。过度磷酸化的Tau蛋白形成神经纤维缠结，这是阿尔茨海默病的特征之一。在以前的工作中，Tsai的实验室已经表明，转基因小鼠被设计为表达P25，会出现严重的神经变性。在人类中，P25与几种疾病有关，不仅包括阿尔茨海默氏症，还包括帕金森病和额颞叶痴呆症。制药公司曾试图用小分子药物来靶向P25，但这些药物往往会产生副作用，因为它们也会干扰其他细胞周期蛋白依赖性激酶，所以没有一种药物在病人身上进行测试。麻省理工学院的团队决定采取一种不同的方法来靶向P25，即使用一种肽而不是小分子药物。他们设计的肽的序列与CDK5的一段称为T环的序列相同，这是CDK5与P25结合的关键结构。整个多肽只有12个氨基酸长--比大多数现有的多肽药物略长，后者是5到10个氨基酸长。Tsai说："从肽类药物的角度来看，通常越小越好。"我们的多肽几乎在这个理想的分子大小之内。"戏剧性的效果在实验室培养皿中的神经元测试中，研究人员发现，用该肽治疗导致CDK5活性的适度降低。这些测试还表明，该肽并不抑制正常的CDK5-P35复合物，也不影响其他细胞周期蛋白依赖性激酶。当研究人员在CDK5过度活跃的阿尔茨海默病小鼠模型中测试该肽时，他们看到了无数的有益影响，包括减少DNA损伤、神经炎症和神经元损失。这些效果在小鼠研究中比在培养细胞的测试中要明显得多。肽治疗还在不同的阿尔茨海默氏症小鼠模型中产生了巨大的改善，该模型有一个导致神经纤维缠结的Tau蛋白突变形式。治疗后，这些小鼠显示Tau病症和神经元损失都有所减少。除了大脑中的这些影响外，研究人员还观察到行为上的改善。在一项需要学习浏览水迷宫的任务中，用该肽治疗的小鼠比用对照肽（用于抑制CDK5-P25的多肽的干扰版本）治疗的小鼠表现得更好，水迷宫依赖于空间记忆。在这些小鼠研究中，研究人员注射了该肽，并发现它能够穿过血脑屏障，到达海马体和大脑其他部位的神经元。研究人员还分析了用该肽治疗后小鼠神经元中发生的基因表达变化。他们观察到的变化包括大约20个基因的表达增加，这些基因通常由一个叫做MEF2的基因调节器家族激活。Tsai的实验室之前已经表明，MEF2激活的这些基因可以赋予有Tau缠结的人的大脑对认知障碍的恢复力，她假设这种肽治疗可能有类似的效果。斯克里普斯研究中心的神经科学教授斯图尔特-利普顿（StuartLipton）说："如果证明这种肽抑制剂对目标有选择性，并且相对没有临床副作用，那么最终可能会导致对神经退行性疾病的新的治疗，范围包括阿尔茨海默病、前颞叶痴呆症和帕金森病。"Tsai现在计划在其他涉及P25相关神经退行性疾病的小鼠模型中做进一步研究，如额颞叶痴呆症、HIV诱导的痴呆症和糖尿病相关的认知障碍。她说："很难准确地说哪种疾病会最受益，所以我认为还需要做更多的工作。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354615.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354615.htm

放大RNA的潜力：麻省理工学院工程师设计出更强大的疫苗

放大RNA的潜力：麻省理工学院工程师设计出更强大的疫苗佐剂是一种常用于增强疫苗免疫反应的分子，但尚未用于RNA疫苗。在这项研究中，麻省理工学院的研究人员设计了用于递送COVID-19抗原的纳米颗粒和抗原本身，以增强免疫反应，而无需单独使用佐剂。潜在益处和新方法如果进一步开发用于人类，这种类型的RNA疫苗将有助于降低成本，减少所需剂量，并有可能带来更持久的免疫力。研究人员的测试还表明，与传统的肌肉注射疫苗相比，鼻内注射疫苗能诱导出强烈的免疫反应。麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员、该研究的资深作者丹尼尔-安德森（DanielAnderson）说："通过鼻内喷射疫苗，你或许能在COVID-19进入人体之前，在粘膜处将其杀死。鼻内疫苗也可能更容易给许多人接种，因为它们不需要注射"。研究人员认为，通过加入类似的免疫刺激特性，目前正在开发的其他类型的RNA疫苗（包括癌症疫苗）的有效性可能会得到提高。