光誘導(dǎo)分子振動，讓癌細胞破裂?。黃cience日報

01

消滅抗生素耐藥性“超級細菌”

來自阿默斯特大學(xué)的研究團隊及其合作者發(fā)現(xiàn)了如何阻止病原體感染宿主細胞的一個關(guān)鍵機制，并開發(fā)出了一種測試方法來確定針對這種脆弱細胞機制的下一代藥物。研究論文已發(fā)表在 ACS Infectious Diseases 上。

治療微生物感染的典型策略是用抗生素藥物轟擊病原體，這種藥物的作用是進入有害細胞并殺死它，但是很難設(shè)計出同時具備水溶性和油性的藥物。另外，病原細胞可以發(fā)展發(fā)出更多“外排泵”，將抗生素安全地排出細胞，并對這種特定的抗生素產(chǎn)生抗藥性。

為了穿透宿主細胞的細胞壁，病原體需要分泌 PopD 和 PopB 這兩種蛋白質(zhì)，并將其結(jié)合形成一個“轉(zhuǎn)譯接頭”，從而形成穿過細胞膜的細胞隧道。一旦隧道建立起來，致病細胞就能注入其他蛋白質(zhì)，完成感染宿主的工作。整個過程被稱為 3 型分泌系統(tǒng)。研究人員試圖破壞這一過程防止病原體感染宿主細胞，而不殺死病原體以防止其產(chǎn)生抗藥性。

為找到能夠阻止“轉(zhuǎn)譯接頭”形成的分子，研究者開發(fā)出一種測試方法，即將一種熒光酶用作示蹤劑。研究人員把這種酶分成兩半，一半被植入 PopD/PopB 蛋白中，另一半被植入宿主細胞中。如果宿主細胞突然亮了起來，這就意味著 PopD/PopB 成功地突破了細胞壁，將兩半熒光素酶重新結(jié)合在一起。如果細胞一直處于黑暗狀態(tài)就可以知道是哪些分子破壞了“轉(zhuǎn)譯接頭”。

研究結(jié)果可以用于鑒定能使病原體失效的新藥，從而真正改善公共衛(wèi)生狀況。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsinfecdis.3c00482

02

研究發(fā)現(xiàn)：

睡覺也在學(xué)習(xí)，呼吸鞏固記憶

一項來自慕尼黑大學(xué)團隊的研究發(fā)現(xiàn)，呼吸是一個潛在的起搏器，呼吸會影響記憶在睡眠中的鞏固過程。研究論文發(fā)表在 Nature Communications 上。

研究人員分兩次向 20 名參與者展示了 120 張圖片。所有圖片都與特定詞語相關(guān)聯(lián)。然后參與者在睡眠實驗室里睡了大約兩個小時醒來后，研究人員會詢問他們的聯(lián)想。在整個學(xué)習(xí)和睡眠過程中，參與者的大腦活動和呼吸都被腦電圖記錄下來。研究人員發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)所謂的慢振蕩和睡眠棘（大腦活動增強的短暫階段）時，睡眠中的大腦會自發(fā)地重新激活之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容。研究還發(fā)現(xiàn)呼吸與特征性慢振蕩和紡錘形模式的出現(xiàn)是相關(guān)聯(lián)的，呼吸對于睡眠時的記憶處理也很重要。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43450-5

03

“死星”異構(gòu)位點被全面鑒定，

或有助于癌癥藥物開發(fā)

一項來自西班牙和英國的研究全面鑒定了蛋白質(zhì) KRAS 中的異構(gòu)位點，首次提出了完整的 KRAS 控制圖譜，有助于癌癥藥物開發(fā)。研究發(fā)表在 Nature 上。

KRAS 是多種類型癌癥中最常見的突變基因之一，因為它呈球形，缺乏藥物靶點，所以被稱為“死星”（"Death Star"）蛋白?？刂?KRAS 的唯一有效策略是靶向其異位通訊系統(tǒng)。要控制蛋白質(zhì)，需要一把能打開鎖（活性位點, active site）的鑰匙（化合物或藥物）。蛋白質(zhì)還可以受到位于其表面其他部位的輔助鎖（異構(gòu)位點, allosteric site）的影響。當(dāng)分子與異構(gòu)位點結(jié)合時，會導(dǎo)致蛋白質(zhì)的形狀發(fā)生變化，從而改變蛋白質(zhì)的活性或與其他分子結(jié)合的能力。異構(gòu)位點通常是藥物開發(fā)的首選，因為它們具有更強的特異性，降低了產(chǎn)生副作用的可能性。它們還能更巧妙地改變蛋白質(zhì)的活性，為微調(diào)其功能提供了可能。與針對活性位點的藥物相比，針對異構(gòu)位點的藥物通常更安全、更有效。然而，異構(gòu)位點非常難以捉摸，四十年的研究只有兩種藥物被批準用于臨床。

