【1】合成生物學：一個用來控制轉基因生物的內置毀滅開關

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms7989

Nature Communications在線發表的一篇論文介紹了一個基于CRISPR的內置器件，它設計用來專門破壞轉基因生物的特定DNA序列。控制特定DNA序列的破壞，可能會具有從防止轉基因生物的釋放到幫助保護生物技術公司的知識產權以防其被盜的很多用途。

對轉基因微生物的潛在釋放的擔心已促使人們開發出各種方法來誘導細胞死亡，但這些方法經常都忽略了有關DNA向環境中釋放的問題。DNA的穩定性與測序技術的發展相結合意味著，遺傳信息即便是在用嚴苛方式處理來對設備進行消毒之后也有可能是可以恢復的。當前設計用來以DNA為作用目標的系統專注于對整個基因組的破壞，而這樣會使宿主生物無法存活。

Brian Caliando和Christopher Voigt設計了一種基于CRISPR的器件，它被穩定地集成到了宿主細菌的基因組內，以用戶自定義的DNA序列(如質粒上攜帶的外來基因)為作用目標。該器件被置于一種可誘導的控制之下，這樣可以在特定時間或在特定條件下促使其激發。該系統能夠高效地定位和破壞想要破壞的DNA序列，同時又不會對宿主生長或代謝產生能夠感受到的負擔。

【2】遺傳學： 青銅器時代歐洲男性的流動

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms8152

本期Nature Communications上發表的一項研究表明，歐洲現代人口是由青銅器時代男性特定的廣泛擴張驅動的。這項研究有助于了解現代歐洲人的起源，并將人們的關注點聚焦在了青銅器時代歐洲的社會結構上。

現代歐洲人口的起源和歷史長短存在很大爭議，新石器時代的農民和舊石器時代的狩獵-集采者所做的相對貢獻沒有被確定。現在，Chiara Batini及同事對17個歐洲和中東人群的Y-染色體上男性特定區域的一部分進行了測序，其結果顯示，歐洲曾經歷過一次最近的、迅速的、整個大陸范圍的人口擴張，這次擴張是新石器時代之后發生的。具體來說，父系分支(通過父系追溯確定的后代群體)顯示在青銅器時代發生過一次擴張，其開始時間在距今2000年和4000年間的某個時候。

青銅器時代早期是一個發生了迅速和廣泛變化的時期，以喪葬方式的變化、騎馬的流傳和武器的發展為特征。作者提出，與這些實踐相關的由男性驅動的社會選擇有可能導致了所觀察到的一些模式，但還需要進行遠古DNA研究來澄清這一點。

【3】疾病：預測阿爾茨海默氏癥的病情發展

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms7760

發表在Nature Communications上的一項研究報告說，較高水平的鐵蛋白(一種鐵存儲蛋白)與認知能力下降有關，并且能預測一位有輕度認知障礙的患者的狀況是否將會繼續發展成阿爾茨海默氏癥。

鐵含量的升高以前曾在阿爾茨海默氏癥患者的腦中看到過，但阿爾茨海默氏癥患者腦中的鐵狀態與臨床后果之間的聯系尚未被確定。Ashley Bush及同事對在302人的腦脊髓液中檢測到的鐵蛋白水平與七年間各種后果之間的聯系進行了分析。所有這些人都是“阿爾茨海默氏癥神經成像項目”(ADNI)的潛在臨床研究對象群體的一部分。

作者發現，認知能力正常的參加者、有輕度認知障礙的參加者和阿爾茨海默氏癥患者的鐵蛋白水平與認知表現之間都存在一個負相關。作者能根據鐵蛋白水平來預測輕度認知障礙向阿爾茨海默氏癥的轉化。鐵蛋白與阿爾茨海默氏癥的生物標記“阿樸脂蛋白E”的水平強相關，攜帶阿爾茨海默氏癥風險變異體APOE-ε4的人鐵蛋白水平升高。

這些研究將APOE-ε4變異體與腦中的鐵水平聯系了起來，并且還可能為這種突變怎樣造成向阿爾茨海默氏癥發展的風險指出了可能的機制。該研究還支持通過降低腦中的鐵水平來治療阿爾茨海默氏癥的治療方案的實施，但這一點還需要在未來的研究中進行探索。

