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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北极LNG首船到港 能源冰上丝路打通

中俄能源合作迄今最大项目——位于北极圈内的亚马尔液化天然气(LNG)项目向中国供应的首船LNG,7月19日运抵中国石油旗下的江苏如东LNG接收站;这是史上首次通过北极东北航道、穿越白令海峡实现对华能源供应,意味着中国在已有四大能源进口通道的基础上,又打通了被称为“冰上丝绸之路”的北极通道。

中国国家发改委副主任、国家能源局局长努尔·白克力和俄罗斯能源部长诺瓦克均将此举称为“中俄两国冰上丝绸之路的成功合作”,“代表了中俄能源合作的新水平”。

据悉,北极东北航道从俄罗斯萨别塔港出发,向东经过喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海直到白令海峡,之后往南,航程约10700公里;比传统向西经大西洋、地中海、苏伊士运河,之后往东,全程节省约13400公里;平均用时20天左右,比传统航线节省20天以上。

——《科技日报》

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科学家首次在琥珀中发现蛇 揭示全新物种

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。摄影Ryan C. McKellar

传奇的琥珀产区——缅甸北部克钦邦胡冈谷地再次传出“新知”。由中国、加拿大、美国和澳大利亚科学家组成的国际科学团队日前在产自此地的两块琥珀中,首次发现蛇类标本,并揭示了一个前所未知的物种。这一研究成果19日发表在美国《科学》杂志集团子刊《科学进展》上。

这两块琥珀均距今约9900万年,其中包含着蛇骨骼的一块如小柠檬般大小。与其他脊椎动物化石相比,蛇的化石极为稀有。此前,科学家从未在琥珀中发现过蛇类。早期蛇类化石则比较破碎,提供的信息不多,比如1.67亿年前的安氏黎明蛇。

“另一件标本是含蛇皮的琥珀,相比较而言,含有蛇骨骼的琥珀更为重要。”该研究的发起者、中国地质大学(北京)副教授邢立达说,中国地质大学(北京)团队和“石探记”科学团队在2016年初陆续发现了它们,然后用显微CT做出了详细三维解剖结构。

结果显示:更为重要的“蛇骨”琥珀中,连续蛇骨长4.75厘米,包括了约97枚椎骨、一些肋骨和皮肤。这些椎骨十分细小,最小的单块尾椎仅约0.35毫米长。它的尺寸和形态显示了其很可能是一个刚“破壳”的蛇宝宝。

邢立达指出,“晓蛇”最重要的价值有三点:一是首次在琥珀中发现的新生蛇,让人们了解到古蛇的发育;二是它的骨骼类型很特别,是区别于以往所有蛇类的全新物种;三是这些标本表明古代蛇类曾在海洋边缘的森林中生活,这意味着早期蛇类的生态多样性超出以前的认知。

——新华社

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美国加州大学洛杉矶分校与上海有机所合作在天然产物来源的新型除草剂研究中取得进展

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植物支链氨基酸合成途径中三种广谱除草剂靶点以及其中的二羟酸脱水酶(DHAD)的晶体和晶体结构 图片来源:中国科学院上海有机化学研究所网站

活性天然产物能够抑制细胞活动中的特定靶点,在过去一个世纪中常常被作为医药健康和农药研发(如杀虫剂、抗菌剂、除草剂及植物生长调节剂)的先导分子。杂草抗性问题是威胁粮食作物生产的重要问题之一,基于环境保护和农业可持续发展的要求,大力研究和发展天然产物来源的除草剂是必要的。除草剂不仅要考虑如何更有效地杀灭杂草,更要以适应环境、安全无公害为出发点,做到作用机理独特,选择性强,对环境和人类安全。

中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室周佳海课题组近年来一直致力于天然产物生物合成的结构酶学研究,其在前期工作中揭示了真核非核糖体肽大环环化的结构机制(Nat Chem Biol, 2016, 12:1001-1003),阐明了聚酮合酶负责延伸单元识别的酰基转移酶底物识别机制(Angew Chem Int Ed, 2018,57:5823-5827)。近期,周佳海课题组与美国加州大学洛杉矶分校的Yi Tang以及Steven Jacobsen课题组合作,以抗性基因为导向的基因组挖掘技术成功发现了一种新型天然产物除草剂aspterric acid (AA),AA通过靶向植物支链氨基酸合成途径(BCAA)中的二羟酸脱水酶(DHAD)而抑制植物的生长。该研究首次解析了DHAD全酶的结构,并利用计算化学阐明了AA与酶活性中心的结合机制,揭示了新型除草剂产生效能的分子机制。同时,利用产生菌自身的邻近AA生物合成基因簇的抗性基因astD(其编码蛋白与DHAD具有60%的同源性),成功构建了具有AA耐受性的astD转基因作物。AA抗性基因astD转基因植株的成功构建,预示了AA作为新型除草剂的广阔应用前景。该工作为探索农业生产中开发新型除草剂提供了范例。相关工作于7月11日在线发表在《自然》上。

——中国科学院上海有机化学研究所网站

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上海应用物理研究所在框架核酸诱导精确矿化结构方面取得重要进展

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以框架核酸为模板的DNA——二氧化硅多级纳米孔 图片来源:中国科学院上海应用物理研究所网站

仿生纳米孔道结构的设计与构建目前已成为一个研究热点,并且为生物分析、合成化学和限域催化等提供了新的可能。中国科学院上海应用物理研究所研究员樊春海、亚利桑那州立大学教授颜颢等合作提出了一种框架核酸诱导的团簇预水解策略,将经典St?ber硅化学引入DNA结构体系,成功实现了精确可控的DNA——二氧化硅固态纳米结构的制备。该研究工作以Complex silica composite nanomaterials templated with DNA origami为题,于7月16日在线发表于《自然》杂志(Nature 2018, doi: 10.1038/s41586-018-0332-7)。