這項研究利用一種叫做深度突變掃描（deep mutational scanning）的技術(shù)繪制了這些異構(gòu)位點，并發(fā)現(xiàn) KRAS 具有比預(yù)期更多的強異構(gòu)位點。研究還發(fā)現(xiàn)了位于蛋白質(zhì)表面容易到達的四個不同口袋（pocket）中一部分位點，是未來有希望的藥物靶點，有助于設(shè)計更安全、更有效的藥物。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06954-0

04

光誘導(dǎo)分子振動，讓癌細胞破裂！

一項來自萊斯大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)了一種利用某些分子在受到光刺激時強烈振動的能力來摧毀癌細胞的方法。研究發(fā)表在 Nature Chemistry 上。

研究人員發(fā)現(xiàn)，一種用于醫(yī)學(xué)成像的小染料分子的原子在受到近紅外線的刺激時會發(fā)生一致振動——形成所謂的等離子體——從而導(dǎo)致癌細胞的細胞膜破裂。這種分子是氨基菁分子，是一類用于醫(yī)學(xué)成像的熒光合成染料。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41557-023-01383-y

05

Science：世界首個高溫超導(dǎo)二極管的候選材料

幾十年來，能讓電子完美無損流動的超導(dǎo)體材料通常只能在絕對零度以上幾度的低溫下才能表現(xiàn)出這種量子力學(xué)特性，以至于無法實用。

一項來自哈佛大學(xué)的研究利用一種獨特的低溫設(shè)備制造方法，制造和操縱一類被廣泛研究的高溫超導(dǎo)體——銅氧化物，發(fā)現(xiàn)了世界上首個高溫超導(dǎo)二極管的候選材料——本質(zhì)上，它是一個能使電流單向流動的開關(guān)——由薄杯狀晶體制成。研究論文發(fā)表在 Science 上。

研究人員通過在超純氬氣中使用無空氣低溫晶體操作方法，在兩層極薄的銅氧化物鉍鍶鈣（“BSCCO”）之間設(shè)計出了一個干凈的界面。BSCCO 被認為是一種高溫超導(dǎo)體。研究人員首先將 BSCCO 分成兩層，每層只有頭發(fā)絲的千分之一寬。然后，在零下 130 度時，他們將這兩層以 45 度扭曲的方式堆疊在一起，就像用歪斜的晶片做冰激凌三明治一樣，在脆弱的界面上保留了超導(dǎo)性。研究人員發(fā)現(xiàn)，無阻力通過界面的最大超電流因電流方向不同而不同。最重要的是，研究人員還通過扭轉(zhuǎn)這種極性證明了對界面量子態(tài)的電子控制。正是這種控制使研究人員有效地制造出了一個可切換的高溫超導(dǎo)二極管。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8371

06

新型超導(dǎo)材料，可開可閉

一項來自華盛頓大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)了一種超導(dǎo)材料，它對外界刺激具有獨特的敏感性，能夠隨意增強或抑制超導(dǎo)特性。該研究發(fā)表在 Science Advances 上。

超導(dǎo)是一種量子力學(xué)物質(zhì)相，在這種物質(zhì)相中，電流可以零電阻流過材料。該研究發(fā)現(xiàn)的材料由夾在鐵、鈷和砷原子超導(dǎo)層之間的鐵磁性銪原子平板構(gòu)成。該材料多相之間存在著密切的競爭關(guān)系，通過施加微小的應(yīng)變或磁場，就能使其中一相超過另一相，從而開啟或關(guān)閉超導(dǎo)功能。

這種材料可以帶來更高效的大規(guī)模計算，也可用于下一代工業(yè)電子產(chǎn)品的超導(dǎo)電路中。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5200

07

心臟背心能預(yù)測心臟性猝死風(fēng)險

一項來自倫敦大學(xué)學(xué)院的研究表明，一種能詳細繪制心臟電活動圖的背心有可能用來更好地識別心臟性猝死高危人群。研究發(fā)表在 Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance 上。

心電圖成像（ECGI）背心上 256 個傳感器的電數(shù)據(jù)可與核磁共振成像（MRI）拍攝的心臟結(jié)構(gòu)詳細圖像相結(jié)合，生成心臟的三維數(shù)字模型和流經(jīng)心臟的電活動波。這種背心可重復(fù)使用且省時省力，只需五分鐘，因此有望用于標準護理。該研究評估了這種背心在 77 名患者中的可行性，發(fā)現(xiàn)它可靠耐用。此后，該背心已成功用于 800 名患者。目前，該背心正被用于繪制肥厚型心肌病和擴張型心肌病等疾病患者的心臟圖譜。

該背心可以成為一種快速、經(jīng)濟有效的篩查工具，幫助人們在未來更好地識別危及生命的心律的風(fēng)險，并且有助于評估藥物、新型心臟設(shè)備和生活方式干預(yù)對心臟健康的影響。

論文鏈接：

https://www.ucl.ac.uk/news/2023/dec/heart-vest-could-help-predict-sudden-cardiac-death-risk

