解开自然界的隐身法 科学家用人类细胞破译乌贼伪装的秘密

解开自然界的隐身法科学家用人类细胞破译乌贼伪装的秘密这项工作不仅可以阐明乌贼的基本生物学，而且还能带来更好的方法来对许多细胞类型进行成像。研究人员将在美国化学学会（ACS）的春季会议上展示他们的成果。ACS2023年春季会议是一个混合会议，将于3月26日至30日以线下和现场的方式举行，有超过10000个关于广泛的科学主题的演讲。多年来，AlonGorodetsky博士和他的研究小组一直在研究受乌贼启发的材料。在过去的工作中，他们开发了"隐形贴纸"，它由细菌产生的乌贼反射蛋白组成，被粘在粘性胶带上。"因此，我们有了这个疯狂的想法，观察我们是否能在人类细胞培养物中捕捉到乌贼皮肤组织改变透明度能力的某些方面，"Gorodetsky说，他是这个项目的主要研究人员。通过在哺乳动物细胞中加入乌贼反射蛋白，研究人员可以将细胞的透明度从透明调到浑浊（比例尺为10微米）。资料来源：改编自ACS生物材料科学与工程，加州大学欧文分校的团队将他们的努力集中在色素细胞上，这些细胞有类似颗粒的纳米结构，由反射蛋白组成，可以散射光线。通常情况下，反射蛋白聚集在一起并形成纳米颗粒，因此光线不会被吸收或直接透射；相反，光线会从它们身上散射或反弹，使细胞看起来很亮白。Gorodetsky说："我们想让哺乳动物细胞稳定地，而不是暂时地形成反射蛋白纳米结构，我们可以更好地控制光的散射。这是因为如果细胞允许光通过而没有什么散射，它们就会显得更加透明。或者，通过散射更多的光，细胞将变得不透明和更明显。然后，在细胞层面，甚至在培养层面，我们认为我们可以预测地改变细胞相对于周围环境或背景的透明度。"为了改变光与培养细胞的互动方式，GorgiiBogdanov，Gorodetsky实验室的一名研究生正在展示该结果，他将编码反射蛋白的乌贼衍生基因引入人类细胞，然后人类细胞使用DNA来生产该蛋白质。"Bogdanov说："我们实验的一个关键进展是让细胞稳定地产生反射蛋白并形成具有相对高折射率的光散射纳米结构，这也使我们能够更好地对细胞进行三维成像。"在实验中，该团队在细胞的培养基中加入了盐，并观察到反射蛋白结成了纳米结构。通过系统地增加盐的浓度，Bogdanov得到了详细的、延时的纳米结构特性的三维图像。随着纳米颗粒变得更大，从细胞上反弹的光量增加，因此调整了它们的不透明度。在基本层面上，Gorodetsky建议这些结果将帮助科学家更好地了解乌贼皮肤细胞，这些细胞还没有在实验室环境中成功培养过。例如，以前的研究人员推测，反射蛋白纳米颗粒分解和重新组合，以改变可调整的乌贼表皮色素细胞的透明度。而现在Gorodetsky的团队已经表明，在他们稳定的工程哺乳动物细胞中，随着盐浓度的简单变化，也发生了类似的重新排列，这种机制似乎类似于在可调控细胞中观察到的情况。研究人员现在正在优化他们的技术，根据细胞的内在光学特性设计更好的细胞成像策略。Gorodetsky设想，反射蛋白可以作为基因编码的标签，不会在人类细胞内漂白。反射蛋白作为一种分子探针，为用先进的显微镜技术追踪细胞内的结构提供了很多可能性。例如，科学家们提出，基于他们工作的成像方法也可以对更好地理解细胞的生长和发育产生影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352081.htm