这项新研究的主要作者是麻省理工学院前博士后李博文（现任多伦多大学助理教授）、研究生艾伦-江（AllenJiang）和麻省理工学院前博士后伊德里斯-拉吉（IdrisRaji，曾在波士顿儿童医院担任研究员），他们的研究成果于9月7日发表在《自然-生物医学工程》（NatureBiomedicalEngineering）杂志上。研究小组成员还包括麻省理工学院大卫-科赫研究所（DavidH.KochInstitute）教授、科赫研究所（KochInstitute）成员罗伯特-朗格（RobertLanger）和其他几位麻省理工学院研究人员。增强免疫力RNA疫苗由编码病毒或细菌蛋白质（也称为抗原）的RNA链组成。在COVID-19疫苗中，这种RNA编码病毒尖峰蛋白的一个片段。该RNA链被包装在脂质纳米颗粒载体中，从而保护RNA不被体内分解，并帮助其进入细胞。一旦被输送到细胞中，RNA就会被翻译成免疫系统可以检测到的蛋白质，从而产生抗体和T细胞，如果患者日后感染了SARS-CoV-2病毒，T细胞就会识别出这种蛋白质。Moderna公司和辉瑞公司/BioNTech公司最初开发的COVID-19RNA疫苗能激起强烈的免疫反应，但麻省理工学院的研究小组想看看能否通过工程设计使其具有免疫刺激特性，从而使其更加有效。研究细节与免疫增强在这项研究中，研究人员采用了两种不同的策略来增强免疫反应。在第一种策略中，研究人员重点研究了一种名为C3d的蛋白质，这种蛋白质是被称为补体系统的免疫反应臂的一部分。这组蛋白质能帮助人体抵御感染，C3d的作用是与抗原结合，并增强对这些抗原的抗体反应。多年来，科学家们一直在评估如何将C3d用作由蛋白质制成的疫苗（如白喉、百日咳、破伤风三联疫苗）的分子佐剂。江说："随着mRNA技术在COVID-19疫苗中的应用，我们认为这将是一个绝佳的机会，来看看C3d是否也能在mRNA疫苗系统中发挥佐剂的作用。"为此，研究人员设计了mRNA，以编码与抗原融合的C3d蛋白，这样接受疫苗的细胞就能将这两种成分作为一种蛋白生成。在策略的第二阶段，研究人员对用于递送RNA疫苗的纳米脂质颗粒进行了改良，这样除了有助于递送RNA外，脂质还能从本质上激发更强的免疫反应。为了找出效果最好的脂质，研究人员创建了一个由480种不同化学类型的脂质纳米粒子组成的库。所有这些都是"可电离"脂质，当它们进入酸性环境时会带正电。最初的COVID-19RNA疫苗也包括一些可电离脂质，因为它们有助于纳米颗粒与RNA自组装，并帮助靶细胞吸收疫苗。"我们知道纳米颗粒本身可以起到免疫刺激作用，但我们还不太清楚优化这种反应所需的化学成分是什么。"安德森说："因此，我们并没有试图制造出完美的纳米颗粒，而是制作了一个纳米颗粒库并对其进行了评估，通过评估，我们发现了一些似乎能改善其反应的化学成分。"研发鼻内疫苗研究人员在小鼠体内测试了他们的新疫苗，其中包括RNA编码的C3d和从文库筛选中发现的一种性能最佳的可电离脂质。他们发现，注射了这种疫苗的小鼠产生的抗体是未注射COVID-19RNA疫苗的小鼠的10倍。新疫苗还能在T细胞中激起更强的反应，而T细胞在抗击SARS-CoV-2病毒中发挥着重要作用。李说："通过对RNA及其递送载体进行工程设计，我们首次证明了免疫反应的协同促进作用。考虑到上呼吸道粘膜毯屏障带来的挑战，这促使我们研究鼻内注射这种新型RNA疫苗平台的可行性。"当研究人员鼻内注射疫苗时，他们在小鼠体内观察到了类似的强烈免疫反应。如果开发出用于人类的鼻内疫苗，它将在鼻腔和肺部的粘膜组织内产生免疫反应，因此有可能增强对感染的保护。研究人员说，由于自我佐剂疫苗能以较低剂量引起较强的反应，因此这种方法还有助于降低疫苗剂量的成本，从而使疫苗能惠及更多的人，尤其是发展中国家的人。安德森的实验室目前正在探索这种自我佐剂平台是否也能帮助提高其他类型RNA疫苗（包括癌症疫苗）的免疫反应。研究人员还计划与医疗保健公司合作，在更大的动物模型中测试这些新疫苗配方的有效性和安全性，希望最终能在病人身上进行测试。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385843.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385843.htm

