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（MarkBathe）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415563.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415563.htm

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特这种新方法是滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的，它使用一个小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距四微米的地方，大约是一根头发宽度的四百分之一。在并行控制目标量子比特上的每束聚焦激光的精度和程度是以往研究无法比拟的。IQC和滑铁卢大学物理与天文学系教授K.RajibulIslam博士说："我们的设计将串扰量--落在相邻离子上的光量--限制在0.01%的极小相对强度，这在量子界是数一数二的。与以往对单个离子进行敏捷控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。""这意味着我们可以与任何离子对话而不影响其相邻离子，同时还能最大限度地控制每个离子。据我们所知，在学术界和工业界，这是具有如此高精度的最灵活的离子量子比特控制系统。"绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。资料来源：滑铁卢大学钡离子：量子计算的新宠钡离子是科学家们的目标，因为它们在困离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可用作量子位的零级和一级，并能用可见绿光进行操纵，而其他原子类型则不同，同样的操纵需要更高能量的紫外光。这样，研究人员就可以使用紫外线波长所不具备的商用光学技术。研究人员制作了一个波导芯片，它能将一束激光分成16个不同的光通道。然后，每个通道都被导入基于光纤的独立调制器，这些调制器可独立对每束激光的强度、频率和相位进行灵活控制。然后，利用一系列类似望远镜的光学透镜将激光束聚焦到很小的间距。研究人员通过使用精确的摄像传感器对每束激光进行测量，从而确认了它们的聚焦和控制。这项工作是滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，Islam的共同首席研究员、IQC和滑铁卢大学物理和天文系教师CrystalSenko博士说。"我们使用离子是因为它们是完全相同的、自然制造的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法"。创新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，为操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用带来了希望。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383059.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383059.htm

