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诺贝尔奖评选委员会宣布瑞典科学家 Svante Pääbo 获得 2022 年度诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。人类总是对自己的起源感兴趣。我们从哪里来？是什么让我们智人与其他古人类不同?通过他的开创性研究，Svante Pääbo 完成了一件看似不可能的事情：对当今人类已经灭绝的亲戚——尼安德特人的基因组进行测序。他还发现了一种以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。重要的是，Pääbo 还发现，在大约 7 万年前人类离开非洲后，基因从这些现已灭绝的古人类转移到了智人身上。这种古老的基因流向今天的人类在生理上有关联，例如影响我们的免疫系统对感染的反应。Pääbo 的开创性研究产生了一门全新的科学学科：古基因组学。通过揭示所有现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异，他的发现为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。
根据发表在《自然》期刊上的研究，科学家报告发现了一种端粒 DNA 新结构。端粒被视为长寿的关键，它们保护基因免受损害，但每次细胞分裂时都会变短一些。如果它们变得太短，细胞就会死亡。端粒之间的 DNA 有两米长，因此必须将其折叠以适合细胞。这是通过将 DNA 包裹在蛋白质上来实现的，DNA 和蛋白质一起被称为核小体，它们排列成类似于一串珠子的东西。这串珠子还会进行更多的折叠。它如何做到这一点取决于核小体之间的 DNA 长度，即串上的珠子。折叠后出现的两种结构是已知的。一种结构是两个相邻的珠子黏在一起，游离的DNA挂在它们之间。但如果珠子之间的DNA片段较短，则相邻的珠子不会黏在一起，两个堆叠并排形成第二种结构。结合电子显微镜和分子力光谱法，研究人员发现了另一种端粒结构。核小体靠得更近，因此珠子之间不再有任何游离 DNA。这最终会产生一个大的 DNA 螺旋。
根据发表在《Environmental Science & Technology》期刊上的一项研究，香港浸会大学的科学家报告纳米塑料颗粒可以进入肝脏和肺细胞，扰乱其正常过程，可能导致不良的健康后果。塑料无处不在，它们会释放出微小和纳米大小的碎片，可能被人意外吸入。虽然纳米塑料对人类的健康风险还不完全清楚，但最近研究表明，直径小于 100 纳米的颗粒可以进入动物的血液和器官，导致炎症、毒性和神经系统变化。在最新研究中，研究人员将人类肝脏和肺细胞分别培养在实验室平板上，并用不同数量的 80 纳米宽的塑料颗粒处理它们。两天后，电子显微镜图像显示，纳米塑料已经进入两种细胞，但没有杀死它们。当肝脏和肺细胞暴露在更多的纳米塑料中时，它们会产生更多的活性氧和不同数量的核苷酸、核苷、氨基酸、多肽和羧酸，这表明多重代谢过程受到了干扰。在某些情况下，线粒体通路似乎出现功能障碍。
根据发表在《Cell Reports》期刊上的一项研究，外表相似但毫无关联的人被发现共享了大量 DNA 序列。研究人员招募了 32 对外表相似的人，其中 16 对的相似度接近同卵双胞胎。研究人员测序了他们的 DNA 以了解在基因层面他们是否具有类似外表的相似度。结果显示，这些个体拥有相似的基因类型，但在DNA甲基化和微生物组景观方面有所不同。遗传分析显示，这 16 对人中的 9 对聚集在一起，基于 19277 个常见的单核苷酸多态性。此外，体重和身高等身体特征以及吸烟和教育等行为特征在长相相似的配对中也是相关的。综上所述，这些结果表明，共同的基因变异不仅与相似的外表有关，还可能影响共同的习惯和行为。