科学家解码生物界最快的细胞运动之一 - 太阳虫的指状臂

科学家解码生物界最快的细胞运动之一-太阳虫的指状臂螺旋藻类的太阳虫在遇到外部刺激后几毫秒内就会撤回其轴突。来自日本冈山大学的研究人员报告说，微管动力学是这种瞬间缩短手臂的关键。资料来源：冈山大学MotonoriAndo为此，一个研究小组，包括日本冈山大学的安藤元典教授、池田理沙博士（均来自细胞生理学实验室）和滨田真由子副教授（来自牛岛海洋研究所），探索了涉及生物世界中最快细胞运动之一的机制。那么，这一切从何而来？安藤教授分享了他们研究背后的动机，他说："最近，在冈山县的各种水体中发现了各种各样的太阳虫，这清楚地表明，有几种太阳虫居住在同一环境中。我们正试图揭开围绕这些原生动物的神秘面纱，逐步扩大我们的知识视野"。作者通过免疫标记管蛋白并观察其在轴节收缩前后的运动开始了他们的调查。他们发现，在缩短之前，管蛋白沿着轴突的长度系统地排列，但在轴突退出后，这些管蛋白迅速地在细胞表面聚集。这使他们相信，在轴突快速撤离期间，微管瞬间分解成了管蛋白。然而，微管的降解通常不是一个快速的现象；它的进展相当缓慢。那么，R.contractilis如何能如此迅速地实现这一变化呢？研究人员假设，如果微管在多个部位同时分裂，为了验证他们的假设，作者开始寻找参与收缩菌瞬间裂解微管的蛋白质和基因。他们的发现最近发表在《真核微生物学杂志》上。研究人员进行了从头开始的转录组测序（分析细胞中某一特定时间表达的基因），并在R.contractilis中确定了近32000个基因。这个基因组与原生动物（单细胞生物）中的基因组最为相似，其次是后生动物（具有良好分化细胞的多细胞生物；这包括人类和其他动物）。对所获得的基因组进行同源性和系统性分析，发现有几个基因（和它们相应的蛋白质）参与了微管的行动。其中，最重要的是Kataninp60、驱动蛋白和钙信号蛋白。Kataninp60参与控制轴臂的长度。发现了几个重复的驱动蛋白基因。在已鉴定的驱动蛋白中，发现驱动蛋白-13，一种主要的微管不稳定蛋白，在轴突的快速收缩中起重要作用。钙信号基因调节钙离子从其周围进入细胞以及诱导轴突的退出。研究人员还注意到缺乏与鞭毛形成和运动有关的基因，表明R.contractilis的轴突不是从鞭毛进化而来的。尽管许多基因仍未分类，但新建立的基因组将作为未来研究的参考，旨在了解R.contractilis的轴突运动。螺旋藻类的轴突可以作为一种敏感的传感器。它们可以检测到其环境中的微小变化，例如重金属离子和抗癌药物的存在。在讨论他们对未来的展望时，安藤教授分享道："我们相信，螺旋藻的轴突反应可以作为一个指标，用于开发环境和自来水污染的临时检测和监测装置。它还可以作为一种新型的生物测定系统，用于新型抗癌药物的初筛。未来，我们计划继续作为一个团队进行合作，加强对这些生物的基础和应用研究"。螺旋藻类再次证明，一个单细胞具有改变世界的巨大潜力。我们祝愿作者成功地将他们的愿景变为现实！"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343991.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343991.htm

