科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性

科学家发现细菌昼夜节律钟的复杂性枯草芽孢杆菌生物发光的图像资料来源：EllaBaker-JackDorling约翰-英纳斯中心慕尼黑路德维希-马克西米利安大学（LudwigMaximillianUniversityMunich，LMUMunich）、约翰-英纳斯中心（TheJohnInnesCentre）、丹麦科技大学（TheTechnicalUniversityofDenmark）和莱顿大学（LeidenUniversity）的国际合作团队通过探测广泛存在于土壤中的枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）的基因表达作为时钟活动的证据，取得了这一发现。主要作者FrancescaSartor博士（慕尼黑大学）报告说："这种微生物的昼夜节律钟无处不在：我们看到它调控着多个基因和一系列不同的行为"。约翰-英纳斯中心的安东尼-多德（AntonyDodd）教授补充说："令人吃惊的是，一个基因组如此小的单细胞生物，其昼夜节律钟的某些特性却能唤起更复杂生物的时钟。"该合作团队之前的工作已经证明，在这种细菌的实验室衍生菌株中存在昼夜节律钟。这是首次在枯草杆菌中观察到昼夜节律钟。研究人员利用一种技术，插入一种叫做荧光素酶的酶，当基因表达时，这种酶就会发光。这种生物发光引导研究小组监测细菌时钟的变化情况。这篇论文的资深作者、慕尼黑大学的玛莎-梅罗（MarthaMerrow）教授说："这项研究表明，昼夜节律钟广泛存在于枯草芽孢杆菌中。我们或许可以利用时钟知识来改善健康状况，提高食品生产或生物技术的可持续性。"这项新研究是向前迈出的重要一步，原因是多方面的。它揭示了这些时钟存在于从自然环境中收集的菌株中，因此可能在这种细菌中广泛存在。此外，枯草杆菌在恒定黑暗和恒定光照条件下都能持续显示昼夜节律，研究人员揭示了许多其他生物的昼夜节律钟中存在的细微反应。在昼夜节律生物学领域，这些反应被称为"后效"和"阿肖夫法则"。综合来看，这表明细菌能像更复杂的生物一样，随着光照和温度条件的变化，使其生理和新陈代谢与一天中的不同时间同步。这一发现为生物技术、人类健康和植物科学提供了机遇。了解细菌昼夜节律钟的特性可能有助于我们对微生物学的工业应用；它可能使我们对微生物组是如何形成的有一个新的认识，并可能表明抗生素在一天中的某些时间对病原菌的破坏作用有多大。这些知识还可以帮助我们保护农作物。枯草芽孢杆菌是一种有益的土壤细菌，农民用它来帮助养分交换、植物生长和抵御病原微生物。研究小组正在开发枯草芽孢杆菌，作为研究细菌昼夜节律钟的模式生物。下一步的工作之一是找出构成时钟机制的基因。研究小组还对枯草芽孢杆菌昼夜节律钟如何依赖多细胞组织实现其全部功能感到好奇。昼夜节律钟是一种内部振荡器，能使生物的生理和新陈代谢适应24小时的环境变化，如光照、温度或捕食者行为的变化，从而为生物提供选择性优势。当我们进入不同的时区时，它们就会产生令人不安的时差效应。莱顿大学和丹麦技术大学的ÁkosT.Kovács教授说："法国生物学家雅克-莫诺曾说过一句名言：'大肠杆菌的真实情况就是大象的真实情况'。'当时，他指的是分子生物学的普遍规则--DNA和蛋白质。同样，枯草杆菌--一种只有四千个基因的细菌--体内的昼夜节律钟竟然有一个复杂的昼夜节律系统，让人联想到苍蝇、哺乳动物和植物等复杂生物体的昼夜节律钟。'...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375709.htm

