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銀河中心一團(tuán)氣體云正向超質(zhì)量黑洞運(yùn)動(dòng)

黑洞概念的科學(xué)提出是在一個(gè)世紀(jì)前,如何從觀測(cè)上證明黑洞的真實(shí)存在是現(xiàn)代天體物理學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。1974年2月發(fā)現(xiàn)的射手座射電源SgrA*被認(rèn)為是位于銀河系中心的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的位點(diǎn)，質(zhì)量約為400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，距太陽(yáng)系約26,000光年。SgrA*所占區(qū)域的直徑只有1.5億公里，由此推斷出的最小質(zhì)量密度比任何目前已知的黑洞候選者的密度都要大了一萬(wàn)億倍以上。SgrA*因距離最近，而被公認(rèn)為是研究黑洞物理的最佳目標(biāo)。最近，恒星軌道研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)以每秒1,700公里的速度向SgrA*移動(dòng)的物體。該物體低溫和光譜特性表明這是一團(tuán)正落入黑洞的質(zhì)量為地球三倍的離子氣體塵埃云。模型預(yù)測(cè)云團(tuán)越接近黑洞，x射線輻射將變得越明亮。如果云團(tuán)破裂并且氣體進(jìn)入黑洞，在幾年內(nèi)將出現(xiàn)巨大的輻射耀斑。本期封面是流體動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)2025年被破壞的氣體云團(tuán)與熱吸積流的相互作用。

半胱氨酸甲基化修飾破壞NF-kB信號(hào)通路中泛素鏈信號(hào)的活性

通過(guò)三型分泌系統(tǒng)分泌效應(yīng)分子進(jìn)入真核細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而阻斷或調(diào)節(jié)宿主關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是許多病原菌普遍采用的致病機(jī)制。尋找效應(yīng)分子在宿主細(xì)胞中的靶蛋白并闡明其作用于靶蛋白及相關(guān)信號(hào)通路的生物化學(xué)機(jī)理對(duì)我們了解病原菌致病機(jī)理和建立有效防治手段有著重要的意義。同時(shí)，這也可能促進(jìn)我們對(duì)真核細(xì)胞本身信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的進(jìn)一步理解。

許多病原細(xì)菌在感染過(guò)程中都能有效地抑制宿主細(xì)胞中起抗感染作用的NF-kB炎癥反應(yīng)信號(hào)通路的激活。北京生命科學(xué)研究所邵峰課題組一直對(duì)病原菌如何拮抗宿主炎癥信號(hào)通路的分子機(jī)制感興趣。腸致病性大腸桿菌對(duì)NF-kB信號(hào)通路的抑制作用依賴于其三型分泌系統(tǒng)分泌的NleE效應(yīng)蛋白。在這項(xiàng)研究中，研究人員首先通過(guò)一系列的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NleE能直接作用于宿主細(xì)胞中NF-kB信號(hào)通路中的關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子TAB2/3。在正常的由細(xì)菌感染所誘導(dǎo)激活的NF-kB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，TAB2/3的功能是通過(guò)感受來(lái)自上游Toll樣受體復(fù)合物產(chǎn)生的泛素鏈信號(hào)，從而激活TAK1-TAB1-TAB2/3復(fù)合物中TAK1分子的激酶活性并實(shí)現(xiàn)對(duì)下游信號(hào)通路的激活。TAB2/3感受泛素鏈信號(hào)的功能是通過(guò)其C端保守的鋅指結(jié)構(gòu)域（NZF domain）直接結(jié)合泛素鏈而實(shí)現(xiàn)的。在進(jìn)一步的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析中，研究發(fā)現(xiàn)NleE效應(yīng)蛋白具有一種全新的甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，這種甲基轉(zhuǎn)移酶能特異性地修飾TAB2/3鋅指結(jié)構(gòu)域中一個(gè)螯合鋅離子的半胱氨酸。這種新穎的修飾作用導(dǎo)致NZF結(jié)構(gòu)域中鋅離子的離去和該結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化。無(wú)論是在體外的重組實(shí)驗(yàn)還是腸致病性大腸桿菌感染的細(xì)胞中，被NleE效應(yīng)蛋白甲基化修飾的TAB2/3都徹底喪失了結(jié)合泛素鏈的功能。這些實(shí)驗(yàn)有力地說(shuō)明了NleE確實(shí)是通過(guò)甲基化修飾TBA2/3鋅指結(jié)構(gòu)域中的半胱氨酸而實(shí)現(xiàn)對(duì)宿主NF-kB信號(hào)通路的抑制作用的。