DeepMind 上个月宣布发布所有已知蛋白质的预测结构，它的蛋白质结构数据库 AlphaFold DB 中的数据超过了 2 亿。这一突破是否会对新药研制产生革命性影响？在多家大型药厂工作过的 Derek Lowe 博士给出了否定答案。他指出 AlphaFold DB 发现的蛋白质结构是知其然而不知其所以然——为什么蛋白质如此折叠的疑问还需要很多年才能回答。此外 AlphaFold 算法是建立在有序的已知结构的基础之上，对于无序的结构帮助不大。有些无序的蛋白质会在其它蛋白质存在的情况下突然变成有序，而有些在任何条件下都不会变成有序。这一特性对其功能至关重要。部分蛋白质行为无法通过结构解释，显然超出了 AlphaFold 的能力范围。
生物学存在最久的问题之一是生物是如何从一个由均匀细胞组成的胚胎团开始，随着时间的推移，成长成为一个具有不同组织的有机体，而每个组织都具有自己独特模式和特征。这个问题的答案将解释豹子如何得到斑点，斑马如何获得条纹，树木如何长出枝丫以及生物学上许多模式发展的奥秘。半个多世纪以来，最受欢迎的解释是一个优雅的模型，它基于数学家图灵（Alan Turing）提出的化学信号，并取得了许多成功。但越来越多的科学家怀疑图灵的理论只是故事的一部分。洛克菲勒大学发育生物学家 Amy Shyer表示：“在我看来，仅仅因为它的美丽，我们就对它应该应用到多大范围一无所知。”在她看来，在细胞生长和分裂时发挥作用的收缩和压缩的物理力可能也发挥了重要的核心作用。她现在有证据。在 5 月发表在《细胞》期刊上的一篇论文中，Shyer 和共同资深作者、发育生物学 家Alan Rodrigues 及其同事表明，机械力可以诱导鸡胚胎皮肤产生毛囊以生长羽毛。正如表面张力可以将玻璃表面的水拉成球形的水珠一样，胚胎内的物理张力也可以建立模式，引导发育中的组织的生长和基因活动。随着生物体的生长和发育，其组织内的细胞互相拉扯和挤压，并与支持性蛋白质支架（细胞外基质）互相拉扯和挤压，细胞错综复杂地连接到这些支持性蛋白质支架上。一些研究人员怀疑这些力和细胞压力和刚度的变化一起，指导了复杂模式的形成。然而直到现在，还没有研究能够将这些物理力的影响与化学作用区分开来。
肠道微生物群有助于消化食物，通过影响免疫、代谢和神经系统维持人体健康。人类的部分肠道微生物历史相当悠久，在其它灵长类动物身上都能找到，这意味着它们源自于共同的祖先。随着人类涌入城市生活，逾半数的肠道微生物群都丢失了。这一情况可能会影响人类健康。城市生活改变了饮食、抗生素的使用以及卫生条件的改善，都可能是人类肠道微生物消失的原因。研究人员分析对比了灵长类动物以及人类的肠道微生物，发现人类失去了黑猩猩等灵长类动物中发现的 100 种微生物中的 57 种，其中部分是在几千年前消失的，部分是在近期消失的，城市居民损失最多。
作为拥有极其复杂的大脑和认知能力的非凡生物，章鱼在无脊椎动物中非常独特。以至于它在某些方面更像是脊椎动物而不是无脊椎动物。正如来自的里雅斯德港 Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati（SISSA）的 Remo Sanges 和来自那不勒斯 Stazione Zoologica Anton Dohrn 的 Graziano Fiorito 最近发表在《生物医学中心生物学刊（BMC Biology）》上的一篇研究论文发现的，这些动物的神经和认知复杂性可能源于与人类大脑类似的分子。这项研究表明，同样的“跳跃基因”在人类大脑和两种章鱼——普通章鱼和加利福尼亚双斑章鱼中都很活跃。这一发现可帮助了解这些非凡生物的智慧秘诀。