研究：丰盛早餐或有助于老年人更快适应时差

研究：丰盛早餐或有助于老年人更快适应时差一项研究称，在最终目的地所在时区吃一顿丰盛的早餐，可能有助于老年人更快适应时差。前一晚避免深夜进食也可能起到一定作用。《华盛顿邮报》报道，美国西北大学和圣达菲研究所的研究人员星期二（9月5日）发表的一项研究指出，拥有固定的进餐时间表，或者吃一顿丰盛的早餐，有利于重置生物钟。时差反应（JetLag）是昼夜节律（生物钟）失调的一种症状，当人体生物钟与外界环境的昼夜规律不一致时，就会出现时差反应。时差通常对老年人的影响更大。人类大脑中的24小时生物钟以及几乎每个组织和器官中的外周时钟网络，驱动着身体的各项功能。它们会对光线照射、食物和身体活动等一系列线索做出反应。该研究建立了一个数学模型，来模拟长途旅行中衰老对昼夜节律的潜在影响。模拟发现，一个人的生物钟可能需要五天时间来适应向西飞行的六小时时差，而向东飞行则需要六天适应时间。对于老年人，则可能分别需要六天和七天。研究人员说，随着年龄的增长，人们的昼夜节律钟网络更容易发生错位，但目前还不清楚发生这种情况的原因。部分原因可能是随着时间的推移，人们的眼睛晶状体会变黄，从而影响对光线和亮度变化的感知。研究团队提醒，随着人类年龄的增长，生物钟适应新环境的能力会下降，这一结果需要在临床试验中得到证实。

生物的昼夜节律是如何工作的？新的研究揭示了这一点

生物的昼夜节律是如何工作的？新的研究揭示了这一点研究的重点是果蝇的隐色体，这是包括人类在内的植物和动物昼夜节律钟的关键组成部分。在苍蝇和其他昆虫中，被蓝光激活的隐色体是设定昼夜节律的主要光传感器。隐色体光传感器的目标，被称为"Timeless"（TIM），是一种大型、复杂的蛋白质，以前无法对其进行成像，因此对其与隐色体的相互作用并不十分了解。昼夜节律是通过基本上是遗传反馈循环来工作的。研究人员发现，TIM蛋白与它的伙伴Period（PER）蛋白一起作用，抑制负责其自身生产的基因。随着基因表达和抑制事件之间的适当延迟，蛋白质水平的振荡被确立。高级作者、乔治-W-和格雷斯-L-托德教授以及文理学院化学和化学生物学系主任布莱恩-克雷恩说，这种振荡代表了"时钟的滴答声，似乎对昼夜节律相当独特"。克莱恩说，蓝光改变了隐色体黄素辅助因子的化学和结构，这使得该蛋白能够与TIM蛋白结合，抑制TIM抑制基因表达的能力，从而重置振荡。这项研究的大部分艰苦工作是为了弄清楚如何产生隐色体-TIM的复合物，以便对其进行研究，因为TIM是一个如此大的、不方便的蛋白质。为了实现他们的成果，第一作者ChangfanLin,M.S.'17,Ph.D.'21,修改了隐色体蛋白以提高隐色体-TIM复合物的稳定性，并使用创新技术来纯化样品，使其适合高分辨率成像。加州理工学院弗里德里希共济失调研究联盟博士后Lin说："这些新方法使我们能够获得蛋白质结构的详细图像并获得对其功能的宝贵见解。这项研究不仅加深了我们对昼夜节律调节的理解，还为开发针对相关过程的疗法提供了新的可能性。"合著者石峰是生物物理学领域的博士生，他做了很多低温电子显微镜的工作。CristinaC.DeOliveira是生物化学和分子及细胞生物学领域的博士生，也是共同作者之一。该研究的一个意外结果揭示了细胞中DNA损伤是如何修复的。隐色体与参与修复DNA损伤的一个酶家族密切相关，称为光解酶。这项研究"解释了为什么这些蛋白质家族彼此密切相关，尽管它们正在做相当不同的事情--它们在不同的背景下利用相同的分子识别"。这项研究还为苍蝇的遗传变异提供了解释，这种变异使它们能够适应更高的纬度，那里冬天的白天更短，而且更凉爽。这些苍蝇有更多的某种涉及TIM蛋白变化的遗传变异，而且不清楚为什么这种变异可以帮助它们。研究人员发现，由于隐色体与TIM的结合方式，该变体降低了TIM与隐色体的亲和力。然后，蛋白质之间的相互作用被调控，光重置振荡的能力被改变，从而改变了昼夜节律钟，延长了苍蝇的休眠期，这有助于它在冬季生存。克莱恩说："我们在这里看到的果蝇中的一些相互作用可以映射到人类蛋白质上。这项研究可能有助于我们理解调节人类睡眠行为的组件之间的关键互动，例如基本计时机制中的关键延迟是如何建立在系统中的。"Lin说，另一个令人兴奋的发现是在TIM中发现了一个重要的结构区域，称为"槽"，这有助于解释TIM如何进入细胞核。以前的研究已经确定了参与这一过程的一些因素，但确切的机制仍然不清楚。研究提供了对这一现象的更清晰的理解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358533.htm