DNA诱饵在突破性疫苗方法中战胜病毒

DNA诱饵在突破性疫苗方法中战胜病毒这种疫苗已在小鼠身上进行了试验，它由一个DNA支架组成，支架上有许多病毒抗原的拷贝。这种疫苗被称为微粒疫苗，模仿病毒的结构。以前大多数微粒疫苗的研究工作都依赖于蛋白质支架，但这些疫苗中使用的蛋白质往往会产生不必要的免疫反应，从而分散免疫系统对目标的注意力。在小鼠研究中，研究人员发现DNA支架不会诱发免疫反应，从而使免疫系统能够将抗体反应集中在目标抗原上。麻省理工学院生物工程学教授马克-巴特（MarkBathe）说："我们在这项工作中发现，DNA不会诱发抗体，以免分散对相关蛋白质的注意力。可以想象的是，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--让免疫系统激光聚焦于感兴趣的抗原。"研究人员说，这种能强烈刺激B细胞（产生抗体的细胞）的方法能让人们更容易开发出针对艾滋病、流感以及SARS-CoV-2等难以针对的病毒的疫苗。与受到其它类型疫苗刺激的T细胞不同，这些B细胞可以持续数十年，提供长期保护。哈佛大学医学院副教授、拉贡研究所首席研究员丹尼尔-凌伍德说："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。这种将针对目标抗原的反应与平台本身脱钩的想法是一种潜在的强大免疫学技巧，现在我们可以利用它来帮助这些免疫学靶向决策朝着更有针对性的方向发展"。Bathe、Lingwood和哈佛大学医学院副教授、拉贡研究所首席研究员亚伦-施密特（AaronSchmidt）是这篇论文的资深作者，论文今天（1月30日）发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上。论文的主要作者包括麻省理工学院前博士后艾克-克里斯蒂安-瓦姆霍夫、拉贡研究所博士后拉兰斯-隆萨、哈佛大学前研究生贾里德-费尔德曼、麻省理工学院研究生格兰特-克纳普和哈佛大学前研究生布莱克-豪瑟。微粒疫苗通常由一种蛋白质纳米粒子组成，其结构与病毒相似，可携带许多病毒抗原拷贝。这种高密度的抗原能产生比传统疫苗更强的免疫反应，因为人体认为它与真正的病毒相似。目前已开发出针对乙型肝炎和人类乳头瘤病毒等少数病原体的微粒疫苗，而针对SARS-CoV-2的微粒疫苗也已获准在韩国使用。这些疫苗尤其擅长激活B细胞，使其产生针对疫苗抗原的特异性抗体。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。"不过，这种疫苗的一个潜在缺点是，用于支架的蛋白质通常会刺激人体产生针对支架的抗体。巴特说，这会分散免疫系统的注意力，使其无法如愿启动强有力的反应。他说："中和SARS-CoV-2病毒需要一种疫苗以产生针对病毒尖峰蛋白受体结合域部分的抗体。当在基于蛋白质的微粒上显示这种抗体时，免疫系统不仅能识别受体结合域蛋白质，还能识别与试图引起的免疫反应无关的所有其他蛋白质。"另一个潜在的缺点是，如果同一个人接种了不止一种由相同蛋白支架携带的疫苗，例如接种了SARS-CoV-2疫苗，然后又接种了流感疫苗，那么他们的免疫系统很可能会立即对蛋白支架产生反应，因为他们已经做好了对蛋白支架产生反应的准备。这可能会削弱对第二种疫苗所含抗原的免疫反应。Bathe说："如果想应用这种基于蛋白质的微粒来免疫不同的病毒（如流感），那么免疫系统就会沉迷于它已经看到并产生免疫反应的底层蛋白质支架。这可能会降低机体对实际抗原的抗体反应质量。"作为一种替代方法，Bathe的实验室一直在开发使用DNA折纸制作的支架，这种方法可以精确控制合成DNA的结构，并允许研究人员在特定位置附着各种分子，如病毒抗原。在2020年的一项研究中，巴特和麻省理工学院生物工程及材料科学与工程教授达雷尔-欧文（DarrellIrvine）发现，携带30个艾滋病毒抗原拷贝的DNA支架可以在实验室培育的B细胞中产生强烈的抗体反应。这种结构是激活B细胞的最佳选择，因为它与纳米级病毒的结构非常相似，而纳米级病毒的表面会显示许多病毒蛋白的拷贝。Lingwood说："这种方法建立在B细胞抗原识别的基本原理基础之上，即如果对抗原进行阵列显示，就能促进B细胞的反应，提高抗体输出的数量和质量。"在新的研究中，研究人员换用了由SARS-CoV-2原始菌株中尖峰蛋白的受体结合蛋白组成的抗原。在给小鼠注射疫苗时，他们发现小鼠对尖峰蛋白产生了高水平的抗体，但对DNA支架却没有产生任何抗体。与此相反，以一种名为铁蛋白的支架蛋白为基础、涂有SARS-CoV-2抗原的疫苗产生了许多针对铁蛋白和SARS-CoV-2的抗体。"DNA纳米粒子本身没有免疫原性，"Lingwood说。"使用基于蛋白质的平台会对平台和感兴趣的抗原产生同样高滴度的抗体反应，这会使重复使用该平台变得复杂，因为身体会对它产生高亲和力的免疫记忆"。减少这些脱靶效应还有助于科学家们实现开发一种疫苗的目标，这种疫苗可以诱导针对任何变异的SARS-CoV-2甚至所有冠状病毒的广泛中和抗体，而冠状病毒是包括SARS-CoV-2以及导致SARS和MERS的病毒在内的病毒亚属。为此，研究人员正在探索一种附有多种不同病毒抗原的DNA支架能否诱导出针对SARS-CoV-2和相关病毒的广泛中和抗体。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415109.htm

