Science 一周论文导读 | 2018 年 3 月 2 日

审校 邓卓 咖喱 大头 紫苏

生物学

Biology

Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome

微生物全基因组中抗噬菌体防御系统的系统性发现

Rotem Sorek, Shany Doron, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/eaar4120

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 郭思瑶）细菌内复杂的抗噬菌体防御系统坐落在细菌基因组里一片称为“防御岛”的区域中。科研人员通过检测已知防御基因旁边的基因簇，综合描述了细菌防御“武器”的特征，并用细菌模型的抗噬菌体活动证实了候选的防御系统基因。九种新的抗噬菌体系统和一种新的抗质粒系统被发现，这揭示了动物植物和细菌共有的一种古老而广泛的先天性免疫组成部分。

Abstract

Evidence for a neural law of effect

神经活动中效果律的证据

Jose M. Carmena, Rui M. Costa, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1024

（导读 董堃）桑代克的效果律认为能够导致满意结果的行为会被更加频繁的重复。大脑中腹侧被盖区（VTA）中多巴胺能神经元的活动是满意感受的来源。本文发现，小鼠会频繁重复能够激活 VTA 多巴胺能神经元的运动皮层活动模式，并会在学习过程中使更多神经元参与此模式。该结果为神经活动的效果律提供了证据。

Abstract

Incomplete host immunity favors the evolution of virulence in an emergent pathogen

不完全的宿主免疫有利于新出现的病原体毒力的进化

Dana M. Hawley, Arietta E. Fleming-Davies, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1030

（导读 郭怿暄）免疫记忆可保护宿主免受再次感染，但不完全的免疫应答反而促进对更加有害的病原体的选择。本研究通过对家朱雀进行多种不同毒力的支原体感染，发现毒性较强的细菌株可对宿主产生更强的保护。通过建模发现，感染后出现的健康优势对病原体毒力的选择可以升高近两倍。由此可知保护宿主的免疫系统同样可以驱动自然界最有害的病原体的进化。

Abstract

Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes

正交 IL-2 与细胞因子受体复合物选择性靶向工程化 T 细胞

K. Christopher Garcia, Jonathan T. Sockolosky, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1037

（导读 柳寒石）白细胞介素 2（IL-2）参与细胞免疫疗法中工程化 T 细胞功能的发挥，但是其导致的免疫反应和细胞毒性限制了其临床应用。本研究设计了正交 IL-2 分子（OrthoIL-2），它可以选择性靶向经工程化改造并表达正交 IL-2 受体（OrthoIL-2R）的 T 细胞，但不会靶向动物体内的其他细胞，因此具有低脱靶、低毒性的优点。该方法已在小鼠癌症模型中被验证有效。

Abstract

Winter color polymorphisms identify global hot spots for evolutionary rescue from climate change

冬季毛色多态性确认气候变化影响下的全球演化救援热点

L. Scott Mills, Eugenia V. Bragina, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1033

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 阿金）在迅速变化的气候条件下维持生物多样性取决于演化救援效果，但缺乏对人为气候变化直接选择特征的了解，限制了演化过程与全球保护工作的结合。本研究基于 2713 个已知脊椎动物动物冬季毛色地理参照样本，确认环境驱动的毛色渐变梯度，包括发生冬季保持棕色和白变共存的“多态区域”，明确全球保护区网络中演化救援热点。

Abstract

Accurate computational design of multipass transmembrane proteins

多次跨膜的跨膜蛋白的精确计算机设计

David Baker, 卢培龙（华盛顿大学蛋白设计研究所）, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1042

（导读 阿金）对多次跨膜的跨膜蛋白进行计算机设计仍然十分困难。本研究设计了一组单体、二聚体、三聚体和四聚体跨膜蛋白，其中每个单体含 76 至 215 个残基并包含两到四个跨膜螺旋。在细菌和哺乳动物细胞中，这些蛋白质分布于质膜。磁镊实验显示这些蛋白高度稳定，而晶体结构解析结果显示这些蛋白的真实构象与其设计构象高度一致。

Abstract

An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels

一个进化保守的基因家族编码质子选择性离子通道

Emily R. Liman, Yu-Hsiang Tu, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1047

（导读 郭怿暄）离子通道是构成细胞电信号的基础，目前仅在真核细胞中发现一种质子选择性离子通道。本研究通过对小鼠味觉感受细胞进行比较转录组分析，发现 OTOP1 蛋白可形成质子选择性离子通道。它在酸性探测味觉感受细胞中富集，也是形成锌敏感的质子电导所必需的。另有两个小鼠相关基因 Otop2、Otop3 以及果蝇同源基因均编码质子通道。

