狗的嗅覺超乎想象；高效製備單晶有新方法 | 一週科技速覽_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2020-05-17 18:02
目 錄
1. 模擬禁食＋維C，能抗癌嗎？
2. 高效生長單晶新方法：納米滴液結晶
3. 免疫細胞製造的殺器：蛋白質“炸彈”
4. 遠古巨型病毒感染機制解密
5. 陽光下的“龍宮”，是彩色的
6. 狗狗鼻子的嗅覺極限
7. 高強度高韌性的新型“超級鋼”
8. 多任務並行處理會導致工作中產生負面情緒
01 模擬禁食+維C，能抗癌嗎？
近期一項研究發現，禁食模擬飲食（Fasting-mimicking diet，FMD）加上維生素C（Vit C），在小鼠模型中，可以延緩多種結直腸癌的進展，包括攜帶KRAS突變的難治性結直腸癌。這項研究發現在《自然·通訊》雜誌。
禁食模擬飲食並不是完全不吃，也不是所謂的“飢餓療法”，它是一種按週期進行的，以素食為基礎的低熱量飲食方式。此前研究發現，禁食模擬飲食有可能延緩癌症的進展，增強化療的療效，還能減輕正常細胞化療相關的副作用。另一方面，高劑量的Vit C可能有抗癌作用，但僅憑Vit C“單打獨鬥”，效果不理想。
在《自然·通訊》的這項研究中，研究者嘗試用禁食模擬飲食增強 Vit C 的抗癌作用，並在結直腸癌、肺癌、胰腺癌的小鼠模型中進行驗證。結果顯示，對這些癌症，聯合方案都有效果，對結直腸癌的效果最好。尤其是一種特殊類型的結直腸癌——有KRAS突變的結直腸癌。近一半的結直腸癌患者存在KRAS突變，這個突變會使癌症難治，即惡性程度高，生存率低。而禁食模擬飲食＋Vit C ，能夠降低人體內鐵蛋白（一種與鐵結合的蛋白）的水平，通過調節細胞內鐵離子水平和參與氧化應激的分子發揮抗癌效應。
主要研究者、南加州大學老年醫學院及長壽研究所的Valter Longo教授表示，研究首次展示了一種針對侵襲性癌症的低毒治療方法。不過，這些研究結果只是一項體外實驗，能否在人體上也實現這樣的效果，需要更多研究來進一步探索。
[1] DOI: 10.1038/s41467-020-16243-3
[2] http://www.sciencemag.org/content/early/2015/11/04/science.aaa5004.full
02 高效生長單晶新方法：納米滴液結晶
對於開發新藥製劑來説，能夠用極少量的藥物分子製備高質量的單晶是至關重要的。近日，英國研究人員在《化學》雜誌上發表了他們的研究結果，報道了他們新近開發的一種結晶方法，只需要幾毫克的化學物質就可以在幾天內獲得高質量的單晶。
這種方法的核心是從納米液滴中生長出小晶體。雖然在液滴中生長晶體已經不是什麼新鮮事了，但本文的創新之處在於使用惰性油來減少溶劑蒸發損失。通過使用這種被稱為“包封納米液滴結晶（ENaCt）”的新方法，研究人員可以將幾微克的化學物質溶解在幾納升的有機溶劑中，並利用自動化的方法，在幾分鐘內設置數百個參數不同結晶實驗，從而同時生長數百個單晶。研究顯示利用這種液滴結晶方法得到的單晶質量很高，能夠滿足現代X射線衍射分析要求。
研究人員表示，這種新方法有可能對許多學科產生深遠的影響。例如，通過對新分子（如天然產物或複雜合成分子）進行詳盡的晶體結構表徵，可以在基礎科學層面獲得許多新的知識。此外，這種方法可以快速獲得新的活性藥物分子的單晶，從而大大加速新藥開發。
[1] doi.org/10.1016/j.chempr.2020.04.009
[2] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/nu-cbc050820.php
