Science 一周论文导读 | 2018 年 4 月 27 日

审校 邓卓 咖喱 大头 访冬

封面设计 韩宇

生物学

Biology

The principles of cascading power limits in small, fast biological and engineered systems

小型，快速生物和工程系统中级联功率限制的原则

S. N. Patek, Mark Ilton, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/eaao1082

图片来源：K.Cho

（导读 阿金）机械装置需要在力和速度间进行平衡，而许多生物系统可以在小尺寸下实现超常加速。本研究使用数学分析等方法，揭示了马达、弹簧、闩锁等动态耦合以实现力-速平衡和功率增强的机制，展示了弹簧驱动运动的可协调性能空间。该研究所揭示的一系列准则为生物和工程系统中功率放大系统的分析和设计提供指导。

Abstract

Asymmetric distribution and spatial switching of dynein activity generates ciliary motility

动力蛋白活性的不对称分布和空间转换驱动纤毛运动

Jianfeng Lin and Daniela Nicastro

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/eaar1968

（导读 阿金）活动的纤毛和鞭毛受动力蛋白亚型活性的协调驱动。本研究为验证动力蛋白“转换点“假设，使用低温电子断层扫描展示单个动力蛋白在海胆精子细胞鞭毛内的活动状态。发现动力蛋白的不对称分布以及构象不活跃的动力蛋白通过空间转换驱动鞭毛弯曲。表明“转换点”其实是通过抑制而非激活鞭毛一侧的动力蛋白而实现的。

Abstract

Self-organization and progenitor targeting generate stable patterns in planarian regeneration

自组织和祖细胞靶向在真涡虫再生中产生稳定模式

Peter W. Reddien, Kutay Deniz Atabay, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/404

（导读 阿金）动物再生期间，细胞需要重新分化、迁移和组织。本研究通过真涡虫眼部的手术范例，发现自组织和模式线索调控着祖细胞的再生行为。研究揭示了再生祖细胞的 3 条行为准则：细胞迁移受位置线索调控；细胞自组织到现存或再生的眼睛；祖细胞在一个较广泛的区域内进行分化。有效解释了再生期间的组织行为方式。

Abstract

Quantitative mass imaging of single biological macromolecules

生物大分子的单分子质量定量成像

Justin L. P. Benesch, Philipp Kukura, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/423

（导读 阿金）蛋白质结构和动态的异质性是其功能的关键，但难以使用现存分析方法进行测定。本研究使用干涉散射质谱法，量化溶液中单个生物分子的质量，达到 2%序列的质量准确度，19 千道尔顿的分辨率以及 1 千道尔顿的精度。该方法能够对蛋白质分子与脂质、糖类等的交联、聚合等过程进行单分子动态测量，具有广泛应用潜力。

Abstract

Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation

记忆痕迹细胞间跨区域突触图构成记忆形成的基础

Bong-Kiun Kaang, Jun-Hyeok Choi, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/430

（导读 阿金）遍布大脑的记忆痕迹细胞间的突触可塑性能编码记忆，但其位点特异性底物仍为理论假设。本研究研发出双 eGRASP 技术来识别这些记忆特异性神经元位点细胞的突触：发现接收来自 CA3 细胞输入的 CA1 细胞上神经脊的数量和大小都有所增加。结果表明跨越两个直接相连大脑区域的记忆痕迹细胞通过增强连通结构和功能促成突触关联，形成记忆。

Abstract

CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity

CRISPR-Cas12a 的靶向结合释放随机切割单链 DNA 酶活性

Jennifer A. Doudna, Janice S. Chen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/436

图片来源：scicasts.com

（导读 郭思瑶）研究人员发现 V 型 CRISPR-Cas12 酶在 RNA 导向结合后会释放其随机单链 DNA 切割活性 ，可完全降解单链 DNA 分子。通过结合 Cas12a 单链 DNA 酶激活和等温扩增，研究人员开发了 DETECTR 报告系统实现了微量 DNA 检测的高灵敏探测。并证实其可快速定向监测病人体内的人乳头瘤病毒，这为分子检测提供了新方向。

Abstract

Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6

利用Cas13，Cas12a 和 Csm6 进行多重核酸检测的便携式平台

张锋（MIT）, Jonathan S. Gootenberg, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/439

（导读 郭思瑶）核酸的快速检测对于临床诊断有着重要意义。科研人员最近建立了一个基于 Cas13 酶的 SHERLOCK（specific high-sensitivity enzymatic reporter unlocking）检测平台。通过对 CRISPR 酶学的进一步开发和应用，改进了通道数，最少样品量，灵敏度和测流读数等，进化为 SHERLOCK 版本 2。该版本可对病人体内的登革热或寨卡病毒进行定量检测。

Abstract

Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13

利用 CRISPR-Cas13 可进行快速部署的病毒诊断

Pardis C. Sabeti, Cameron Myhrvold, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/444

（导读 郭思瑶）全球传染病的控制需要敏感度高特异性强并且可快速部署的检测工具。研究人员开发出基于 Cas13 的 SHERLOCK 平台可以对浓度低至每微升 1 拷贝的寨卡与登革热病毒进行检测，同时 HUDSON（通过加热未提取的诊断样品来消除核酸酶） 可配合 SHERLOCK 平台，无需仪器对进行体液内的病毒进行检测，更可区分登革热病毒的不同血清型，实现临床相关的病毒单核苷酸多样性的快速检测。