研究显示昼夜节律影响细胞生长、新陈代谢和癌症进展

研究显示昼夜节律影响细胞生长、新陈代谢和癌症进展在一项新的研究中，科学家们定义了昼夜节律时钟如何影响细胞生长、新陈代谢和肿瘤进展。他们的研究还揭示了昼夜节律时钟的破坏如何影响基因组的稳定性和突变，从而进一步推动肠道中关键的肿瘤促进途径。该研究由加利福尼亚大学尔湾分校的科学家们领导。它的标题是：“昼夜节律时钟的破坏驱动Apc异质性丧失加速结肠直肠癌”，于2022年8月10日发表在《科学进展》上。在这项研究中，研究人员发现，昼夜节律时钟的遗传破坏和环境破坏都有助于腺瘤性结肠息肉病（APC）肿瘤抑制因子的突变，这种肿瘤抑制因子在绝大多数人类结肠直肠癌中发现。据报道，在大约80%的人类结肠直肠癌病例中存在APC点突变、缺失和异质性缺失（LOH）事件，正是这些突变推动了肠道腺瘤发展的启动。研究作者SelmaMasri博士说：“作为一个社会，我们暴露在几个影响我们生物钟的环境因素中，包括夜班工作、长时间的光照、睡眠/觉醒周期的变化和进食行为的改变。”Masri是UCI医学院的生物化学助理教授。“令人震惊的是，我们已经看到包括结肠直肠癌在内的几种年轻发病的癌症出现了惊人的增长。这种20多岁和30多岁的成年人癌症发病率增加的根本原因仍未确定。然而，根据我们的发现，我们现在认为，昼夜节律时钟的紊乱起到了重要作用。”根据美国国立卫生研究院（NIH）的数据，年轻人中早发性结肠直肠癌的发病率已经出现了惊人的增长。今天，近10%的结肠直肠癌病例现在被诊断为50岁以下的人，而且这一趋势在稳步上升。怀疑的风险因素包括环境方面，如生活方式和饮食因素，这些因素已知会影响昼夜节律时钟。APC突变也与关键致癌途径的第二次点击有关，包括Kras、Braf、p53和Smad4。这些突变推动了向腺癌的发展，共同促成了疾病的进展。研究结果现在牵涉到昼夜节律时钟的中断驱动了更多的基因组突变，这些突变对加速结直肠癌的发生至关重要。昼夜节律时钟是一个内部生物节律器，支配着许多生理过程。Masri实验室的研究主要集中在昼夜节律时钟的破坏如何参与某些癌症类型的发展和进展。Masri实验室的研究人员正在积极开展进一步研究，旨在确定昼夜节律时钟如何影响其他癌症类型。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308455.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308455.htm