科学家将癌细胞变成逻辑门以揭开其运动的秘密

科学家将癌细胞变成逻辑门以揭开其运动的秘密多年来，机械工程教授BumsooHan和他的研究小组一直在研究癌细胞。他建立了微流体结构来模拟它们的生物环境；他甚至用这些结构建立了一个"时间机器"来逆转胰腺癌细胞的生长。"在我们的实验中，我们一直在观察和研究这些癌细胞如何迁移，因为这是癌症转移的一个重要方面，"Han团队的博士后研究人员Hye-ranMoon说。"但这是不同的。我们正试图解决这些行为背后的基本机制。而这是非常具有挑战性的，因为细胞是非常复杂的分子系统，而且它们会接触到导致它们移动的多种线索。"这些线索之一涉及化学线索，许多细胞天生就被吸引（很像蚂蚁追寻气味线索）。另一个是液体流动；如果液体在细胞周围朝某个方向流动，许多细胞就会顺势而行。因此，如果一个细胞在移动，怎么能知道它是由化学物质、液体运动或两者共同驱动的呢？该团队采用了一个三元逻辑门模型来分析这些线索，并预测细胞在不同环境下会如何移动。他们的研究已经发表在《芯片实验室》（LabonaChip）上，这是英国皇家化学学会的一份期刊。他们的实验是在一个微流控平台上进行的，该平台有一个中心室供细胞使用，还有两个侧面平台。使用这个设备，他们可以复制一个方向的液体流动，也可以复制相反方向的流动，或者根本不流动。他们还可以引入一种已知的化学物质，使细胞迁移。同样，他们可以选择朝一个方向、相反的方向或完全没有方向的趋化作用。这两种线索会相辅相成，还是相互抵消？有了两个线索和三个选择，就有足够的可观察数据来建立一个三元逻辑门模型。逻辑门是一种来自计算的构造，晶体管接受1或0的输入并返回1或0的输出。二元逻辑门接受两个1和0的组合，并根据它是哪种门而输出不同的结果。三元逻辑门做同样的事情，只是有三个可能的输入和输出。1、0和-1。穆恩对细胞在两种不同刺激下的移动方向进行了赋值。如果细胞在流动的方向上移动，那就是1。如果它们没有方向性，那就是0。如果它们朝与流动相反的方向移动，那就是-1。当细胞单独遇到化学品或液体流动时，它们向正方向移动（"1"）。当两者在同一方向出现时，其影响是相加的（仍然是"1"）。然而，当两者的流动方向相反时，细胞向化学品的方向移动（"-1"），而不是向液体流动的方向移动。基于这些观察，穆恩推断出一个3×3的网格来简化结果。这些癌细胞的线索现在可以被绘制成图表，就像电气工程师绘制电路图一样。当然，现实世界从来没有那么简单。"Moon说："实际上，化学刺激是一个梯度，而不是一个开关。细胞只有在引入一定的流量阈值后才会移动；如果你引入太多，细胞就会短路，根本不会移动。我们能够预测这种运动的准确性是一种非线性关系。"穆恩还强调，这个特定的实验非常简单：两个刺激，方向严格相反，在一个单一维度上。下一步将是建立一个类似的实验，但在一个二维平面中；然后在一个三维体积中建立另一个。而这只是开始；一旦施加了多个刺激，并将时间作为第四维的因素，计算就会变得非常复杂。"现在你明白为什么生物学家需要使用超级计算机了！"穆恩说。"这是一个完美的例子，说明微流控设备可以用于癌症研究，"穆恩说。"在生物环境中做这个实验将是非常困难的。但是有了这些设备，我们可以直接深入到单个细胞，在受控环境中研究它们的行为。""这个模型可以适用于远远超过物理上的癌细胞，任何细胞都会受到不同线索的影响，这为研究人员提供了一个框架，以研究这些影响并确定它们发生的原因。遗传工程师也接受了逻辑门模型，将基因视为能产生不同结果的处理器。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343805.htm