【4】衰老： 讓老骨頭恢復年輕活力

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms8131

本期Nature Communications上發表的一篇論文報告說，年輕的(而不是老的)的血細胞分泌的一種分子能加快老的小鼠的骨折愈合。雖然該分子的確切的化學性質仍有待識別，但這項研究卻有可能幫助解釋為什么老的個體的骨折需要更長時間愈合，并且為促進骨折愈合的藥物的開發指出了一條潛在途徑。

組織的修復能力會隨年齡的增長而下降，這一點體現在老者的骨折需要更長時間愈合上，但我們對造成愈合能力隨年齡下降這種現象的分子機制并不完全了解。

Benjamin Alman及同事現在發現，年輕小鼠的循環血細胞分泌一種能提高骨細胞再生能力的分子。他們通過將年輕小鼠和年老小鼠的循環連接起來并進行骨髓移植(這使他們能夠顯示一種特定的分子——它可以是一種化學物質，也可以是一種小蛋白——只是從年輕的血細胞分泌出來的)確定了這一點。這種分子通過降低被稱為“成骨細胞”的骨細胞中信號作用分子“beta-catenin”的水平來發揮作用，作者發現這一點與具有更高密度的新骨頭的形成有關。

【5】營養學：是什么讓零食如此誘人？

Scientific Reports DOI：10.1038/srep10041

《科學報道》上發布的一項針對大鼠的小型研究顯示，零食中脂肪和碳水化合物的相對水平在促進食欲方面有重要作用。但還不清楚是否會引起過量的食物攝入。

高熱量，高脂肪，高碳水化合物的食物可能引起超過正常吃飽肚子需求的食物攝入，這會增加熱量的攝入導致體重增加。根據以前給大鼠喂薯片的研究，科學家們認為零食這類食物會調節大腦獎賞系統的活動。有假說認為，熱量可能是零食好吃和讓大腦獲得獎賞感的關鍵，讓你吃的更多。然而，Monika Pischetstrieder 和她的研究團隊發現，是脂肪和碳水化合物的比例，而不是熱量的絕對值，讓大鼠覺得一些食物更好吃。

總共18只大鼠被給予了標準鼠糧或者含有不同脂肪和碳水化合物含量的食物進行測試。研究顯示食物的脂肪和碳水化合物比例最接近薯片時最可口，并且會影響同獎勵和上癮有關的大腦區域的活動模式，雖然效果沒有以前觀察到的直接喂薯片那么強。因此作者們認為，攝食行為可能也受到零食中其他成分（而不只是熱量）的影響。

【6】遺傳學：人類基因表達的季節性變化

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms8000

據本期Nature Communications上發表的一篇論文，人類基因表達隨季節變化。這些變化（它們在北半球和南半球表現出相反的模式）似乎會影響人體健康，并且有可能幫助解釋為什么某些傳染病和慢性病會表現出季節性特點。

人們已經很清楚，某些“節律”基因的表達會按24小時周期升高和降低，這些基因也是哺乳動物免疫反應的一個主要調控因子，但季節是否會影響基因表達卻很不清楚。通過研究來自若干個可以公開獲得的數據集的遺傳數據，John Todd、Chris Wallace及同事現在發現，全部基因中大約四分之一在表達上有顯著季節性差異，血液中的各種免疫細胞的相對組成也隨季節變化。

他們發現，在歐洲的冬季，其模式是促炎性的，血液中檢測到的與心血管病和自身免疫病相關的蛋白水平增高。生活在西非的人在6月和10月間當雨季來臨、瘧疾和其他傳染病更流行時其季節性細胞類型也出現一個高峰。作者提出，他們的數據改變了應當對人類免疫進行概念化的方式，同時還表示，它也有可能被用來幫助決定免疫接種計劃的時間，以使這些計劃能夠在它們最有效的時候進行。