03 免疫細胞製造的殺器：蛋白質“炸彈”
免疫系統的殺傷T細胞（也稱細胞毒性T細胞）絕非浪得虛名：它們能憑藉穿孔素等“彈藥”，殺死受感染的細胞和癌細胞。穿孔素是一種蛋白質，能刺穿靶細胞膜，隨後殺傷T細胞釋放的顆粒酶湧入靶細胞，讓細胞自殺。至於殺傷T細胞是僅負責噴出顆粒酶和穿孔素，還是依靠專門的結構將這些分子轉運至靶細胞，研究者之前尚不清楚。
為了尋找答案，牛津大學的科學家追蹤了殺傷T細胞釋放出的分子，發現殺傷T細胞會將這些分子裝進容器，就好像把“彈藥”裝進“炸彈”裏。這個容器被稱為“超分子攻擊顆粒”（SMAPs），它其實是一種細胞毒性多蛋白複合物。SMAPs“炸彈”由殺傷T細胞迅速釋放，能夠對癌細胞等靶細胞發起自主攻擊。可見，殺傷T細胞並不僅僅是釋放顆粒酶和穿孔素，還製作了一個複雜的容器來傳遞它們。相關研究已發表在《科學》雜誌。
為了模擬殺傷T細胞與靶細胞之間的相互作用，研究人員將T細胞置於類似細胞膜的結構上，結果SMAPs迅速出現在膜上，這表明T細胞在鎖定膜結構之後就釋放出了SMAPs。當研究人員將殺傷T細胞從膜表面拔出後，一些SMAPs存留下來，並能在長達一天的時間內繼續發揮殺死細胞的功效，就像分子“地雷”一樣。
通過分析“炸彈”中的“彈藥”，科學家發現，SMAPs除了含有穿孔素和顆粒酶以外，還包含280多種其他蛋白質，例如能夠吸引免疫細胞並控制其行為的分子。未來的研究或能揭示SMAPs是否也承擔了細胞間交流等更多功能。
[1]www.sciencemag.org/news/2020/05/immune-cells-blast-infections-and-cancer-protein-bombs
[2] https://science.sciencemag.org/content/early/2020/05/06/science.aay9207
04 遠古巨型病毒感染機制解密
近年來，從西伯利亞的永久凍土到南極冰層下，科學家們均發現了一些神秘的史前巨型病毒。這些病毒的規模和複雜性顛覆了人們對病毒的常規認知。它們的直徑大於300納米（鼻病毒只有30納米），且帶有複雜的基因組擁有堅固的外殼，能夠抵禦惡劣環境。西伯利亞所發現的巨型病毒甚至在多年凍土中保存了3萬年後仍具有感染能力，但對於巨型病毒如何進入宿主細胞目前依然未知。
近日，美國和巴西的研究人員利用結構和組學技術表徵了巨型病毒感染的初始階段，分析了巨型病毒感染細胞的關鍵過程。藉助先進的成像技術，研究人員開發了一種用於研究巨型病毒的可靠模型，並且首次鑑定和表徵了負責協調感染的幾種關鍵蛋白，發現誘發病毒感染的三大環境條件：低PH、高温和高鹽。該項研究成果已於2020年5月8日在線發表於《細胞》。
研究人員通過冷凍電鏡（cryo-EM）、冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）和掃描電鏡（SEM）觀察到了巨型病毒中擬菌病毒（Mimivirus）屬的Samba病毒的四種感染中間體。這四種中間體均反映出與體內發生的階段相似的形態，他們發現病毒基因組釋放階段在其他擬菌病毒中是保守的。通過差異質譜，研究人員還鑑定出了從Samba病毒和新發現的Tupan病毒中釋放的蛋白質。
這項研究不僅拓展了人們對病毒學的理解，同時敲響了人類生態環境的警鐘。雖然目前依然不確定巨型病毒是否能夠感染人類，但這無疑將會是病毒學家未來重點關注的話題。
[1] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/msu-nss050820.php
[2] doi:10.1016/j.cell.2020.04.032