Abstract

Dimethyl fumarate targets GAPDH and aerobic glycolysis to modulate immunity

富马酸二甲酯盐靶向 GAPDH 和有氧糖酵酶解以调节免疫力

Solomon H. Snyder, Michael D. Kornberg, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/449

（导读 阿金）富马酸二甲酯（DMF）是一种治疗多发性硬化症和牛皮癣的免疫调节化合物，但是它的作用机制尚未确定。本研究发现 DMF 使 3-磷酸甘油醛脱氢酶 GAPDH 发生琥珀酸化失活，从而下调髓样细胞和淋巴样细胞中的有氧糖酵酶。该研究证明免疫细胞经过代谢产生的有氧糖酵酶可作为自身免疫性疾病的治疗靶点。

Abstract

物理学

Physics

Spatial entanglement patterns and Einstein-Podolsky-Rosen steering in Bose-Einstein condensates

空间纠缠模式和玻色-爱因斯坦凝聚下的 EPR 操控

Philipp Treutlein, Matteo Fadel, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/409

图片来源： Aalto University/Petja Hyttinen & Olli Hanhirova, ARKH 

（导读 胡琦琳）由于全同原子的相关性只能在集体测量中观测到，所以原子系综的非经典态系统中纠缠的概念仍具有争议。本研究利用高分辨率成像直接测量自旋压缩玻色-爱因斯坦凝聚体空间分离区域之间的自旋相关性，观察到足够强的量子纠缠从而使 EPR 操控得以实现。研究结果可以用于电磁场分布和量子信息的纠缠成像。

Abstract

Spatially distributed multipartite entanglement enables EPR steering of atomic clouds

空间分布的多方量子纠缠态能实现原子云的 EPR 操控

Philipp Kunkel, Maximilian Prüfer, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/413

（导读 阿金）分布式量子增强协议的关键是实现空间分离模式间的纠缠。但超冷原子系统中纠缠态的稳定产生和检测仍具挑战。本研究在紧束缚的玻色-爱因斯坦凝聚体中，使用自旋混合在单一空间模式下产生不可分辨粒子纠缠态。该纠缠态通过原子云的自相似扩展分布在空间中。研究还揭示了原子云中不同部分间的 EPR 操控现象。

Abstract

Entanglement between two spatially separated atomic modes

两个空间分离的原子模式之间的纠缠

Carsten Klempt, Karsten Lange, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/416

（导读 胡琦琳）纠缠的生成依赖于全同粒子系综中基本粒子的交换对称性，但这样的系综缺少有明确定义的子系统间纠缠的标准概念。本研究通过分裂双 Fock 态下的超冷全同粒子系综生成了空间上分离的两云间的纠缠。由于这些云可以分别独立的研究，研究结果为探索量子信息应用中全同粒子的纠缠态开辟了一条新道路。

Abstract

化学

Chemistry

A synthetic polymer system with repeatable chemical recyclability

具有可重复化学回收性的合成聚合物体系

Eugene Y.-X. Chen, Jian-Bo Zhu, et al.

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/398

（导读 甜甜）可以容易地、选择性地重新解聚为单体的聚合物通常需要在低温下聚合。本文介绍了基于 γ-丁内酯（GBL）、在 α 和 β 位有反环聚变的聚合物体系，使通常不可聚合的 GBL 环在室温、无溶剂条件下聚合得到高分子聚合物。该聚合物具有增强的热稳定性，且可以循环回其单体。聚合物的两个对映体的混合能够产生高度结晶的超分子立体复合物。

Abstract

Catalytic enantioselective Minisci-type addition to heteroarenes

利用催化对映选择性 Minisci 型加成合成杂环芳烃

Rupert S. J. Proctor, Holly J. Davis and Robert J. Phipps

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/419

（导读 卓思琪）Minisci 型自由基亲核加成可用于杂环化合物的加工，但该反应的立体化学性质尚不能完全受控。本文报道了一种前手性自由基的加成，可由氨基酸衍生物得到吡啶和喹啉。该方法在光学纯手性 Brønsted 酸催化剂和铱光催化剂作用下进行，其对映选择性和区域选择性极好。研究者预计该方法能加速获取构建杂环化合物的选择对映小分子模块。

Abstract

地球科学

Geoscience

Legacy nitrogen may prevent achievement of water quality goals in the Gulf of Mexico

遗留氮可能阻碍墨西哥湾水质目标实现

K. J. Van Meter, P. Van Cappellen and N. B. Basu

http://science.sciencemag.org/content/360/6387/427

（导读 卓思琪）流域氮负荷减少是减少富营养化所必须，但迄今没有对水质目标中的氮进行严格评估。本研究发现即使农业氮实现完全有效利用，密西西比河流域的氮负荷也需要几十年才可降低到目标值。结果表明，长期、大规模的农业管理是降低密西西比河氮负荷、减少海湾缺氧面积所必须。

Abstract

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