【7】疾病：了解風濕性關節炎的發病機制

Nature Communications DOI：10.1038/ncomms7681

本期Nature Communications上發表的一篇論文提出了微生物感染可能觸發風濕性關節炎(一種自體免疫疾病)的一個潛在機制。

風濕性關節炎(影響關節的一種慢性病)是當免疫系統攻擊身體時出現的。遺傳已知在其中起一定作用，免疫系統相關的基因所存在的差異使一個人易患這種病、或保護其不患這種病。以特定“瓜氨酸化”的蛋白為目標的自身抗體(以一個人自己的蛋白為目標的抗體)在風濕性關節炎患者中普遍存在。“瓜氨酸化”的蛋白是名為“精氨酸”的氨基酸已被轉化成名為“瓜氨酸”的氨基酸的蛋白。

René Toes及同事現在發現，這些“瓜氨酸化”的蛋白中一種被稱為“粘著斑蛋白”的蛋白(見于風濕性關節炎患者的關節中)被自身抗體和免疫系統的細胞當成目標。作者發現，免疫反應不會在攜帶某種保護性基因變異體的風濕性關節炎患者身上發生。他們還發現，T-細胞能夠識別“粘著斑蛋白”分子內一個特定的氨基酸序列，該分子也見于很多微生物。這一發現，連同來自以前研究工作的其他方面的證據，說明微生物在該疾病的發病過程中可能扮演一個角色。

【8】神經科學： 隱身的感覺如何？

Scientific Reports DOI：10.1038/srep09831

本期Scientific Reports上發表的一項研究表明，隱身的體驗可以降低站在觀眾面前時的社會焦慮反應。這項研究為隱身的感覺如何提供了一個實驗模型，也表明這種體驗會影響身體的自我感知和社會認知。

隱身設備方面的最新進展導致人們猜測，人體的隱身在將來也許會成為可能，這便提出了關于隱身會怎樣改變身體感知和認知反應的問題。為了回答這些問題，ArvidGuterstam及同事招募了125名志愿者，用虛擬現實來產生隱身的幻覺。實驗對象頭上戴著顯示器，當他們朝下看自己的身體時這種顯示器能投射出啥都沒有的一個空間的圖像。實驗人員用一個毛刷碰觸實驗對象的身體，顯示器同時會顯示處在啥都沒有空間相應位置的毛刷。實驗對象反映，他們感覺自己的身體像是中空的、透明的，這表明隱身幻覺是成功的。

然后，研究人員讓實驗對象處在虛擬的社會性壓力狀況下——站在一群陌生人面前。實驗對象被分成兩組：給其中的一組顯示隱身的幻覺，給另一組顯示代替他們自己身體的一個身體的圖像。結果表明，前一組的心率和主觀壓力水平都比后一組低。

【9】昆蟲和脊椎動物的遞歸性剪接

Nature doi： 10.1038/nature14466

我們對真核基因組中最長基因被準確處理的機制很不了解。過去人們認為，內含子清除通常涉及單一的切除步驟。后來的研究顯示，在果蠅中，一些內含子含有內部剪接點，它們會引起 “遞歸性剪接”，即單個內含子是在幾個連續的剪接反應中一點兒一點兒被清除的。Brenton Graveley及同事發現，果蠅這一調控機制的范圍要比人們所意識到的大得多。他們識別出果蠅的近200個“零核苷酸”外顯子，這些外顯子是“遞歸性剪接”的產物。JernejUle及同事識別出了脊椎動物的 “遞歸性剪接”點，尤其是在編碼在神經發育中所涉及的蛋白的長基因中。對它們剪接的機制所做分析顯示，這樣的剪接點可以被用來指令不同的mRNA異構型。

【10】超級增強子和干細胞可塑性

Nature doi：10.1038/nature14289

成年干細胞能夠沿一個細胞系分化，并能暫時離開它們的原始小環境，同時保持其可塑性。在這項研究中，Elaine Fuchs及同事在細胞系發展過程中和在干細胞處于它們小環境之外、暴露于一個新環境時兩種情況下，對小鼠毛囊干細胞中的超級增強子和染色質動態進行了活體分析。先驅因子(pioneer factor) SOX9 (直接與凝聚染色質結合的一種轉錄因子)被發現在促進和維持細胞命運中是毛囊干細胞的超級增強子的一個關鍵調控因子。