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法

麻省理工学院革新细胞成像技术：观察活细胞内部活动的新方法活细胞会受到多种分子信号的轰击，这些信号会影响细胞的行为。如果能够测量这些信号以及细胞如何通过下游分子信号网络对这些信号做出反应，就能帮助科学家更多地了解细胞是如何工作的，包括当细胞衰老或患病时会发生什么。目前，这种全面的研究还不可能实现，因为目前的细胞成像技术仅限于同时对细胞内的少数不同分子类型进行成像。然而，麻省理工学院的研究人员开发出了一种替代方法，可以一次观察多达七种不同的分子，甚至有可能观察到比这更多的分子。分子成像技术的突破"在生物学中，有许多例子表明，一个事件会引发一长串下游事件，进而导致特定的细胞功能，"谭以骅神经技术教授爱德华-博伊登（EdwardBoyden）说。"这是如何发生的？这可以说是生物学的基本问题之一，因此我们想知道，能不能简单地观察它的发生？"新方法利用了以不同速率闪烁的绿色或红色荧光分子。通过对细胞进行数秒、数分钟或数小时的成像，然后利用计算算法提取每个荧光信号，就能跟踪每个目标蛋白质随时间变化的数量。利用四种可切换荧光团，麻省理工学院的研究人员能够标记并成像这些细胞内的四种不同激酶（前四行）。下一行中，细胞核被标记为蓝色。图片来源：研究人员提供博伊登是这项研究的资深作者，他也是麻省理工学院生物工程教授、脑与认知科学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员、麻省理工学院麦戈文脑研究所和科赫综合癌症研究所成员，以及杨丽莎仿生学中心（K.LisaYangCenterforBionics）的联合主任。麻省理工学院博士后钱勇是论文的第一作者。荧光信号的进步用荧光蛋白标记细胞内的分子使研究人员能够大量了解许多细胞分子的功能。这类研究通常使用绿色荧光蛋白（GFP），该蛋白在20世纪90年代首次用于成像。从那时起，又开发了几种能发出其他颜色光的荧光蛋白用于实验。然而，典型的光学显微镜只能分辨出其中的两三种颜色，研究人员只能窥见细胞内发生的整体活动。如果能追踪更多的标记分子，研究人员就能测量脑细胞在学习过程中对不同神经递质的反应，或者研究促使癌细胞转移的信号。"理想情况下可以实时观察细胞内的信号波动，然后了解它们之间的关系。这将告诉我们细胞是如何计算的，"博伊登说。"问题是，无法同时观察很多东西。"2020年，博伊登的实验室开发出一种方法，通过将发光报告器瞄准细胞内的不同位置，同时对细胞内的多达五种不同分子进行成像。这种方法被称为"空间多路复用"，它能让研究人员分辨出不同分子的信号，即使它们发出的荧光颜色相同。在这项新研究中，研究人员采用了一种不同的方法：他们没有根据信号的物理位置来区分信号，而是创建了随时间变化的荧光信号。这种技术依赖于"可切换荧光团"--能以特定速率开启和关闭的荧光蛋白。在这项研究中，博伊登和他的研究小组成员确定了四种绿色可切换荧光团，然后又设计了另外两种，它们都以不同的速率开启和关闭。他们还确定了两种以不同速率开关的红色荧光蛋白，并设计了另外一种红色荧光团。每种可切换的荧光团都可以用来标记活细胞内不同类型的分子，如酶、信号蛋白或细胞骨架的一部分。在对细胞进行数分钟、数小时甚至数天的成像后，研究人员使用一种计算算法，从每种荧光团中挑选出特定信号，这类似于人耳挑选出不同频率的声音。"在交响乐团中，有长笛等高音乐器，也有大号等低音乐器。中间是小号等乐器。"博伊登说："它们都有不同的声音，而我们的耳朵会把它们分拣出来。"研究人员用来分析荧光团信号的数学技术被称为线性非混合法。这种方法可以提取不同的荧光团信号，类似于人耳使用一种称为傅立叶变换的数学模型来提取乐曲中的不同音高。分析完成后，研究人员就能看到在整个成像过程中，细胞中每个荧光标记分子出现的时间和位置。成像本身只需一台简单的光学显微镜即可完成，无需专业设备。探索生物现象在这项研究中，研究人员通过标记哺乳动物细胞中参与细胞分裂周期的六种不同分子，展示了他们的方法。这样，他们就能确定细胞周期中依赖细胞周期蛋白的激酶的水平是如何变化的。