科学家已经解密了DNA的 "机械密码" 有望扭转癌症发展过程

科学家已经解密了DNA的"机械密码"有望扭转癌症发展过程DNA的机械密码指的是DNA的物理特性，这些特性对其作为遗传材料的功能很重要。这些特性包括双螺旋结构、碱基配对的稳定性、以及分子的弹性和灵活性。这些特性使DNA能够存储和传输遗传信息，它们受到温度、湿度和pH值等各种因素的影响。此外，研究人员发现，DNA的机械代码可以被"甲基化"所改变，这是一种已知的化学修饰，DNA碱基在生物体发育的不同阶段通常会受到这种修饰。不正常的甲基化已经与几种癌症有关。甲基化改变机械代码的发现，提出了一种可能性，即生物发展程序或诸如癌症等疾病，可能通过改变通过机械代码编码的信息来实现其对细胞的部分影响。这项研究是与来自美国约翰霍普金斯大学、西班牙巴塞罗那科技学院和西班牙巴塞罗那大学的同事一起进行的。它已经发表在《自然-结构与分子生物学》杂志上。该研究的主要作者，杜伦大学的AakashBasu博士说。"DNA是一本书，包含细胞生存所需的指令。但这是一本非常特殊的书，你翻开一页，修复一页的撕裂，或折叠一页的能力，都取决于写在这一页上的文字。这是因为在DNA这本书中，这些字在某种程度上也控制着纸张的机械性能"。他们指出，众所周知，阅读、复制、包装和修复储存在沿着DNA的碱基序列（As、Ts、Gs和Cs）中的遗传信息，经常涉及需要DNA局部机械变形的过程。研究人员提供的证据表明，在从哺乳动物到细菌的各种生物体中，自然界和进化已经利用机械密码来局部控制DNA的变形性，从而反过来控制需要DNA机械变形的关键生物过程。研究人员希望这一知识能够指导未来的治疗和生物工程发展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338007.htm

研究人通过可扩展量子点棋盘实现量子计算突破

研究人通过可扩展量子点棋盘实现量子计算突破承载16个量子点交叉阵列的量子芯片照片，与棋盘图案无缝集成。每个量子点就像棋盘上的棋子，都可以通过字母和数字坐标系进行唯一识别和控制。图片来源：MariekedeLorijnforQuTech。图片来源：MariekedeLorijnforQuTech量子点可用于容纳量子计算机的基础构件--量子比特。目前，每个量子位都需要自己的寻址线和专用控制电子设备。这非常不切实际，与当今的计算机技术形成了鲜明对比，在当今的计算机技术中，数十亿个晶体管只需几千条寻址线即可运行。代尔夫特理工大学（TUDelft）和应用科学研究组织（TNO）合作成立的QuTech公司的研究人员开发出了一种类似的量子点寻址方法。就像用字母（A到H）和数字（1到8）组合来寻址国际象棋棋子的位置一样，量子点也可以用水平线和垂直线组合来寻址。棋盘上的任何一点都可以通过字母和数字的特定组合来定义和寻址。他们的方法将最先进的技术提升到了一个新水平，实现了16量子点系统在4×4阵列中的运行。第一作者弗朗切斯科-博尔索伊解释说："这种解决量子点问题的新方法有利于扩展到多个量子位。如果使用一根线控制和读出单个量子位，那么数百万个量子位就需要数百万根控制线。这种方法不能很好地扩展。但是，如果使用我们的棋盘式系统来控制量子位，那么数百万量子位只需"使用"数千条控制线即可寻址，其比例与计算机芯片非常相似。线路的减少为量子比特数量的扩展提供了前景，是量子计算机的一个突破，量子计算机最终将需要数百万量子比特。"提高数量和质量量子计算机不仅需要数百万量子比特，量子比特的质量也极为重要。最后一位作者兼首席研究员门诺-维尔德霍斯特（MennoVeldhorst）说："就在最近，我们已经证明，这些类型的量子比特可以以99.992%的保真度运行。这是所有量子点系统中最高的，意味着每万次操作的平均误差不到1次。通过开发复杂的控制方法和使用锗作为宿主材料，这些进步成为可能，因为锗具有许多有利于量子运行的特性"。量子模拟的早期应用由于量子计算正处于早期发展阶段，因此我们有必要考虑如何以最快的速度实现实用的量子优势。换句话说：量子计算机何时才能比传统超级计算机"更好"？一个明显的优势是可以模拟量子物理，因为量子点的相互作用是基于量子力学原理的。事实证明，量子点系统可以非常有效地进行量子模拟。Veldhorst说："在最近发表的另一篇文章中，我们展示了锗量子点阵列可用于量子模拟。这项工作是首次使用标准半导体制造材料进行的相干量子模拟。我们能够对共振价键进行初级模拟。虽然这项实验仅基于一个小型装置，但在大型系统上执行此类模拟可能会解决物理学中的长期问题。"未来工作Veldhorst总结道："令人兴奋的是，我们在向更大系统扩展、提高性能以及获得量子计算和模拟机会方面迈出了几步。一个悬而未决的问题是，我们能将这些棋盘式电路做多大，如果存在限制，我们是否能利用量子链路将许多棋盘式电路互连起来，从而构建更大的电路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381635.htm

