今日科技話題:「冰上絲綢之路」打通、琥珀中首次發現蛇、新型除草劑、框架核酸、白血病能擴散至大腦、新型聚合物可柔可剛……

今日科技话题:“冰上丝绸之路”打通、琥珀中首次发现蛇、新型除草剂、框架核酸、白血病能扩散至大脑、新型聚合物可柔可刚……

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北極LNG首船到港 能源冰上絲路打通

中俄能源合作迄今最大項目——位於北極圈內的亞馬爾液化天然氣(LNG)項目向中國供應的首船LNG,7月19日運抵中國石油旗下的江蘇如東LNG接收站;這是史上首次通過北極東北航道、穿越白令海峽實現對華能源供應,意味著中國在已有四大能源進口通道的基礎上,又打通了被稱為“冰上絲綢之路”的北極通道。

中國國家發改委副主任、國家能源局局長努爾·白克力和俄羅斯能源部長諾瓦克均將此舉稱為“中俄兩國冰上絲綢之路的成功合作”,“代表了中俄能源合作的新水平”。

據悉,北極東北航道從俄羅斯薩別塔港出發,向東經過喀拉海、拉普捷夫海、東西伯利亞海、楚科奇海直到白令海峽,之後往南,航程約10700公里;比傳統向西經大西洋、地中海、蘇伊士運河,之後往東,全程節省約13400公里;平均用時20天左右,比傳統航線節省20天以上。

——《科技日報》

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科學家首次在琥珀中發現蛇 揭示全新物種

今日科技话题:“冰上丝绸之路”打通、琥珀中首次发现蛇、新型除草剂、框架核酸、白血病能扩散至大脑、新型聚合物可柔可刚……

琥珀中的蛇皮。攝影Ryan C. McKellar

傳奇的琥珀產區——緬甸北部克欽邦胡岡谷地再次傳出“新知”。由中國、加拿大、美國和澳大利亞科學家組成的國際科學團隊日前在產自此地的兩塊琥珀中,首次發現蛇類標本,並揭示了一個前所未知的物種。這一研究成果19日發表在美國《科學》雜誌集團子刊《科學進展》上。

這兩塊琥珀均距今約9900萬年,其中包含著蛇骨骼的一塊如小檸檬般大小。與其他脊椎動物化石相比,蛇的化石極為稀有。此前,科學家從未在琥珀中發現過蛇類。早期蛇類化石則比較破碎,提供的信息不多,比如1.67億年前的安氏黎明蛇。

“另一件標本是含蛇皮的琥珀,相比較而言,含有蛇骨骼的琥珀更為重要。”該研究的發起者、中國地質大學(北京)副教授邢立達說,中國地質大學(北京)團隊和“石探記”科學團隊在2016年初陸續發現了它們,然後用顯微CT做出了詳細三維解剖結構。

結果顯示:更為重要的“蛇骨”琥珀中,連續蛇骨長4.75釐米,包括了約97枚椎骨、一些肋骨和皮膚。這些椎骨十分細小,最小的單塊尾椎僅約0.35毫米長。它的尺寸和形態顯示了其很可能是一個剛“破殼”的蛇寶寶。

邢立達指出,“曉蛇”最重要的價值有三點:一是首次在琥珀中發現的新生蛇,讓人們瞭解到古蛇的發育;二是它的骨骼類型很特別,是區別於以往所有蛇類的全新物種;三是這些標本表明古代蛇類曾在海洋邊緣的森林中生活,這意味著早期蛇類的生態多樣性超出以前的認知。

——新華社

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美國加州大學洛杉磯分校與上海有機所合作在天然產物來源的新型除草劑研究中取得進展

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植物支鏈氨基酸合成途徑中三種廣譜除草劑靶點以及其中的二羥酸脫水酶(DHAD)的晶體和晶體結構 圖片來源:中國科學院上海有機化學研究所網站