研究人员还发现，他们还能标记其他类型的激酶，这些激酶几乎涉及细胞信号传导的方方面面，还能标记细胞结构和细胞器，如细胞骨架和线粒体。除了使用在实验室培养皿中生长的哺乳动物细胞进行实验外，研究人员还证明这种技术可以在斑马鱼幼体的大脑中发挥作用。研究人员表示，这种方法有助于观察细胞如何对营养物质、免疫系统因子、激素或神经递质等任何输入做出反应。它还可以用来研究细胞如何对基因表达的变化或基因突变做出反应。所有这些因素都在生长、衰老、癌症、神经变性和记忆形成等生物现象中发挥着重要作用。博伊登说："我们可以认为所有这些现象都代表了一类普遍的生物问题，即某些短期事件--如摄入某种营养物质、学习某些知识或受到感染--会产生长期变化。"除了进行这些类型的研究，博伊登的实验室还在努力扩大可切换荧光团的范围，以便研究细胞内的更多信号。他们还希望调整该系统，使其能用于小鼠模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401541.htm

麻省理工学院的科学家们发现湿疹患者皮肤上的微生物会快速进化

麻省理工学院的科学家们发现湿疹患者皮肤上的微生物会快速进化这项研究标志着科学家们第一次直接观察到与一种复杂的皮肤疾病有关的微生物的这种快速进化。这些发现还可以帮助研究人员开发潜在的治疗方法，通过针对具有这种类型突变的金黄色葡萄球菌的变体来舒缓湿疹的症状，这些变体往往会使湿疹症状恶化。"这是第一项显示金黄色葡萄球菌基因型在特应性皮炎患者身上发生变化的研究，"土木与环境工程助理教授、麻省理工学院医学工程与科学研究所成员TamiLieberman说。"据我所知，这是皮肤微生物组中适应性进化的最直接证据。"一张SEM图像显示了四个黄色的、球状的金黄色葡萄球菌细菌。资料来源：美国国家过敏和传染病研究所（NIAID）。利伯曼和墨西哥国家儿科研究所的皮肤科医生兼助理教授玛丽亚-特雷莎-加西亚-罗梅罗是这项研究的资深作者，该研究于4月12日发表在科学杂志《细胞-宿主-微生物》上。FelixKey是麻省理工学院的前博士后，现在是马克斯-普朗克感染生物学研究所的组长，他是该论文的第一作者。细菌的适应性据估计，30%至60%的人在鼻孔中携带金黄色葡萄球菌，在那里它通常是无害的。在患有湿疹的人中，金黄色葡萄球菌经常会传播到湿疹斑块并感染皮肤，在美国，湿疹影响了大约1000万儿童和1600万成年人。利伯曼说："当皮肤有破损时，金黄色葡萄球菌可以找到一个它可以生长和复制的位置。人们认为，这些细菌对病理有贡献，因为它们分泌毒素并招募免疫细胞，而这种免疫反应进一步破坏了皮肤屏障"。在这项研究中，研究人员希望探索金黄色葡萄球菌如何能够适应生活在湿疹患者的皮肤上。"这些微生物通常生活在鼻子里，我们想知道当它发现自己在特应性皮炎皮肤上时，是否需要改变以生活在那里？而且我们能否从观察它的进化过程中了解到一些关于这些细菌如何与特应性皮炎皮肤相互作用的情况？"利伯曼说。为了回答这些问题，研究人员招募了5至15岁的患者，他们正在接受中度至重度湿疹的治疗。他们在三个月内每月一次采集他们皮肤上的微生物样本，然后在九个月内再次采集。样本取自膝盖背面和肘部内侧（受湿疹影响的最常见部位）、通常不受影响的前臂以及鼻孔。来自每个样本部位的金黄色葡萄球菌细胞被单独培养，以便从每个样本中产生多达10个菌落，一旦形成大的菌落，研究人员就对细胞的基因组进行测序。这产生了近1500个独特的菌落，这使研究人员能够比以前更详细地观察细菌细胞的进化。利用这种技术，研究人员发现大多数病人保持着单一的金黄色葡萄球菌系--也就是说，从环境或另一个人那里传来新菌株并取代现有的金黄色葡萄球菌系的情况非常少见。然而，在研究的9个月里，在每个品系内都发生了大量的变异和进化。利伯曼说："尽管在品系层面上很稳定，但我们在整个基因组层面上看到了很多动态变化，在这些细菌中不断出现新的突变，然后扩散到整个身体。"这些突变中有许多出现在一个叫做capD的基因中，该基因编码一种合成胶囊多糖所必需的酶--一种保护金黄色葡萄球菌不被免疫细胞识别的涂层。研究人员发现，在六名深度采样的患者中，有两名患者的capD突变细胞占据了整个金黄色葡萄球菌皮肤微生物组群。