[3] msutoday.msu.edu/news/2020/new-study-shines-light-on-mysterious-giant-viruses
05 陽光下的“龍宮”，是彩色的
在日本民間傳説中，海龍王住在色彩斑斕的海底龍宮，而在太陽系距地球約3.4億公里外，也有一座“龍宮”——近地小行星162173該小行星於1999年首次被發現， 2015年被正式命名為“龍宮”（Ryugu），取自日本兒童熟悉的傳説。日本隼鳥2號項目團隊最新發表在《科學》雜誌的報告表明，天上的“龍宮”也色彩鮮明。
“龍宮”直徑約1千米，中心膨脹，形似陀螺，運行軌道位於地球和火星之間。2014年日本發射了隼鳥2號太空飛船一探“龍宮”，於2019年11月完成探測返回地球。雖然收集好樣本的隼鳥還在歸途，但傳回的數據已經開始幫助科學家瞭解小行星的起源和演化。
地面團隊接收到傳回的高分辨率圖像和視頻後，調查了樣本週圍以及整個龍宮的地層學特徵，發現大量紅色物質，並且地表顏色呈緯度變化，遠觀為紅藍相間效果（見下圖）。研究人員推測：龍宮曾在太陽附近發生軌道偏移，和太陽短暫地近距離接觸，從而被加熱發紅。從赤道開始往中緯度的撞擊事件、熱疲勞以及質量浪費，讓下層的藍色物質逐漸顯露在外。在太空風化作用下，不斷加深，最終變成了如今隼鳥看到的色彩效果。
儘管這種推測不能解釋全面觀測所揭示的含水礦物的低丰度，但隼鳥2號預計於今年年底返回地球，研究人員將有望從其攜帶的樣本搜尋答案，這裏面可能還藏着太陽系形成以及內行星的形成與演化的歷史。
[1] news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/5/439576.shtm
[2] science.sciencemag.org/content/368/6491/654
06 狗狗鼻子的嗅覺極限
狗的鼻子非常靈敏，檢測可燃性液體對它們來説完全不在話下。不過，此前的研究一直沒有定量證明狗狗在這方面的能力極限。近日，阿爾伯塔大學的一項最新研究表明，訓練有素的狗狗可以嗅出含量只有相當於一茶匙的十億分之一的汽油。這項研究指出了狗狗嗅覺靈敏程度的極限，對於縱火案件的調查工作以及法庭定罪有着重要意義。
“我們可以讓狗狗來指認含有可燃性液體痕跡的殘餘物，從而坐實蓄意縱火的假設。”阿爾伯塔大學化學系的研究生，論文的第一作者、曾在加拿大皇家騎警隊工作了6年的Robin Abel解釋道。“當然，狗的嗅覺不能作為呈堂證供，所以狗狗指認的殘餘物必須帶回實驗室進行分析檢測。”
可是，狗的嗅覺比傳統的實驗室檢測技術要靈敏得多。類似的案例屢見不鮮——狗標示出殘餘物裏有可燃性液體，實驗室檢測結果卻説沒有。顯然，實驗室檢測技術在靈敏度方面“跟不上”狗狗的偵察水平。因此研究人員提出了一種檢測靈敏度的實驗方案，使用多孔瓷磚以及不會刺激狗狗的溶劑定量實驗。實驗室檢測技術必須將靈敏度提高到一定的基準，才能分析得了來自狗狗的指認證據，而這個基準就是狗狗嗅覺的靈敏度的極限。
那麼，這個極限在哪裏呢？換句話説，狗能檢測出多麼微小的汽油含量呢？“在這項研究中，狗能檢測5皮升（5×10^（-15）立方米）汽油。” 阿爾伯塔大學化學系副教授、埃布爾的導師James Harynuk補充道，“這鼻子太靈了！”
[1] doi.org/10.1016/j.forc.2020.100230
07 高強度高韌性的新型“超級鋼”
自人類進入鋼鐵時代以來，強度、韌性、延展性就成了鋼材的關鍵參數，但三者往往不可兼得，如高強度意味着低延展性。因此在材料科學和工業生產中，同時提升鋼材的這3個參數一直是一個挑戰。