早在 2001 年，人类基因组测序就发现其中有超过45%是由转座子序列组成，即所谓的“跳跃基因”，通过分子复制粘贴或者剪切粘贴机制，这些基因可以从一个人基因组的一个地方移动到另一个地方，实现重排或复制。在大多数情况下，这些移动元素都保持沉默：它们没有可见的效果且失去了移动的能力。有些跳跃基因不活跃是因为它们积累了几代突变；其他一些完整的跳跃基因则是被细胞防御机制阻挡。从演化的角度来看，即使是这些片段和转座子的破碎副本仍然可以成为演化雕刻的“原材料”。
在这些移动元素中，最重要的是那些属于长散在重复序列（LINE）家族的元素，它们是在一百个人类基因组拷贝中发现的，可能仍然活跃。传统认为这些 LINE 的活动只是过往的痕迹，是这些移动元素演化过程的残余，但是近年来出现的新证据表明，它们的活动在大脑中受到了精细调节。科学家认为 LINE 转座子与学习和记忆等认知能力有关：它们在海马体中特别活跃，海马体是我们大脑中学习过程神经控制的最重要结构。和我们的一样，章鱼的基因组也富含“跳跃基因”，其中大部分是不活跃的。研究人员着重研究了仍然能够复制粘贴的转座子，在这些动物对认知能力至关重要的大脑区域发现了LINE家族的一个元素。
早在 2001 年，人类基因组测序就发现其中有超过45%是由转座子序列组成，即所谓的“跳跃基因”，通过分子复制粘贴或者剪切粘贴机制，这些基因可以从一个人基因组的一个地方移动到另一个地方，实现重排或复制。在大多数情况下，这些移动元素都保持沉默：它们没有可见的效果且失去了移动的能力。有些跳跃基因不活跃是因为它们积累了几代突变；其他一些完整的跳跃基因则是被细胞防御机制阻挡。从演化的角度来看，即使是这些片段和转座子的破碎副本仍然可以成为演化雕刻的“原材料”。
在这些移动元素中，最重要的是那些属于长散在重复序列（LINE）家族的元素，它们是在一百个人类基因组拷贝中发现的，可能仍然活跃。传统认为这些 LINE 的活动只是过往的痕迹，是这些移动元素演化过程的残余，但是近年来出现的新证据表明，它们的活动在大脑中受到了精细调节。科学家认为 LINE 转座子与学习和记忆等认知能力有关：它们在海马体中特别活跃，海马体是我们大脑中学习过程神经控制的最重要结构。和我们的一样，章鱼的基因组也富含“跳跃基因”，其中大部分是不活跃的。研究人员着重研究了仍然能够复制粘贴的转座子，在这些动物对认知能力至关重要的大脑区域发现了LINE家族的一个元素。
1346 到 1353 年，黑死病席卷西欧，部分地区人口减员多达六成。历史记录显示鼠疫源自东方，1346 年被蒙古军队围困的克里米亚 Caffa 经历了欧洲最早的鼠疫爆发。中国有着遗传多样性最丰富的现代鼠疫菌株 Y. pestis，暗示鼠疫源自东方。但鼠疫是如何传播过去的，它的中转站在哪里？根据本周发表在《自然》期刊上的最新研究， 研究人员在吉尔吉斯斯发现了两个 14 世纪的墓地，其中有 10 个墓碑明确提及了鼠疫。对墓地残骸的 DNA 分析发现了鼠疫菌株。基因组分析显示它们是导致黑死病的菌株的直接祖先。墓地的菌株与从吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦和中国天山周围旱獭等啮齿动物身上取样的菌株关系最为密切。这些地区都位于丝绸之路的贸易线路上，表明贸易在黑死病的传播上发挥了重要作用。研究人员希望能分析来自中国的古代样本以更好的了解黑死病的起源。
