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2014生物学科前沿成果总述

时间:2015年2月13日 作者:本站原创 浏览:
 

        2014年度生物学科前沿成果主要包括遗传与分子生物学、生物化学、细胞生物学等多个方面,具体内容如下: 

1、遗传与分子生物学 

1)美国斯克利普斯研究所的弗洛伊德•E•罗姆领导的团队,首次将人工设计的碱基插入大肠杆菌基因组。这些带有“人工碱基”的大肠杆菌成功复制,产生了后代,制造出可持续繁殖的半人工生命。含有人工碱基的DNA有望改造现有生命形态,指导生物体合成前所未有的蛋白质类型,拓宽蛋白质功能。 

 

 

含人工碱基的DNA工作机理示意图 

2)来自中国科学院上海生命科学研究院和普渡大学的研究人员证实,甲基化CpG结合蛋白MBD7促进DNA主动去甲基化,限制了DNA高度甲基化以及转录水平的基因沉默。 

3约翰霍普金斯大学科学家在培养细胞体系中发现一种具有破坏癌细胞分裂的小分子。BMH-21能够通过破坏RNA聚合酶POL I转录通路来阻断癌细胞相互交流和复制。 

420146月,加州大学圣迭戈医学院的研究人员通过光遗传学刺激抹去了大鼠的一段恐惧记忆,随后又将其重新激活,彻底改变了大鼠的行为。这是人们首次有选择性的去除和重新激活一段记忆。8月,由诺贝尔生理医学奖得主Susumu Tonegawa领导的麻省理工学院研究小组,在新研究中揭示了控制记忆与正面或负面情感关联的大脑回路;此外,他们发现还可以利用光遗传学来倒转特殊记忆的情感联系。这或可推动未来开发出一些方法帮助人们更牢固地记住积极而非消极的记忆。 

5)国际合作组织已描绘出小麦21条染色体草图,并对其中一个染色体进行了深层测序。这一研究成果可以帮助科学家更快更好地培育小麦品种。 

6)西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室研究人员通过对丝蛋白基因进行了编辑,成功让家蚕吐出人工合成蚕丝蛋白,这也是世界上人工设计的蛋白纤维在活体生物中首次合成。 

2、生物化学 

1)法国原子能及可替代能源署(CEA)、法国国家科研中心(CNRS)和艾克斯—马赛大学的研究人员合作研究,发现了甲酸脱氢酶将二氧化碳转化成甲酸的生物机制,对通过生物技术制取可再生能源具有重要意义。 

2)中国科学院植物研究所光生物学重点实验室解析了AtHXK13种状态的晶体结构。其中,结合和未结合底物的晶体结构揭示了AtHXK1的“底物诱导契合”机制,突变体结合底物的晶体结构揭示了AtHXK1执行糖信号的功能。 

3)英国牛津大学研究人员结合X射线晶体学、核磁共振波谱、低温电子显微镜和脂质组学等多方面数据,首次构建了一个流感A病毒外壳的完整模型。该成果有助于人们更好地理解病毒如何在野外生存,并找出战胜它们的新方法。 

4)中国科学院大连化学物理研究所研究人员巧妙利用液滴微流控技术和湿法纺丝原理,首次仿生设计制备出一种具有纤维—微球间隔有序排列,呈现精致“竹子”样形态的新型仿生混合纤维材料。这种新型混合微米纤维材料可作为多种类型细胞和生物分子的功能载体,不仅可作为干细胞大规模培养扩增的反应器,还可作为一种过渡性的空间支架材料形成三维组织或用于移植治疗,在组织工程和再生医学等领域具有重要的应用前景。 

5)中国科学院青岛生物能源与过程研究所成功开发出新型聚氨酯材料。研究人员通过对亲水性聚氨酯树脂分子结构的精心设计,调整了聚合物中链段排布方式及密度,促使凝胶时形成均匀而致密的交联网络,合成具有高抱水量(最高可达为自身体积40倍)、高机械强度、优异乳化性能的聚氨酯树脂。 

6)来自麦基尔大学的科学家揭示了自由基促进实验模式动物-秀丽隐杆线虫长寿的分子机制。他们发现自由基(或者说是氧化剂)会运用一种特殊的分子机制来引导细胞自杀,避免细胞癌变以及自身免疫病的发生。研究者发现,通过自由基正常诱导,可以增强细胞的防御力,并且会延长细胞的寿命。 

7)来自德州大学西南医学中心的科学家鉴别出了一种对致死性癌细胞扩散非常重要的蛋白质——Aiolos。这种蛋白质是在正常血细胞中产生的,但当其在癌细胞中进行表达时其就会“变质”,从而促进癌细胞扩散,随后转移性的癌细胞就会从组织上分离下来,随着血液在机体中进行循环,最终在患者机体不同部位形成肿瘤。该研究对于日后开发治疗癌症措施提供了一定的帮助。 

8Icahn School of Medicine研究人员的研究证实,GM-CSF蛋白在维持肠道免疫耐受起到重要作用,该蛋白缺陷会增加炎症性肠病(IBD)易感性。IBD是一种严重的疾病,特点是慢性肠道炎症,是对细菌和食物抗原的免疫反应异常失调的结果。这项研究推进了对共生肠道微生物如何调节免疫力的理解,并为发现新药物识别靶点铺平道路。 