2020年5月初，鋼材料的研究取得了突破。香港大學和勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）合作研發出一種稱之為“超級鋼”的材料，在強度、韌性、延展性的綜合表現遠超當前其他金屬材料（如下圖中D&P Steel，箭頭處）。
其所以被稱為D&P鋼，是由於加工時採用了一種新的形變 (deform)、定位 (position) 方法。該方法會使內部呈現出獨特的斷裂方式，即主裂紋下方形成多個微裂紋，這些微裂紋能吸收大量外加能量，從而大幅提高韌性，這種機制被該團隊稱為“晶界分層開裂增韌”。
超級鋼的優點有兩個一是原料成本低，超級鋼的成分除了鐵還含有10%錳、0.44%碳、1.87%鋁、0.67%釩：均為鋼材中常見合金元素，原料成本只有航空用馬氏體鋼 (maraging) 的20%.二是，合成工藝簡便，通過常見熱軋、温軋、冷軋、熱處理便可加工而成，因此具備工業集成的潛力。基於這些優點，超級鋼的應用前景十分廣泛，包括超強防彈衣、橋樑電纜、輕型汽車和軍用車輛減重、航空航天、建築行業的高強度連接件等。
[1] www.hku.hk/press/news_detail_16681.html
[2] https://www.hku.hk/f/upload/21011/Press%20Conference-MX%20Huang-Steel-0512.pdf
[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/tuoh-hss051220.php
[4] DOI: 10.1126/science.aba9413
08 多任務並行處理會導致工作中產生負面情緒
對於上班族來説，上一時刻在撰寫文檔，下一時刻已經跳到回覆郵件，這是再正常不過的“多任務並行處理”模式。美國休斯頓大學、加州香檳分校和德州農機大學的一項聯合研究發現，這種持續的“打斷式“工作會導致員工的沮喪和恐懼。這項研究的作者Ioannis Pavlidis認為，多任務並行處理的工作經歷不僅讓員工感到壓抑，而且這種情緒還寫在員工的臉上，進而導致整個辦公室充滿了負面的情緒。
研究人員利用新的算法，基於共生矩陣來分析26位白領員工（knowledge workers）在簡單文檔撰寫工作中的面部表情。參與實驗的員工分為兩組，第一組員工只受到有限的“分心”，他們在開始文檔撰寫工作時回覆一堆郵件；第二組員工則會在撰寫文檔的時候，不斷受到新郵件的打擾，並被告知儘快答覆。
研究發現，第二組員工心理負擔增加，明顯比第一組員工顯得更沮喪，而且他們的面部表情中也混有一絲恐懼，可能是因為對馬上要到來的“打斷”感到恐懼。而第一組員情緒基本正常，他們在處理郵件環節時會有生氣的表情，好在這種情緒不會持續太長。研究人員認為，可能是因為他們意識到一下子要處理這麼多郵件而感到生氣。對此文章建議，若回覆郵件是唯一剩下的任務，那麼就把這個任務安排到最後。不過，這個建議在目前的工作壓力下恐怕不那麼現實。
多任務並行處理幾乎成為現代工作必然要求，但在開放式辦公的環境下，寫在臉上的負面情緒會想打哈氣一樣在辦公室裏“傳染” ，可能會對工作以及企業文化產生影響。因此研究人員建議在疫情後組織更有凝聚力的工作環境。同時，他們也感興趣疫情期間家工作時人們的情緒，這將是一個有意思的問題。
[1] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/uoh-mit051120.php
[2] https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3313831.3376282
撰文 | 葉譯楚、太閣爾、韓若冰、顧舒晨、小葉、顧淼飛、夏春秋、楊凌
編輯 | 劉辛味、小桃