活性天然產物能夠抑制細胞活動中的特定靶點,在過去一個世紀中常常被作為醫藥健康和農藥研發(如殺蟲劑、抗菌劑、除草劑及植物生長調節劑)的先導分子。雜草抗性問題是威脅糧食作物生產的重要問題之一,基於環境保護和農業可持續發展的要求,大力研究和發展天然產物來源的除草劑是必要的。除草劑不僅要考慮如何更有效地殺滅雜草,更要以適應環境、安全無公害為出發點,做到作用機理獨特,選擇性強,對環境和人類安全。

中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室周佳海課題組近年來一直致力於天然產物生物合成的結構酶學研究,其在前期工作中揭示了真核非核糖體肽大環環化的結構機制(Nat Chem Biol, 2016, 12:1001-1003),闡明瞭聚酮合酶負責延伸單元識別的酰基轉移酶底物識別機制(Angew Chem Int Ed, 2018,57:5823-5827)。近期,周佳海課題組與美國加州大學洛杉磯分校的Yi Tang以及Steven Jacobsen課題組合作,以抗性基因為導向的基因組挖掘技術成功發現了一種新型天然產物除草劑aspterric acid (AA),AA通過靶向植物支鏈氨基酸合成途徑(BCAA)中的二羥酸脫水酶(DHAD)而抑制植物的生長。該研究首次解析了DHAD全酶的結構,並利用計算化學闡明瞭AA與酶活性中心的結合機制,揭示了新型除草劑產生效能的分子機制。同時,利用產生菌自身的鄰近AA生物合成基因簇的抗性基因astD(其編碼蛋白與DHAD具有60%的同源性),成功構建了具有AA耐受性的astD轉基因作物。AA抗性基因astD轉基因植株的成功構建,預示了AA作為新型除草劑的廣闊應用前景。該工作為探索農業生產中開發新型除草劑提供了範例。相關工作於7月11日在線發表在《自然》上。

——中國科學院上海有機化學研究所網站

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上海應用物理研究所在框架核酸誘導精確礦化結構方面取得重要進展

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以框架核酸為模板的DNA——二氧化硅多級納米孔 圖片來源:中國科學院上海應用物理研究所網站

仿生納米孔道結構的設計與構建目前已成為一個研究熱點,並且為生物分析、合成化學和限域催化等提供了新的可能。中國科學院上海應用物理研究所研究員樊春海、亞利桑那州立大學教授顏顥等合作提出了一種框架核酸誘導的團簇預水解策略,將經典St?ber硅化學引入DNA結構體系,成功實現了精確可控的DNA——二氧化硅固態納米結構的製備。該研究工作以Complex silica composite nanomaterials templated with DNA origami為題,於7月16日在線發表於《自然》雜誌(Nature 2018, doi: 10.1038/s41586-018-0332-7)。

以蛋白質離子通道為代表的生物孔道結構在生物體內的傳質、換能和信號傳導過程中發揮著關鍵性作用。經典的蛋白質納米孔結構精確,然而其可控性和穩定性限制了它的廣泛應用;通過電子束刻蝕固態納米孔道則面臨著成本高、重複性差、通量低等問題。採用自組裝DNA納米結構來合成納米孔道結構則具有可編程設計、成本低廉、通量高等優點。然而,DNA孔道結構的剛性和穩定性則又成為其廣泛應用的障礙。因此,如何在維持DNA結構精確性的前提下提升其強度已成為DNA納米技術領域的一個巨大挑戰。樊春海團隊近年來在發展精確自組裝的框架核酸並應用於生物分子界面調控, 發展高靈敏生物傳感檢測和活細胞分析等方面取得了系列進展(JACS 2012, 134, 13148; Nature Chem, 2017, 9, 1056; Natl Sci Rev 2018, doi: 10.1093/nsr/nwx134)。在樊春海和顏顥指導下,上海應用物理研究所博士劉小果和博士研究生靖薪薪、亞利桑那州立大學博士張菲等合作,將框架核酸作為模板誘導團簇預水解,可以在納米尺度上忠實地將DNA序列編碼的自組裝結構複製成具有剛性結構的精確二氧化硅構型,並且可以由二維平面結構拓展至三維框架、三維曲面結構、簡單幾何結構以至複雜有序結構。這一新策略一方面突破了傳統硅化學合成在材料結構尺度上的限制,實現了納米尺度的精確二氧化硅結構的製備;另一方面還能顯著提高這種框架核酸的力學強度,使基於DNA的固態納米孔在保持精確結構的同時還具備了更好的力學性能。這種框架核酸誘導的納米孔道結構不僅精確、可控、穩定,而且價廉能大批量製造,為研究納米孔道中的新奇物理、化學性質和分析應用提供了全新的工具。