這項(xiàng)研究不僅揭示了一種新的病原菌效應(yīng)蛋白阻斷宿主炎癥信號(hào)通路的機(jī)制，更為重要的是，這篇文章也首次報(bào)導(dǎo)了半胱氨酸甲基化作為一種新的翻譯后修飾在調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。鑒于鋅指結(jié)構(gòu)域是一種最為廣泛存在的結(jié)構(gòu)域，同時(shí)正是由于鋅離子的螯合作用才使得TAB2/3中的半胱氨酸能夠被NleE所甲基化，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)也暗示真核細(xì)胞本身的蛋白也很有可能存在半胱氨酸甲基化這種翻譯后修飾和調(diào)控機(jī)制。另外，最近在NF-kB信號(hào)通路的研究中存在一個(gè)到底是線性泛素鏈還是Lys63連接的泛素鏈哪個(gè)更為重要的爭(zhēng)論，鑒于TAB2/3只感受Lys63連接的泛素鏈并且NleE對(duì)NF-kB通路中的其它泛素鏈結(jié)合蛋白沒(méi)有修飾作用，這項(xiàng)工作從一個(gè)獨(dú)特的角度說(shuō)明了Lys63連接的的泛素鏈確實(shí)對(duì)NF-kB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。

艾滋病毒侵襲機(jī)制：T細(xì)胞分化因子調(diào)控HIV-1Vif介導(dǎo)的宿主防御逃脫

HIV分為兩種亞型，HIV-1和HIV-2，世界上大部分艾滋病患者都是由HIV-1感染的。人體都有一個(gè)抗HIV的天然防御系統(tǒng)，不過(guò)HIV病毒利用自身的蛋白（Vif）把這個(gè)屏障給破壞掉了，所以病毒可以復(fù)制。HIV-1Vif是由保守的vif基因編碼的磷酸化蛋白, 它在產(chǎn)生感染性的病毒顆粒中起主要作用。Vif蛋白不能表達(dá)或其功能受到限制,會(huì)很大程度上減少病毒顆粒的產(chǎn)生。吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院于曉方教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)找到了與病毒蛋白相互作用的宿主體內(nèi)的T細(xì)胞分化因子CBF-β，并闡述了其與HIV Vif相互作用。CBF-β因子在病毒侵襲和復(fù)制過(guò)程中有著重要的調(diào)控作用，可以說(shuō)是宿主天然防御系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，艾滋病毒就是通過(guò)它突破了宿主天然防御系統(tǒng)完成復(fù)制的。在沒(méi)有CBF-β存在的情況下，病毒無(wú)法抵抗宿主體內(nèi)的天然抗病毒因子，從而無(wú)法完成復(fù)制。該項(xiàng)研究揭示了一個(gè)全新的艾滋病毒逃避機(jī)制，如何把這個(gè)逃避機(jī)制封閉住，使宿主體內(nèi)的天然防御系統(tǒng)重新恢復(fù)作用，是今后抗病毒研究的一個(gè)新靶點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)為新型的抗H I V抑制劑的發(fā)明提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)為艾滋病雞尾酒療法添加藥物新成員開(kāi)辟了新的方向，對(duì)HIV的治療具有重大意義。