【11】應對當前的埃博拉疫情

Nature doi：10.1038/nature14442

封裝在類脂納米顆粒中以埃博拉病毒為目標的siRNAs (TKM-Ebola) ，以前被發現對非人類靈長類動物能夠提供針對致命劑量埃博拉病毒挑戰的接觸后保護(post-exposure protection)。該療法從同情角度出發在當前疫情中也曾被用于若干個人類患者，盡管它對人類的療效尚不知道。在這項研究中，Thomas Geisbert及同事迅速針對當前疫情中的病毒類型對TKM-Ebola雞尾酒療法進行了改造，發現在用當前疫情中的西非EBOV分離毒株進行挑戰之后3天施用，它完全能夠保護非人類靈長類動物。一旦有了病毒序列數據，該藥物在只有8星期的時間內就可以針對新病毒被改造和生產。

【12】過量BCR信號傳導的抗癌作用

Nature doi：10.1038/nature14231

Markus Müschen 及同事分析，在某些具有組成性 “B細胞受體”(BCR)信號傳導的B細胞惡性腫瘤(攜帶BCR-ABL轉位的“急性淋巴細胞白血病”)中，也許有可能通過一個中等水平的BCR信號傳導來改變有利于B細胞的正常選擇過程，反而來驅動BCR信號傳導水平超過一個閾限，在這個閾限之上，惡性B細胞就無法存活了。他們顯示，這一點在一個小鼠模型中比如說就可以通過激酶SYK的超活化做到。在該小鼠模型中，一個SYK通道的藥理活化可以抑制來自患者的腫瘤異種移植物的生長。這一概念與尋求阻斷BCR信號傳導的B淋巴瘤治療方法截然不同，也許值得在臨床上進行探索。

【13】iPS細胞潛力的細胞標記

Nature doi：10.1038/nature14274

以前試圖分離正處在成功的“誘導多能干”(iPS)細胞重新編程途中之細胞的努力一直基于這樣一個假設：細胞漸進性地失去供體細胞身份并逐漸獲得iPS細胞特性。在這項研究中，Marius Wernig及同事識別出了在該過程早期出現的表面標記，它們在最初的成纖維細胞或最終產生的多能細胞中都沒有表達。通過分離和分析具有這些標記的細胞(包括CD73、CD49d和CD200)的表達，作者識別出了重新編程所需的新的轉錄調控因子，從而獲得了對這一過程機制的認識。

【14】多巴胺運輸蛋白的結構

Nature doi：10.1038/nature14431

多巴胺運輸蛋白是一種膜蛋白，能將神經傳輸物質多巴胺從突觸裂隙清除，將其運送到周圍細胞的胞液內，從而終止神經傳輸物質的信號。Eric Gouaux及同事獲得了與包括可卡因、右旋苯丙胺、甲基苯丙胺、多巴胺和兩種抗抑郁劑在內的各種小分子結合在一起的果蠅多巴胺運輸蛋白的X-射線晶體結構。除了讓我們能夠首次看到一種神經傳輸物質是怎樣與一種生源胺運輸蛋白相結合的、以及可卡因是怎樣與一種生源胺運輸蛋白相結合的外，該結構還是一種蛋白的配體結合點何以能夠通過重塑自己來結合和適應具有不同形狀和大小、在結構上不相關的小分子的一個很好例子。

【15】另一種干細胞狀態

Nature doi：10.1038/nature14413

胚胎干細胞和外胚層干細胞代表著兩個被普遍接受的多能狀態，它們來自小鼠胚胎發生過程的不同時間點。通過調制用于從小鼠外胚層提取多能干細胞的培養基中的信號傳導成分，Izpisua Belmonte及同事識別出了具有與這兩類干細胞截然不同特點的另一個干細胞狀態。這些細胞能被植入小鼠外胚層的特定區域，因而被稱為 “區域選擇性多能干細胞”(rsPSCs)。具有相似特性的細胞也從小鼠和靈長類多能干細胞系的培養中獲得了。對rsPSCs進行研究將使我們對哺乳動物發育有進一步的認識。