——中國科學院上海應用物理研究所網站

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白血病能通過新路徑擴散至大腦

英國《自然》雜誌7月17日在線發表一項癌症學最新發現,美國科學家團隊研究顯示,白血病細胞能夠通過獨特的神經遷移方式擴散至大腦。白血病是一種進展很快的癌症,這一發現可為白血病治療提供一個新機遇。

急性淋巴細胞白血病(ALL)是一種起源於淋巴細胞的B系或T系細胞在骨髓內異常增生的惡性腫瘤性疾病,這種異常增生的原始細胞可在骨髓聚集並抑制正常造血功能。目前,對於其病因及發病機制尚未完全清楚,但已知其經常向中樞神經系統轉移。和實體瘤腦轉移不同,ALL僅向不易受到癌細胞浸潤的軟腦膜轉移。儘管白血病各亞型都具有向中樞神經系統轉移的特徵,但長期以來,科學家對這種浸潤的統一機制尚不明確。

此次,美國杜克大學研究人員多蘿西·斯普金斯及其同事,證實了ALL細胞會隨著腰椎或顱骨骨髓與蛛網膜下腔之間血管遷移。在此過程中,ALL細胞表達的整合素,會介導癌細胞和這些血管的基底膜相結合,而干預這種結合可以減少腦轉移的發生。

研究團隊認為,弄清正常血細胞和癌細胞與血管之間的相互作用有助於發現更多的干預靶點,從而治療中樞神經系統的癌細胞浸潤。在隨附的新聞與觀點文章中,德國海德堡大學醫院科學家弗蘭克·溫科勒指出,這種獨特的ALL腦轉移路線是否與免疫監視或炎症過程有關,還需進一步研究。

——《科技日報》

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新型聚合物可轉換特性 可剛可柔

美國麻省理工學院研究人員7月18日在《自然》雜誌上發表研究論文稱,他們開發出一種新型聚合物,能夠在不同波長光線照射下改變其結構,在剛性和柔性兩種狀態間轉換。

聚合物的許多特性,如硬度和膨脹能力,都受其拓撲結構,即材料組成部分的排列方式的控制。通常,材料一旦形成,其拓撲結構就不能可逆地改變。而此次麻省理工學院化學教授傑裡邁亞·約翰遜帶領研究小組卻創建出一種可在兩種不同拓撲狀態間可逆轉換的材料。

在研究中,研究小組設計出結構可在兩個不同大小籠狀簇(一個含有24個鈀原子和48個配體分子,另一個含有3個鈀原子和6個配體分子)間可逆轉換的材料。而實現可逆轉換的關鍵,則是被納入到配體中的名為DTE的光敏分子。當DTE暴露在紫外線下時,它在配體中呈環狀,這會增加配體上的氮分子與鈀鍵合的角度,形成大的團簇;而當DTE暴露在綠色光下時,原本的環會被破壞,氮與鈀鍵合的角度變小,進而重新形成較小的團簇。這個轉換過程大約需要5個小時。但在逆轉換時,每次都會有小部分聚合物不能轉換。研究人員稱他們一共可完成7次逆轉換。

研究人員發現,當材料結構處於大簇狀態時,它是剛性的;而處於小簇狀態時,則會變得十分柔軟,在加熱時甚至可以流動,這意味著其可以被切割,並會在溫和加熱後自愈。

該研究中使用的聚合物是聚乙二醇(PEG),但研究人員稱,這種方法可以用於任何種類的聚合物。對於新材料的應用前景,研究人員表示樂觀。約翰遜認為,新材料的自愈特性可使其作為外部塗層,幫助產品延長使用壽命;拓撲結構轉換能力則有可能讓其在藥物遞送方面一顯身手,為可逆的藥物輸送提供新方法。

——《科技日報》


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