08

研究發(fā)現(xiàn)：

AI可以預(yù)測人的死亡時間

一項來自丹麥的研究發(fā)現(xiàn)人工智能可以分析有關(guān)人們居住地、教育、收入、健康和工作條件的登記數(shù)據(jù)，并高精度地預(yù)測生活事件，甚至估計死亡時間。研究發(fā)表在 Nature Computational Science 上。

研究人員在一個被稱為 life2vec 的模型中分析了 600 萬丹麥人的健康數(shù)據(jù)和勞動力市場依附情況。Life2vec 將數(shù)據(jù)編碼成一個龐大的向量系統(tǒng)，這是一種組織不同數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。該模型決定將有關(guān)出生時間、就學(xué)、教育、工資、住房和健康的數(shù)據(jù)置于何處。在對模型進行初始階段的訓(xùn)練后，該模型的表現(xiàn)優(yōu)于其他先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并能高精度地預(yù)測性格和死亡時間等結(jié)果。

當(dāng)然，圍繞 life2vec 模型也存在一些倫理問題，如保護敏感數(shù)據(jù)、隱私和數(shù)據(jù)中的偏差，必須更深入地了解這些挑戰(zhàn)。研究人員認為，下一步將是納入其他類型的信息，如文本和圖像或有關(guān)我們社會關(guān)系的信息。數(shù)據(jù)的使用為社會科學(xué)和健康科學(xué)之間開辟了全新的互動途徑。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s43588-023-00573-5

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Nature：人工智能生成具有超強結(jié)合力的蛋白質(zhì)

一項來自華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究利用軟件創(chuàng)造出了蛋白質(zhì)分子，這些分子能以極高的親和力和特異性與包括人類激素在內(nèi)的各種具有挑戰(zhàn)性的生物標志物結(jié)合。研究發(fā)表在 Nature 上。

這項研究介紹了一種使用先進深度學(xué)習(xí)方法的新型蛋白質(zhì)設(shè)計方法，即將 RFdiffusion（一種用于創(chuàng)建新蛋白質(zhì)形狀的生成模型）與 ProteinMPNN（序列設(shè)計工具）結(jié)合使用。通過以新的方式結(jié)合這些工具，研究人員利用有限的目標信息，如肽的氨基酸序列，生成了結(jié)合蛋白。

這一進展可使科學(xué)家們開發(fā)出更廉價的抗體替代品，用于疾病檢測和治療。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06953-1

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人工智能揭開多晶材料的神秘面紗

多晶材料（polycrystalline materials）廣泛用于信息設(shè)備、太陽能電池和電子設(shè)備。在工業(yè)中使用多晶體的一個主要問題是，應(yīng)力和溫度變化會形成微小的晶體缺陷。這些缺陷被稱為位錯（dislocations），會破壞晶格中原子的規(guī)則排列，影響電導(dǎo)和整體性能。

來自日本名古屋大學(xué)的研究團隊利用人工智能發(fā)現(xiàn)了一種了解多晶材料中位錯的新方法。研究發(fā)表在 Advanced Materials 上。

研究團隊利用一種新型人工智能分析了一種廣泛用于太陽能電池板的材料（多晶硅）的圖像數(shù)據(jù)。人工智能在虛擬空間中創(chuàng)建了一個三維模型，幫助研究人員確定了影響材料性能的位錯群區(qū)域。在確定了位錯簇的區(qū)域后，研究人員利用電子顯微鏡和理論計算來了解這些區(qū)域是如何形成的。他們揭示了晶格中的應(yīng)力分布，并在晶粒之間的邊界發(fā)現(xiàn)了階梯狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)似乎是晶體生長過程中產(chǎn)生位錯的原因。

這項研究為建立高性能材料的通用準則指明了道路，有望為創(chuàng)新多晶材料的創(chuàng)造做出貢獻，甚至有可能給社會帶來革命性的變化。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308599

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VideoPoet：用于零樣本視頻生成的大型語言模型

近日，Google 推出了大型語言模型（LLMs）VideoPoet，能夠完成多種視頻生成任務(wù)，包括文本到視頻、圖像到視頻、視頻風(fēng)格化、視頻內(nèi)畫和外畫以及視頻到音頻。

最近，視頻生成模型的浪潮席卷而來，在許多情況下都展現(xiàn)出了令人驚嘆的能力。目前視頻生成的瓶頸之一在于生成連貫的大型動作的能力。與這一領(lǐng)域的其他模型相比，VideoPoet 在單個 LLM 中無縫集成了多種視頻生成功能，而不是依賴于專門針對每項任務(wù)單獨訓(xùn)練的組件。

具體來看，輸入 VideoPoet 的圖像可以通過動畫產(chǎn)生運動效果，視頻（可選擇裁剪或遮罩）可以通過內(nèi)繪或外繪進行編輯。在風(fēng)格化方面，該模型接收代表深度和光流（代表運動）的視頻，并在上面繪制內(nèi)容，以產(chǎn)生文本引導(dǎo)的風(fēng)格。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43445-2