科学家开发出强大的AI算法 帮助应对致命的胶质母细胞瘤

科学家开发出强大的AI算法帮助应对致命的胶质母细胞瘤该图像显示了用于精确瞄准胶质母细胞瘤主激酶的SPHINKS网络。资料来源：AntonioIavarone,M.D.他们的研究在2月2日的《自然-癌症》杂志上有所描述，并可能对GBM（一种侵袭性的、通常是致命的脑癌类型）以及某些乳腺癌、肺癌和儿科癌症的未来治疗产生深远影响。西尔维斯特综合癌症中心副主任、该研究的资深作者、医学博士AntonioIavarone解释说："我们的工作代表了转化科学，为改变胶质母细胞瘤患者在临床上的常规管理方式提供了直接机会。算法为精准癌症医学提供了应用，给肿瘤学家提供了一个新的工具来对抗这种致命的疾病和其他癌症。"这种人工智能算法被称为SPHINKS--基于底物PHosphosite的激酶网络推断--部署了深度机器学习，以帮助研究人员识别和实验验证两种蛋白激酶（PKCd和DNAPKcs），作为与两种GBM亚型的肿瘤进展相关的罪魁祸首，并作为其他癌症的潜在治疗目标。蛋白激酶是目前用于精准癌症医学的关键目标，以根据病人的特定癌症特性进行治疗。研究人员将最活跃的激酶在他们的论文中称为"主激酶"，是那些临床医生直接使用靶向药物作为当前癌症治疗的标志的激酶。除了确定主激酶之外，Iavarone博士及其同事还使用了在实验室中从患者样本中生长出来的肿瘤器官-他们称之为"患者衍生的肿瘤化身"来证明干扰主激酶活性的靶向药物能够阻挠肿瘤的生长。此前，Iavarone博士和团队已经报告了一种新的胶质母细胞瘤分类，通过捕捉关键的肿瘤细胞特征，并根据GBM患者的生存可能性和他们的肿瘤对药物的脆弱性进行分组。在新的研究中，这些分类是通过几个全能学平台独立确认的：基因组学（基因）、蛋白质组学（蛋白质）、脂质组学（脂肪分子）、乙酰组学（表观遗传学）、代谢组学（代谢物）和其他。SPHINKS利用机器学习来完善这些omics数据集，并创建一个互动组--一套完整的生物互动--以确定每个胶质母细胞瘤亚型中产生异常生长和治疗抗性的激酶。这些发现表明，多组学数据可以产生新的算法，根据每个病人的胶质母细胞瘤亚型预测哪些靶向疗法可以提供最佳治疗方案。"我们现在可以根据不同omics之间共同的生物特征对胶质母细胞瘤患者进行分层，"Iavarone博士说。"仅仅阅读基因组是不够的。我们已经需要更全面的数据来确定肿瘤的脆弱性"。尽管在许多其他癌症方面取得了突破性进展，胶质母细胞瘤患者面临着令人沮丧的预后--五年生存率低于10%。尽管正在开发许多药物作为潜在的治疗方法，但临床医生一直需要一种方法来确定驱动每个病人疾病的分子机制，并适用于精准癌症医学。研究人员说，SPHINKS算法和相关方法可以很容易地被纳入分子病理学实验室。他们的论文包括一个临床分类器，可以帮助给每个病人分配适当的胶质母细胞瘤亚型。该团队还建立了一个在线门户来访问该算法。作者认为这种方法可以产生有洞察力的信息，使多达75%的胶质母细胞瘤患者受益。西尔维斯特中心生物化学和分子生物学教授、该研究的共同第一作者、医学博士AnnaLasorella说："这个分类器基本上可以在任何实验室使用。通过将全息信息导入门户网站，病理学家可以收到一个肿瘤、十个肿瘤的分类信息，无论他们导入多少个，这些分类可以立即应用于病人护理"。虽然SPHINKS首先在胶质母细胞瘤上测试，但该算法同样适用于其他几种癌症。该团队在乳腺癌、肺癌和小儿脑瘤中发现了相同的癌症驱动激酶。Iavarone和Lasorella博士及其同事认为这一发现可能是一种新型临床试验的动力。"我们正在探索篮子试验的概念，"Iavarone博士解释说，"这将包括具有相同生物亚型但不一定是相同癌症类型的患者。如果胶质母细胞瘤或乳腺癌或肺癌患者具有类似的分子特征，他们可以被纳入同一个试验中，与其为一种药物做多次试验，我们可以进行一次联合试验，并有可能更快地将更多有效的药物带给更多的患者。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342375.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342375.htm