其他患者被最初缺乏capD功能拷贝的菌株定植，在研究结束时总共有22%的患者缺乏capD。在一名患者中，不同的金黄色葡萄球菌样本中独立出现了四种不同的capD突变，然后其中一个变体成为主导，并在整个微生物组中扩散。靶向治疗在对实验室培养皿中生长的细菌细胞的测试中，研究人员显示，capD的突变使金黄色葡萄球菌比具有正常capD基因的金黄色葡萄球菌菌株生长得更快。合成胶囊多糖需要大量的能量，因此当细胞不必制造它时，它们有更多的燃料来推动自身的生长。研究人员还假设，失去胶囊可能会让微生物更好地粘附在皮肤上，因为让它们粘附在皮肤上的蛋白质更加暴露。研究人员还分析了近300个公开的从有和没有湿疹的人身上分离出来的细菌基因组，并发现有湿疹的人比没有湿疹的人更有可能拥有不能产生胶囊多糖的金黄色葡萄球菌变种。湿疹通常用保湿剂或局部类固醇治疗，如果皮肤出现感染，医生可能会开出抗生素。研究人员希望他们的发现能导致开发出治疗方法，通过针对在胶囊多糖中发生突变的金黄色葡萄球菌变体来减轻湿疹症状。"García-Romero说："我们在这项研究中的发现为金黄色葡萄球菌如何在宿主体内进化提供了线索，并揭示了一些可能有助于细菌留在皮肤上并产生疾病的特征，而不是能够被刷掉的。"在未来，金黄色葡萄球菌变体在胶囊多糖方面的突变可能是潜在治疗的相关目标。利伯曼的实验室现在正致力于开发可用于针对胶囊阴性金黄色葡萄球菌菌株的益生菌。她的实验室还在研究具有capD突变的金黄色葡萄球菌菌株是否更有可能传播给湿疹患者家中的其他成员。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354613.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354613.htm

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命治疗1型糖尿病的一种很有前景的方法是植入能在需要时产生胰岛素的胰岛细胞，这样患者就不用频繁注射胰岛素了。然而，这种方法的一个主要障碍是，一旦植入细胞，它们最终会因缺氧而停止产生胰岛素。为了克服这一障碍，麻省理工学院的工程师们设计出了一种新型植入式装置，这种装置不仅携带了数十万个可产生胰岛素的胰岛细胞，而且还拥有自己的板载氧气工厂，可通过分裂人体内的水而产生氧气。研究人员的研究结果表明，将这种装置植入糖尿病小鼠体内，可使小鼠的血糖水平保持稳定至少一个月。研究人员现在希望能制造出更大版本的装置，大小与口香糖差不多，最终能在1型糖尿病患者身上进行测试。麻省理工学院的工程师们设计了一种植入式设备，它能携带数十万个胰岛细胞，并自带氧气工厂，以保持细胞健康。图片来源：FeliceFrankel研究团队的见解"你可以把它想象成一个由分泌胰岛素的人体细胞和电子生命支持系统组成的活体医疗设备。"麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫癌症综合研究所（KochInstituteforIntegrativeCancerResearch）和医学工程与科学研究所（IMES）成员、本研究的资深作者丹尼尔-安德森（DanielAnderson）说："我们对目前取得的进展感到兴奋，我们对这项技术最终能帮助病人感到非常乐观。"虽然研究人员的主要研究方向是糖尿病治疗，但他们表示，这种设备也可以用于治疗其他需要反复输送治疗蛋白的疾病。麻省理工学院研究科学家西达斯-克里希南（SiddharthKrishnan）是这篇论文的第一作者，论文最近发表在《美国国家科学院院刊》上。研究团队还包括麻省理工学院的其他几位研究人员，其中包括麻省理工学院大卫-科赫研究所教授、科赫研究所成员罗伯特-兰格（RobertLanger），以及波士顿儿童医院的研究人员。图为该装置浸没在水中，产生氧气（下）和氢气（上）气泡，无需任何电池或电线。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供当前糖尿病治疗面临的挑战大多数1型糖尿病患者必须仔细监测血糖水平，每天至少注射一次胰岛素。