纠错的未来：利用量子加扰的优势

纠错的未来：利用量子加扰的优势研究人员发现，在量子模拟器中，即使是最简单的、混乱的动力学，也会自然地出现复杂的随机行为。这幅插图放大了一个明显平滑的量子系统中的一个复杂状态集。资料来源：加州理工学院这些量子系统模仿自然过程，为科学家们提供了创造创新和独特材料的机会，并有可能在医学、计算机电子学和其他行业得到应用。尽管全面的量子计算机还远在未来，但研究人员目前正在进行量子模拟器的实验，这些模拟器是专门为解决特定问题而设计的，如有效模拟高温超导体和其他量子材料。这些机器也有可能解决复杂的优化问题，如防止自主车辆行进中的碰撞。使用这些量子机器的一个挑战是，它们非常容易出错，比经典计算机更容易出错。在这些较新的系统中识别错误也更难。"在大多数情况下，量子计算机会犯很多错误，"加州理工学院物理学研究生亚当-肖说，他是《自然》杂志上一项关于验证量子设备准确性的新方法的两位主要作者之一。"你不能打开机器看里面，而且有大量的信息被存储--对于经典计算机来说，这些信息太多，无法解释和验证。"在《自然》杂志的研究中，Shaw和共同第一作者JoonheeChoi（前加州理工学院的博士后学者，现在是斯坦福大学的教授）展示了一种新的方法来测量量子设备的准确性，也被称为保真度。两位研究人员都在加州理工学院物理学教授、罗森伯格学者曼努埃尔-恩德雷斯的实验室工作。他们的新策略的关键是随机性。科学家们已经发现并描述了一种新发现的随机性，与信息在量子系统中被扰乱的方式有关。但是，即使量子行为是随机的，在噪声中也可以识别出普遍的统计模式。"我们有兴趣更好地了解信息被扰乱时发生了什么，"Choi说。"而通过用统计学来分析这种行为，我们可以寻找模式中的偏差，这些偏差表明已经发生了错误。""我们不希望只是从我们的量子机器中得到一个结果；我们希望得到一个经过验证的结果，"Endres说。"由于量子混沌，一个微观的错误会导致一个完全不同的宏观结果，与蝴蝶效应相当类似。这使我们能够有效地检测错误。"研究人员在一个有多达25个量子比特的量子模拟器上演示了他们的协议。为了发现是否发生了错误，他们对系统的行为进行了数千次的测量，直至单量子位水平。通过观察量子比特如何随时间演变，研究人员可以在看似随机的行为中找出模式，然后寻找与他们预期的偏差。最终，通过发现错误，研究人员将知道如何以及何时来修复它们。"我们可以追踪信息如何以单量子比特的分辨率在系统中移动，"Choi说。"我们能做到这一点的原因是，我们还发现，这种随机性，就是自然发生的，只在一个量子比特的水平上表示。你可以在系统的子部分看到普遍的随机模式。"Shaw将他们的工作比作测量湖面上波浪的汹涌程度。"如果有风来，你会在湖面上得到波峰和波谷，虽然它可能看起来是随机的，但人们可以在随机性中找出一种模式，并跟踪风对水的影响。我们将能够通过分析模式的变化来判断风向是否改变。我们的新方法同样允许我们寻找量子系统的变化，这将表明有误差。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344855.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344855.htm