研究发现昼夜节律对癌症诊断和治疗过程有着重要影响

研究发现昼夜节律对癌症诊断和治疗过程有着重要影响作者苏黎世联邦理工学院的分子肿瘤学家ZoiDiamantopoulou、AnaGvozdenovic和NicolaAceto写道："昼夜节律控制着与癌症进展有关的大多数细胞功能，因此利用它为抗击转移开辟了新的有希望的方向。"我们的昼夜节律帮助我们的身体在一天中同步完成不同的任务，包括基因表达、免疫功能和细胞修复。我们早就知道，长期的昼夜节律紊乱--例如，睡眠模式不稳定、时差或轮班工作的结果--会使我们容易出现一些健康问题，包括癌症。最近的工作表明，昼夜节律不仅参与了肿瘤的发病，而且还支配着癌症的发展和转移，即身体内次要部位的定居。转移是导致癌症患者死亡的主要原因。要发生转移，细胞需要脱离原发肿瘤，进入血液，然后前往并渗透到一个新的器官中。研究表明，癌细胞脱离原发肿瘤并进入血液的速度在一天内有节奏地振荡，但这种节奏的时间在不同的癌症类型中有所不同。例如，乳腺癌更有可能在夜间转移，当我们在睡觉时，而前列腺癌和多发性骨髓瘤则在一天中的其他时间点达到高峰。作者认为，在施用化疗和免疫疗法时，我们可以利用这一信息，在最佳时间针对肿瘤细胞。在一天中的特定时间提供药物和免疫疗法的做法被称为时间疗法。作者写道："基于昼夜节律的转移形成应被视为一个以最及时和有效的方式进行干预的机会。时间疗法有希望成为抗击癌症的一个有价值的替代治疗方案"。临床研究表明，时间疗法可以减少患者经历的副作用的严重程度，也可以影响治疗效果。例如，作者描述了最近的一项研究，在下午4:30之前接受免疫治疗药物的黑色素瘤患者的存活率几乎是在一天中晚些时候接受治疗的患者的两倍。对于不同的癌症类型和治疗方法，最佳时间是不同的，作者还指出，时间疗法的临床效益可能会受到患者性别和遗传背景等因素的影响。对癌细胞昼夜节律的了解也可以帮助癌症诊断。癌细胞在一天中以不同的速度产生蛋白质，其中一些蛋白质被用作诊断的分子标记。我们可以通过在一天中这些蛋白质浓度最高的时候收集和测试活体组织来减少误诊的机会。作者写道："要充分释放其在临床方面的潜力，将需要对这些过程有更多的机理了解。在更多的癌症类型中，确定循环肿瘤细胞的增殖和释放到血液中的昼夜节律控制时间，可能有助于确定治疗的最佳时间窗口。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361451.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361451.htm

研究发现棋盘游戏可能有助于幼儿提高数学能力

研究发现棋盘游戏可能有助于幼儿提高数学能力研究人员特别选择了棋盘游戏，因为它们是基于规则的，棋子在棋盘上的移动和位置变化会影响整个游戏过程。因此，它们属于自己的游戏类别，与技能游戏和赌博游戏不同。研究人员回顾了从2000年起发表的19项研究，涉及3至9岁的儿童。除了一项研究外，所有的研究都集中在棋盘游戏对计算能力和数学知识的影响。评估数字或物理游戏的研究被排除在外。孩子们根据他们是否玩专注于计算能力的棋盘游戏（干预组）或不玩的棋盘游戏（对照组）而被分组。在干预课程前后，对数学成绩进行了评估。研究人员根据孩子们的数学能力进行了分类，从基本的数字能力（识别和命名数字）和基本的数字理解（理解数字数量，例如9大于3）到更高级的数字理解（加法和减法）。研究人员发现，与对照组相比，干预组中32%的儿童--几乎三分之一--在基本和高级数学表现方面有明显改善。研究人员说，他们的研究结果表明，棋盘游戏可以用来提高儿童的基本和复杂数学技能，并有可能对其他发展技能产生积极影响。该研究的主要作者JaimeBalladares说："未来的研究应该被设计来探索这些游戏可能对其他认知和发展技能的影响。"这项研究发表在《早期》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369583.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369583.htm