9)为了减少胰岛素配量所固有的危险,美国犹他大学一位生物化学家及其他科学家制备了一种持久的“智能”胰岛素——Ins-PBA-F,当血糖水平上升时它会自我激活。 

3、细胞生物学 

1)牛津大学和瑞典卡罗林斯卡研究所科学家带领的国际研究小组首次识别骨髓增生异常综合征患者中的肿瘤干细胞,为肿瘤干细胞的存在提供了确凿的证据。 

2)两个研究小组发明了两种不同的方法在实验室中培育出类似β细胞的细胞。哈佛干细胞研究所Doug Melton的研究人员以人类胚胎干细胞作为起点,第一次生成了满足细胞移植和医药用途所需的、大量的生成胰岛素的β细胞;哈佛大学干细胞和再生生物学系副教授Qiao ZhouMelton合作,采用基因在活体糖尿病成年小鼠中将胰腺外分泌细胞转变为了生成胰岛素的β细胞。这些成果朝着寻找到真正有效的糖尿病疗法迈进了一大步。 

 

  

β细胞 

3)国际顶尖杂志Cell Report研究发现低密度脂蛋白调节控制细胞迁移的机制。这一重大的发现解释了为什么癌细胞扩散到全身,对癌症研究具有重要意义。 

4)图宾根大学等处研究者成功开发出用于再生造血干细胞的人工骨髓,为揭示天然骨髓的必要特性以及开发治疗白血病的疗法提供了新的思路。 

5)日本国立成育医疗研究中心与埼玉大学同行合作,利用人类诱导多功能干细胞(iPS细胞),在世界上首次培养出了视网膜神经节细胞。 

6)军事医学科学院放射与辐射医学院研究所、第四军医大学西京医院、日本京都大学和华中农业大学兽医学院等处的研究人员表明:HBV抗原(HBsAg)编码区的CRISPR/Cas9可在体内和体外抑制HBV复制和表达,可能是HBV感染一种新的治疗策略。 

7)国家心肺血液研究所科学家首次在猴子机体中,利用来自其机体自身皮肤细胞的诱导多能干细胞(iPSCs)成功制造出了新生骨。 

4、人体与动物生理学 

1)美国德克萨斯大学奥斯汀分校和加州大学旧金山分校的科学家发现了一种致癌病毒如何击败人体的免疫应答。该发现可能有助于解释为什么某些疗法无法治疗特定类型的癌症以及研究更有效的疗法。 

2)杜克大学的研究人员首次在实验室中开发出了可以收缩并外界刺激产生反应的人类骨骼肌,这种人工骨骼肌可帮助进行药物的测试及研究。 

3)斯坦福大学医学院研究者近日揭开了衰老过程中肌肉损伤后自我恢复能力减弱的原因:随着年龄增长,肌肉组织中用于应对损伤修复的干细胞逐渐失去变成新生肌纤维的能力,几乎无法维持自我更新。 

4)中科院生物物理研究所和动物研究所的研究人员,鉴别出了CD146netrin-1的一个新型受体,并证实netrin- CD146信号在哺乳动物发育过程中促进了血管生成。 

5)美国研究者在小鼠中证实一种叫做GDF11的因子可以改善衰老小鼠的大脑和骨骼肌功能,为治疗阿尔茨海默氏症提供帮助。 

6)巴克研究所的研究人员通过对果蝇进行实验,发现改变其肠道中的细菌和吸收细胞之间的共生关系,可以促进果蝇的机体健康并有效延长寿命,这就为研究机体代谢异常提供了很好的研究模型,也为揭示肠道细菌作为延长机体寿命的重要作用奠定了研究基础。 

7)加州大学洛杉矶分校Jonsson综合癌症中心科学家发现病毒如何重新“设定”所侵入细胞的新陈代谢,以促进病毒持续在生物体内生长。这一发现可能对癌症治疗产生重要影响,甚至可能有助设计药物抑制引起普通感冒的病毒。 

8)国际杂志PNAS上一项研究表明,缺乏睡眠会影响人体的新陈代谢;此外,Cell Reports杂志发现如何通过饮食控制来调节生物钟,从而允许生物体适应地球的自转。 

5、进化生物学 

1)科学家发现在一种恐龙有羽毛,这种羽毛和现在的鸟羽毛接近。研究发现恐龙长羽毛可能比较普遍,这说明恐龙经过缓慢并持续非常长时间的进化,才逐渐进化成现在种类多,羽毛颜色鲜艳的鸟类。 

2)科学家通过对一个新的棘龙化石研究,证明这种恐龙不仅是最大的食肉恐龙,而且也是唯一会游泳的恐龙。


 

 

3)美国科学家通过从南极兰斯湖底800米冰下获得土和水的样本,研究发现南极存在不同微生物的生态系统。 

6、生物技术 

1)美国和沙特阿拉伯的研究人员开发出一种包含多层石墨烯材料,微米大小的微生物燃料电池(MFC),可以使用唾液或其他废液发电。 该电池几乎可以产生1µW能量,可能会在生物电子学如芯片实验室和现场即时诊断,得到广泛应用。 

 

微生物燃料电池(MFC)

2)美国IBM公司、高通公司、HRL实验室等机构的电脑工程师首次推出了大规模的“神经形态”芯片。这些芯片被设计成能够处理传感器数据(图像、声音等)以及根据未编程的数据变化做出反应。基于神经形态芯片的智能传感器和设备,可用于病情的智能监测,从而使得健康监测系统可以监测追踪病人的生命体征,及早发现潜在的风险,为病人提供个性化的治疗手段。 

320143月,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研发出一种新型柔性可穿戴仿生触觉传感器—人造仿生电子皮肤。 

4)美国哈佛大学艺术与科学学院、哈佛医学院和威斯生物工程研究所受树叶的启发,设计出利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统,通过使用催化剂使阳光将水分解为氢气和氧气,从而将二氧化碳加氢转化为液体燃料异丙醇。 

5)日本东京农工大学日前宣布,该校研究人员及其同行开发出了使木质素更加容易分解的新技术,有望大幅减少利用植物制作生物燃料(biofuel)和向大气排放的二氧化碳。