【16】催產素對母親行為的影響

Nature doi：10.1038/nature14402

催產素在調節社會互動和母親行為中所起作用已經很清楚了，但我們對這種激素是怎樣影響神經回路以驅動這些行為變化的卻不是很了解。在這篇論文中，Robert Froemke及同事對小鼠的“pup retrieval”行為進行了研究，發現催產素專門在左聽覺皮層中調節皮層對幼崽叫聲的反應。對“處女”小鼠來說，由叫聲激發的反應得到增強，從而通過在左聽覺皮層中使催產素輸送與幼崽叫聲相結合而讓叫聲顯得更突出。這種增強是通過抑制與激發在幅度和時間上的特定平衡產生的。

【17】CRISPR 對外來DNA的識別

Nature doi：10.1038/nature14302

被稱為CRISPR的細菌免疫系統依賴于從入侵的噬菌體基因組或質粒獲取短序列，這些DNA被稱為 “間隔區”。“間隔區”的獲取過程會避免結合宿主DNA，但宿主DNA與噬菌體DNA是怎樣被區分的此前卻不清楚。RotemSorek及同事發現，“間隔區”DNA的形成需要依賴于復制的DNA雙鏈斷裂。宿主DNA中八聚 “Chi序列”的出現概率要大得多，該序列會降低RecBCD的核酸酶活性，從而導致更少的片段。另外，噬菌體基因組所含能導致斷裂的復制叉也更多。

【18】線粒體觸發先天免疫

Nature doi：10.1038/nature14156

越來越多的證據表明，線粒體(主要負責細胞呼吸和能量生成的細胞器)也是抗菌和抗病毒先天免疫反應的關鍵中心。這項研究描述了線粒體應激與抗病毒先天免疫之間的一個聯系。具體來說，受皰疹病毒感染的小鼠的線粒體DNA應激，被發現會通過DNA 傳感器 cGAS 和STING–IRF3應激通道的激發提高由干擾素刺激的基因表達、增強I-型干擾素反應和產生廣譜抗病毒作用。

【19】昆蟲怎么知道它們的位置

Nature doi：10.1038/nature14446

昆蟲的腦在導航過程中是怎樣將視覺標志與路徑整合相結合的一直不清楚。Johannes Seelig 和VivekJayarama對在一個虛擬現實臺上行走的被綁住的果蠅的大腦進行了鈣成像研究，發現“鋪”在“橢球體”(ellipsoid body)上的一組帶樹突的神經元能夠利用來自視覺標志和果蠅自身轉動的信息來計算前進方向。這是關于已知對哺乳動物大腦的空間導航有貢獻的“前進方向”(head direction)神經元的無脊椎動物對應物的第一個證據。

【20】對饑渴的混合反應

Nature doi：10.1038/nature14416

動物通過設計用來重新平衡它們狀態的特定行為來對生理平衡的變化做出反應。我們對為追求平衡所做出的這些調整背后的動機還不是很了解。在這篇論文中，Scott Sternson及同事對由身體自平衡神經元介導的饑渴的動機過程進行了研究。他們發現，除了促進尋找食物或水的行為外，對饑餓敏感的AGRP神經元和促進渴感的神經元還會傳遞被主動避開的“負價教育信號”(negative valence teaching signal)。這樣所產生的凈效應也許是，使動物對與食物攝取相關的提示有一個偏好，從而當動物通過食物和水的攝取達到生理平衡時抵消負價信號。

【21】具有真核生物傾向的古生菌

Nature doi：10.1038/nature14447

真核細胞與原核生物的差別是如此之大，以至于了解真核生物起源和祖先一直是一個謎。遺傳研究表明，古生菌比細菌更接近真核生物，但從生物化學上和形態上來說，古生菌與細菌的關系比與真核生物更近。但是現在，Thijs Ettema及同事從來自 “Loki’s Castle”活動熱液噴發點的一個巖芯樣本識別出了一些古生菌，它們符合作為一個基因組 “starter-kit”的要求，能夠支持作為真核生物特征的更大的細胞和基因組復雜性。被稱為Lokiarchaeota的這一新的古生菌類群在系統發生分析中是真核生物一個最相近的姐妹類群，它們所擁有的蛋白質本應是真核生物的特征。