圖1、V if誘導(dǎo)的A P O E C3G泛素化需要CBF-β因子。APOBEC3G能作為抑制分子阻止病毒到達(dá)其目的地。

狩獵-采集者間的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作

坦桑尼亞北部的Hadza人與現(xiàn)代社會(huì)幾乎是完全隔絕的，這個(gè)以狩獵和采集果物為生的流動(dòng)部落人口只有750人。一個(gè)典型的Hadza群體由十多名男女及兒童組成。人類定居并飼養(yǎng)動(dòng)物、耕作農(nóng)田的經(jīng)驗(yàn)只有約11,000年的歷史，而在此之前的漫長(zhǎng)歲月里，所有人類都像Hadza人一樣以狩獵和采集為生。因此當(dāng)人類學(xué)家需要考察早期人類的生活形態(tài)，特別是社會(huì)分工以及部落間的合作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系時(shí)，Hadza人為研究者提供了寶貴的材料。提出“祖母假說(shuō)”的幾位人類學(xué)家正是國(guó)際上研究Hadza人的權(quán)威。對(duì)Hadza人社會(huì)網(wǎng)絡(luò)所做的一項(xiàng)新的研究工作（將他們彼此之間的關(guān)系及他們合作的傾向性進(jìn)行量化）表明，現(xiàn)代化社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的主要特征，如“傳遞性”和“對(duì)同類之愛(ài)”，也見(jiàn)于Hadza人。而且，社會(huì)關(guān)系更可能在公共財(cái)產(chǎn)游戲中具有相似捐出水平的個(gè)體間產(chǎn)生，Hadza人部落的表現(xiàn)是：群體間合作的變化大，群體內(nèi)合作的變化小。這些結(jié)果綜合起來(lái)，提供了迄今最有力的證據(jù)，證明人類社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的這些關(guān)鍵特征反映了我們具有共同的祖先，并且可能是在人類歷史中早期的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上形成的。本期封面圖片：兩名正在采摘漿果在采摘漿果的Hadza婦女。

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蠟燭煙灰作為透明強(qiáng)化超疏水材料涂層的模板

涂層是調(diào)整材料表面特性的重要一步?；诩{米和微米尺度上低能表面和粗糙度，研究人員已開(kāi)發(fā)出了接觸角大于150o、滾動(dòng)角小于10o的超疏水涂層。然而，這些疏水表面仍然會(huì)被有機(jī)溶液浸潤(rùn)，如表面活性劑溶液、乙醇或烷烴，沒(méi)有涂層能同時(shí)具有超疏水性和超疏油。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種容易制作的、透明、可反彈油滴的超疏水涂層。以25nm厚的硅殼包裹蠟燭煙灰多空沉淀。600oC煅燒后，黑色涂層變得透明。硅化后，涂層具有超疏水性。在被沙子沖擊破壞表層后，涂層依然可以保持超疏水性。這種價(jià)格低廉且容易規(guī)?；募夹g(shù)可應(yīng)用于觸摸屏或眼鏡等的防指紋涂層。本期封面：一只燃燒的蠟燭。

圖2（右）、多種形態(tài)的多空結(jié)構(gòu)。（A）樣品準(zhǔn)備，將載玻片置于蠟燭火焰中直至沉積幾微米厚的煙灰。（B）煙灰沉積物的掃描電鏡圖像。（C）高解析度掃描電鏡圖像顯示，一個(gè)顆粒鏈由若干直徑40±10nm的圓形碳株組成。（D）包裹硅殼后的掃描電鏡圖像。（E）600oC加熱2小時(shí)移除碳核后，一個(gè)顆粒簇的高解析度掃描電鏡圖像。（F）煅燒后的顆粒簇的高解析度掃描電鏡圖像，硅涂層內(nèi)的空洞，這些空洞煅燒前為碳核心，硅殼厚20±5nm。

圖3（下）、超疏水表面。（A）2微升水滴，接觸角165o±1o。（B）5微升十六烷滴，接觸角156o±1o。（C）沉積在分形復(fù)合材料表面液滴的示意圖。（D）十六烷滴在超疏水表面上彈跳的時(shí)間解析圖。