科学家锁定癌症研究的一个关键：有关生命起源的RNA

科学家锁定癌症研究的一个关键：有关生命起源的RNARNA聚合酶是细胞中的RNA生产机器，是安全和可靠地修复人类DNA断裂所必需的。RNA的生产对健康细胞来说是必不可少的，但对肿瘤细胞来说却极为重要，因为肿瘤细胞需要这种酶有相当高的活性才能不受控制地生长。研究表明，在进行DNA破坏性治疗（如放射治疗）后，用THZ1化合物和类似物抑制RNA合成，可显著提高肿瘤细胞对死亡的敏感性。"这项研究为如何改进传统疗法和实现更高的治疗成功率提供了线索。虽然要在临床上使用这些RNA聚合酶抑制剂还有很长的路要走，但目前正在进行基于这种酶治疗癌症的临床试验，"首席研究员DanielGómez-Cabello解释道。该研究的共同作者DianaAguilar-Morante研究员补充说："增加关于如何以更安全和更有针对性的方式使用这些化合物的知识使我们能够尽可能地解决癌症的治疗。"塞维利亚生物医学研究所和塞维利亚大学与丹麦癌症协会合作进行的这项研究，已经发表在著名的《自然通讯》杂志上。两位研究人员从丹麦回到西班牙，由于安达卢西亚政府和西班牙抗癌协会（AECC）资助的合同，他们得以继续他们的研究。"感谢AECC，我们已经能够继续进行这些研究并推进这个项目，"作者解释说。目前，这些研究人员正在研究RNA（实现生命的原始分子）如何作为治疗疾病的工具的机制。"一旦我们观察到选择性地抑制RNA的产生会提升放疗在癌细胞中的效用，并且不会大幅度影响细胞的其他部分，我们将开始在各种类型的癌症中进行研究，如胶质母细胞瘤和小儿神经母细胞瘤，"DianaAguilar-Morante评论道。"Gómez-Cabello表示："在这一点上，我们的挑战将是提高这些新的RNA生产抑制剂的效率，减少癌症患者可能出现的副作用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335501.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335501.htm

科学家用最先进的成像技术揭开细胞结构的神秘面纱

科学家用最先进的成像技术揭开细胞结构的神秘面纱沿纵轴切开并从上方观察的人类中心粒模型。图片来源：©CentrioleLab这种细胞器对细胞骨架的组织至关重要，在功能障碍的情况下与某些癌症、脑部疾病或视网膜疾病有关。这项发表在《细胞》（Cell）杂志上的研究成果阐明了中心粒组装的复杂性。它还为研究其他细胞器开辟了许多新途径。细胞器的形成是按照连续的蛋白质招募事件的精确序列进行的。通过实时观察这种组装过程，可以更好地了解这些蛋白质在细胞器结构或功能中的作用。然而，要获得具有足够分辨率的视频序列来分辨如此复杂的显微元件，却面临着许多技术限制。为更好地观察细胞而充气中心粒尤其如此，这个尺寸不到500纳米（千分之五毫米）的细胞器由大约100种不同的蛋白质组成，分为六个亚结构域。直到几年前，人们还无法看到中心粒结构的细节。联合国大学理学院分子和细胞生物学系联合研究主任保罗-吉夏尔（PaulGuichard）和维吉妮-哈梅尔（VirginieHamel）的实验室利用膨胀显微镜技术改变了这一局面。这项尖端技术可以使细胞及其成分在不变形的情况下逐渐膨胀，这样就可以使用传统显微镜以极高的分辨率对它们进行观察。以如此高的分辨率获取中心粒图像可以确定蛋白质在特定时间的确切位置，但却无法提供关于亚结构域或单个蛋白质出现顺序的信息。该研究的第一作者、前联合国工程师学会研究和教学人员MarineLaporte利用膨胀显微镜分析了一千多个中心粒在不同生长阶段的六个结构域中24种蛋白质的位置。重组图片，让它们运转起来"在这项非常繁琐的工作之后，我们进行了伪时间运动学重建。换句话说，我们能够将中心粒生物发生过程中随机拍摄的数千张图像按时间顺序排列起来，利用我们开发的计算机分析方法重建中心粒亚结构形成的各个阶段，"这项研究的共同负责人维吉妮-哈梅尔解释说。这种独特的方法结合了极高分辨率的膨胀显微镜和运动学重建，使我们能够首次建立人类中心粒的4D组装模型。保罗-吉夏尔总结说："我们的工作不仅加深了我们对中心粒形成的理解，还为细胞和分子生物学开辟了令人难以置信的前景，因为这种方法可以应用于其他大分子和细胞结构，研究它们在空间和时间维度上的组装。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427550.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427550.htm