全球首次对海洋 RNA 病毒的研究发现了数千种新病毒，其中一些在海底固碳方面发挥了核心作用。2009 年至 2012 年间，研究人员在一艘名为 Tara 的船上收集了世界所有海洋的海水样本。俄亥俄州立大学的 Guillermo Dominguez-Huerta 和同事此前曾研究过这些样本中的数十万个 DNA 病毒，发现它们集中在五个主要生态区，其中一些在北冰洋多样性程度最高。但这只是故事的一半。海洋中还充满了另一种病毒，这些病毒的基因组由另一种被称为 RNA 的遗传物质组成，细胞用它来指导蛋白质合成。使用现有方法分析 DNA 病毒相对容易，但研究人员必须想方设法改进技术以区分病毒 RNA 和每个样本中游动的其他生物体产生的过量 RNA。现在 Dominguez-Huerta 和同事发表论文，他们使用来自 Tara 的样本对海洋中 RNA 病毒进行了有史以来最大规模的研究。研究人员在海洋中发现了 5000 多种 RNA 病毒，几乎所有这些病毒都是新的科学发现。研究团队特别关注病毒在碳封存中所起的作用。每天大量死去的浮游生物沉入海底，带着它们体内的碳，之后可能会被埋葬数百万年。这个过程被称为生物碳泵，每年可以带走多达 120 亿吨的碳。这大约是人类造成的二氧化碳排放总量的三分之一。
2003 年人类基因组计划完成了对人类 DNA 所有片段的测序。现在二十多年后，MIT 的 Jonathan Weissman 教授及其同事超越了序列，完成了首个人类细胞表达的基因的综合功能图谱。该项目的数据于 6 月 9 日发表在线上《Cell》期刊上，将每个基因与其在细胞中的工作联系起来，这是多年来在单细胞测序方法 Perturb-seq 上合作的成果。数据可供其他科学家使用。这一成果要归功于单测序工具 Perturb-seq 和 CRISPR-Cas9 基因组编辑，它们将基因变化引入细胞，然后捕获关于 RNA 表达的信息（使用单细胞 RNA 测序）。研究人员使用人类血液癌细胞系和来自视网膜的非癌细胞将该方法扩展到整个基因组，最终在超过 250 万个细胞中使用了 Perturb-seq。
北京大学等的研究团队日前宣布，以只使用化合物的新方法成功构建出人的 iPS 细胞。与京都大学山中伸弥教授发现的在人体细胞中加入 4个 基因从而构建 iPS 细胞的方法完全不同。这可能促进实现更轻松且大规模构建iPS细胞的方法等，但也存在其他研究团队能否再现同样的结果及安全性等课题。研究报告发表在《自然》期刊上。北京大学教授邓宏魁等人把利用这种新方法构建的 iPS 细胞称为“CiPS细胞”。该团队 2013 年宣布构建出小鼠 CiPS 细胞，之后又用了 9 年时间，实现人体 CiPS 细胞。在人体细胞中加入多种化合物，分四个阶段用了大约 40～50 天培养，就形成了 iPS 细胞。CiPS 细胞可以利用胎儿及成人皮肤等细胞构建，构建效率为0.2～2.5％ 左右。
发表在《科学报告》期刊上的一项考古学研究，报道了公元 79 年维苏威火山喷发后在意大利庞贝去世的一名个体的人类基因组测序结果。在此之前，研究人员只测序过庞贝人和动物残骸的线粒体 DNA 短片段。丹麦哥本哈根大学和意大利萨兰托大学的研究人员此次分析了在庞贝“匠人之家”发现的两名个体的残骸，并提取了他们的DNA。根据这些骨骼的形状、构造和长度判断，一组残骸属于一名死亡时年龄 35 到 40 岁的男性，另一组残骸属于一名 50 岁以上的女性。虽然作者能提取两名个体的古 DNA 并进行测序，但他们只能获得男性残骸的完整基因组，因为女性残骸的序列存在空白。研究团队比较了这名男性个体的 DNA 与其他 1030 名古代及 471 名现代西方欧亚个体的 DNA，发现他的 DNA 与现代中部意大利人以及罗马帝国时期住在意大利的其他个体的相似性最大。不过，对这名男性的线粒体DNA和Y染色体 DNA 的分析还发现了在撒丁岛个体中常见的基因群，但在罗马帝国时期住在意大利的其他个体中没有发现这些基因群。这说明整个意大利半岛在这一时期可能有着很高的遗传多样性。