信天翁分布和生活史的變化

本期封面是一只遷徙途中的年輕信天翁正快速掠過(guò)南半球大洋海面，信天翁借助于海風(fēng)高效遷移。最近，南半球大洋上西風(fēng)帶的變得更強(qiáng)了，并向南極移動(dòng)。長(zhǎng)期的觀察記錄顯示，海風(fēng)變化使得信天翁能夠更快的遷移并且其覓食范圍也向南移動(dòng)。因此，信天翁的覓食周期縮短，繁殖成功率提高，并且鳥(niǎo)體重也增加了1公斤，這對(duì)信天翁的繁殖和保護(hù)產(chǎn)生了積極的作用。如果南半球西風(fēng)帶的變化與預(yù)測(cè)氣候情況一致，那么這些由氣候變化產(chǎn)生的積極效果可能都是暫時(shí)的。本項(xiàng)研究還強(qiáng)調(diào)覓食的重要性在于其為環(huán)境變化和繁殖過(guò)程間的關(guān)鍵聯(lián)系。

褐海藻直接生產(chǎn)生物燃料

本期封面是智力奇洛埃島沿岸1米深海中巨大的褐藻（Macrocystispyrifera）。海藻通過(guò)生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物燃料和日用化學(xué)品的主要障礙是缺乏能夠代謝褐藻多糖的微生物。最近，研究人員從燦爛弧菌（Vibriosplendidus）中發(fā)現(xiàn)了編碼海藻多糖運(yùn)輸和代謝酶的基因片段。通過(guò)基因工程將該基因構(gòu)建成細(xì)胞外海藻聚糖降解系統(tǒng)，構(gòu)建出一個(gè)可以同時(shí)降解、攝取和代謝海藻糖的微生物平臺(tái)，進(jìn)而構(gòu)健成乙醇合成系統(tǒng)。該平臺(tái)可以固態(tài)工藝直接將褐藻轉(zhuǎn)化為生物乙醇，每噸干褐藻可以產(chǎn)0.281噸乙醇，相當(dāng)于褐藻中所含糖的最大理論產(chǎn)量的80%。

神經(jīng)系統(tǒng)外朊病毒更易在不同物種間傳遞

本期封面是一張朊病毒的錯(cuò)色透射電鏡圖像（約150nm長(zhǎng)，10nm厚）。朊病毒是一種傳染性病原體，能引發(fā)動(dòng)物和人類的致死性腦部疾病。主要由一種PrPSc蛋白組成，PrPSc蛋白是宿主錯(cuò)誤折疊的PrPC蛋白。人們一直認(rèn)為存在一種PrPC與PrPSc之間限制性立體相互作用使朊病毒具有物種特異性，并限制朊病毒在物種間傳播，包括人類。最新研究表明，雖然跨物種朊病毒傳染可能在大腦中沒(méi)有任何可見(jiàn)的致病跡象，但是淋巴組織卻極易受到了感染的損害。最近，研究人員比較了綿羊和人類PrP轉(zhuǎn)基因小鼠大腦和淋巴組織復(fù)制其它物種朊病毒的能力。淋巴組織總是比大腦更容易容納朊病毒顆粒，造成慢性消耗性疾病和牛海綿狀腦病。朊病毒會(huì)聚集在脾臟內(nèi)，如果出現(xiàn)損傷，病毒向腦轉(zhuǎn)移的障礙被突破，宿主很有可能會(huì)患病。因此，朊病毒的跨物種傳播可能具有明顯的組織依賴性?？赡芨嗟膭?dòng)物和人類可能攜帶這種疾病。

圖4、倉(cāng)鼠Sc237朊病毒向攜帶綿羊PrP基因tg338小鼠（白色）和倉(cāng)鼠PrP基因tg7小鼠（灰色）轉(zhuǎn)移的示意圖。