然而，这一过程并不能复制人体控制血糖水平的自然能力。安德森说："绝大多数胰岛素依赖型糖尿病患者都在为自己注射胰岛素，并尽了最大努力，但他们的血糖水平并不健康。如果你看看他们的血糖水平，即使是那些非常尽心尽力、小心谨慎的人，他们的血糖水平也无法与活体胰腺相比"。更好的替代方法是移植细胞，只要检测到病人的血糖水平激增，这些细胞就会产生胰岛素。一些糖尿病患者已经接受了从人类尸体上移植的胰岛细胞，从而实现了对糖尿病的长期控制；不过，这些患者必须服用免疫抑制药物，以防止身体对植入的细胞产生排斥反应。最近，研究人员利用从干细胞中提取的胰岛细胞也取得了类似的成功，但接受这些细胞的病人也需要服用免疫抑制剂。这张照片显示的是完全组装好的设备的阴极面，并用一枚美国25美分硬币表示比例。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供应对氧气供应挑战另一种可以避免使用免疫抑制剂的方法是将移植细胞封装在一个柔性装置中，以保护细胞不受免疫系统的影响。然而，为这些封装细胞找到可靠的氧气供应已被证明具有挑战性。一些实验性装置，包括一种已在临床试验中进行测试的装置，具有一个可以为细胞供氧的氧舱，但这个氧舱需要定期重新装载。其他研究人员开发出的植入物包括能产生氧气的化学试剂，但这些试剂最终也会耗尽。麻省理工学院的研究小组采用了另一种方法，即通过分裂水来无限生成氧气。这种方法是通过装置内的质子交换膜来实现的，质子交换膜是一种最初用于在燃料电池中产生氢气的技术。这层膜可以将水蒸气（人体内含量丰富）分成氢气和氧气，氢气会无害扩散，而氧气则会进入一个储存室，通过一层薄薄的透氧膜供给胰岛细胞。这种方法的一大优势是不需要任何电线或电池。分离这种水蒸气需要很小的电压（约2伏），这种电压是利用一种称为共振感应耦合的现象产生的。位于体外的调谐磁性线圈将电力传输到设备内的小型柔性天线，从而实现无线电力传输。它需要一个外部线圈，研究人员预计可以将其作为贴片佩戴在病人皮肤上。有希望的实验结果在制造出与美国25美分硬币差不多大小的设备后，研究人员在糖尿病小鼠身上进行了测试。一组小鼠接受了带有氧气生成和水分离膜的装置，另一组小鼠则接受了含有胰岛细胞的装置，但没有补充氧气。这些装置被植入具有完全功能性免疫系统的小鼠皮下。研究人员发现，植入制氧装置的小鼠能够维持正常的血糖水平，与健康动物相当。然而，接受非供氧装置的小鼠在大约两周内就出现了高血糖（血糖升高）。通常情况下，任何一种医疗设备植入人体后，免疫系统的攻击都会导致疤痕组织的堆积，这种疤痕组织被称为纤维化，会降低设备的有效性。这项研究中使用的植入物周围确实形成了这种疤痕组织，但该装置成功地控制了血糖水平，这表明胰岛素仍能从装置中扩散出来，葡萄糖也能进入装置。这种方法也可用于输送产生其他类型治疗蛋白的细胞，这些蛋白需要长期给药。在这项研究中，研究人员发现，这种装置还能让产生促红细胞生成素的细胞保持活力，促红细胞生成素是一种能刺激红细胞生成的蛋白质。未来展望安德森说："我们乐观地认为，有可能制造出能够驻留在体内并根据需要生产药物的活体医疗设备。有多种疾病的患者需要外源性服用蛋白质，有时甚至需要频繁服用。如果我们能用一种能长期发挥作用的植入物取代每隔一周输液一次的需要，我认为这确实能帮助很多病人。"研究人员现在计划调整该装置，以便在大型动物身上进行测试，最终在人类身上进行测试。为了供人类使用，他们希望开发出一种与口香糖大小差不多的植入物。他们还计划测试该装置是否能在体内保留更长的时间。克里希南说："我们使用的材料本身就很稳定，寿命也很长，所以我认为这种长期运作是有可能的，这也是我们正在努力的方向。"兰格补充说："我们对这些发现感到非常兴奋，我们相信这些发现有朝一日会为治疗糖尿病和其他疾病提供一种全新的方法。"这项研究得到了JDRF、LeonaM.andHarryB.Helmsley慈善信托基金和美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388913.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388913.htm