Abstract

Transcription-coupled changes in nuclear mobility of mammalian cis-regulatory elements

哺乳动物顺式调控元件中转录偶联的核移动性变化

Joanna Wysocka, Bo Gu, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1050

（导读 郭怿暄）为了完成单细胞中多重 gRNAs 和数十个不同 gRNAs 的有效传递，本研究开发出 CARGO 技术。结合 CARGO 和 dCas9 对胚胎干细胞中增强子和启动子进行定量成像分析，发现其移动性随转录激活而升高。对 RNA 聚合酶 II 活性进行急性干扰可逆转转录活性相关的位点移动性增高。这一发现提示顺势调控元件的移动性与转录存在内在联系。

Abstract

β2-adrenergic receptor–mediated negative regulation of group 2 innate lymphoid cell responses

β2 肾上腺素能受体负调控 Ⅱ 型先天淋巴细胞的免疫应答

David Artis, Saya Moriyama, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1056

（导读 齐睿娟）Ⅱ 型先天淋巴细胞（ILC2s）是 Ⅱ 型细炎症因子的重要来源之一，但控制 ILC2 应答的分子机制仍未阐明。本研究发现鼠源 ILC2s 细胞可表达 β2-肾上腺素能受体（β2AR），且共定位于肠道的肾上腺素能神经元。β2AR 缺陷可引起 ILC2 过度应答与在 Ⅱ 型炎症反应的发生。相反，β2AR 激动剂治疗则与减弱 ILC2 反应和体内炎症相关。本研究证明 β2AR 途径是通过抑制细胞增殖与效能来减弱 ILC2 反应的胞内负调控因子，是神经元衍生回路调节 ILC2 依赖性 Ⅱ 型炎症反应假说的首份证据。

Abstract

物理学

Physics

Observation of bulk Fermi arc and polarization half charge from paired exceptional points

从成对异常点观察体费米弧和极化半电荷

彭超（北京大学信息科学技术学院）, Marin Soljačić, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1009

图片来源： Massachusetts Institute of Technology

（导读 甜甜）拓扑学思想在开放的物理系统或耗散框架仍存在很多有待研究的特性。本研究从理论上提出并通过实验在一个光子晶体的开放系统中验证了非-厄米辐射损耗的体费米弧。此外，研究人员还发现了半整数拓扑电荷。两个现象都被证明是异常点非-厄米拓扑性质的直接结果。研究结果为研究更复杂的非-厄米拓扑系统提供了框架。

Abstract

Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures

人造光子晶体结构中的理想 Weyl 点和螺旋体表面态

Alastair Hibbins, 郭清华（二维材料光电科技国际合作联合实验室）, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1013

（导读 阿金）Weyl 点是三维晶体色散能带的交叉点，但理想 Weyl 系统的缺乏限制了 Weyl 物理学的未来发展和潜在应用。本研究通过马鞍形金属螺圈微波光子晶体的实验表征，观察到彼此相关、能量相同的理想 Weyl 点，展现出螺旋结构的拓扑表面态。研究结果为探索 Weyl 系统和开发拓扑器件提供了一个参考。

Abstract

其他

【Chemistry-化学】Selective formation of γ-lactams via C–H amidation enabled by tailored iridium catalysts

通过调整的铱催化剂使 C-H 酰胺化从而选择性生成 γ-内酰胺

Mu-Hyun Baik, Sukbok Chang, et al.

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1016

（导读 卓思琪）金属氮烯插入碳-氢键形成 γ-内酰胺环的过程受到形成异氰酸酯的竞争阻碍。本研究优化了一类五甲基环戊二烯基铱（III）催化剂来抑制这种竞争抑制。研究发现调整催化剂的立体电性以供给更多电子有助反应。这些催化剂通过 sp³ 和 sp² C-H 的酰胺化将各种 1,4,2-二恶唑-5-酮转化为相应的 γ-内酰胺，且选择性好。氨基酸衍生物以及其他生物活性分子成功的官能化证明了该策略的优势。

Abstract

【Geoscience-地球科学】Evolution of alluvial mudrock forced by early land plants

受早期陆地植物影响的冲积泥岩的演化

William J. McMahon and Neil S. Davies

http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1022

（导读 阿金）泥岩蕴藏着大量地球历史记录，对长期海洋化学和气候调节有重要影响。本研究分析来自太古代到石炭纪的 704 个已知由水流冲积而成的陆地岩层材料，证明随陆地植物的演化和增加，在奥陶-志留分界线以来，冲积层中泥岩含量比此前增加 1.4 个数量级。确认发生这种转变的原因是植物演化导致泥浆产生并影响大陆内部的泥沙通量。

Abstract

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