以蛋白质离子通道为代表的生物孔道结构在生物体内的传质、换能和信号传导过程中发挥着关键性作用。经典的蛋白质纳米孔结构精确,然而其可控性和稳定性限制了它的广泛应用;通过电子束刻蚀固态纳米孔道则面临着成本高、重复性差、通量低等问题。采用自组装DNA纳米结构来合成纳米孔道结构则具有可编程设计、成本低廉、通量高等优点。然而,DNA孔道结构的刚性和稳定性则又成为其广泛应用的障碍。因此,如何在维持DNA结构精确性的前提下提升其强度已成为DNA纳米技术领域的一个巨大挑战。樊春海团队近年来在发展精确自组装的框架核酸并应用于生物分子界面调控, 发展高灵敏生物传感检测和活细胞分析等方面取得了系列进展(JACS 2012, 134, 13148; Nature Chem, 2017, 9, 1056; Natl Sci Rev 2018, doi: 10.1093/nsr/nwx134)。在樊春海和颜颢指导下,上海应用物理研究所博士刘小果和博士研究生靖薪薪、亚利桑那州立大学博士张菲等合作,将框架核酸作为模板诱导团簇预水解,可以在纳米尺度上忠实地将DNA序列编码的自组装结构复制成具有刚性结构的精确二氧化硅构型,并且可以由二维平面结构拓展至三维框架、三维曲面结构、简单几何结构以至复杂有序结构。这一新策略一方面突破了传统硅化学合成在材料结构尺度上的限制,实现了纳米尺度的精确二氧化硅结构的制备;另一方面还能显著提高这种框架核酸的力学强度,使基于DNA的固态纳米孔在保持精确结构的同时还具备了更好的力学性能。这种框架核酸诱导的纳米孔道结构不仅精确、可控、稳定,而且价廉能大批量制造,为研究纳米孔道中的新奇物理、化学性质和分析应用提供了全新的工具。

——中国科学院上海应用物理研究所网站

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白血病能通过新路径扩散至大脑

英国《自然》杂志7月17日在线发表一项癌症学最新发现,美国科学家团队研究显示,白血病细胞能够通过独特的神经迁移方式扩散至大脑。白血病是一种进展很快的癌症,这一发现可为白血病治疗提供一个新机遇。

急性淋巴细胞白血病(ALL)是一种起源于淋巴细胞的B系或T系细胞在骨髓内异常增生的恶性肿瘤性疾病,这种异常增生的原始细胞可在骨髓聚集并抑制正常造血功能。目前,对于其病因及发病机制尚未完全清楚,但已知其经常向中枢神经系统转移。和实体瘤脑转移不同,ALL仅向不易受到癌细胞浸润的软脑膜转移。尽管白血病各亚型都具有向中枢神经系统转移的特征,但长期以来,科学家对这种浸润的统一机制尚不明确。

此次,美国杜克大学研究人员多萝西·斯普金斯及其同事,证实了ALL细胞会随着腰椎或颅骨骨髓与蛛网膜下腔之间血管迁移。在此过程中,ALL细胞表达的整合素,会介导癌细胞和这些血管的基底膜相结合,而干预这种结合可以减少脑转移的发生。

研究团队认为,弄清正常血细胞和癌细胞与血管之间的相互作用有助于发现更多的干预靶点,从而治疗中枢神经系统的癌细胞浸润。在随附的新闻与观点文章中,德国海德堡大学医院科学家弗兰克·温科勒指出,这种独特的ALL脑转移路线是否与免疫监视或炎症过程有关,还需进一步研究。

——《科技日报》

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新型聚合物可转换特性 可刚可柔

美国麻省理工学院研究人员7月18日在《自然》杂志上发表研究论文称,他们开发出一种新型聚合物,能够在不同波长光线照射下改变其结构,在刚性和柔性两种状态间转换。

聚合物的许多特性,如硬度和膨胀能力,都受其拓扑结构,即材料组成部分的排列方式的控制。通常,材料一旦形成,其拓扑结构就不能可逆地改变。而此次麻省理工学院化学教授杰里迈亚·约翰逊带领研究小组却创建出一种可在两种不同拓扑状态间可逆转换的材料。

在研究中,研究小组设计出结构可在两个不同大小笼状簇(一个含有24个钯原子和48个配体分子,另一个含有3个钯原子和6个配体分子)间可逆转换的材料。而实现可逆转换的关键,则是被纳入到配体中的名为DTE的光敏分子。当DTE暴露在紫外线下时,它在配体中呈环状,这会增加配体上的氮分子与钯键合的角度,形成大的团簇;而当DTE暴露在绿色光下时,原本的环会被破坏,氮与钯键合的角度变小,进而重新形成较小的团簇。这个转换过程大约需要5个小时。但在逆转换时,每次都会有小部分聚合物不能转换。研究人员称他们一共可完成7次逆转换。

研究人员发现,当材料结构处于大簇状态时,它是刚性的;而处于小簇状态时,则会变得十分柔软,在加热时甚至可以流动,这意味着其可以被切割,并会在温和加热后自愈。

该研究中使用的聚合物是聚乙二醇(PEG),但研究人员称,这种方法可以用于任何种类的聚合物。对于新材料的应用前景,研究人员表示乐观。约翰逊认为,新材料的自愈特性可使其作为外部涂层,帮助产品延长使用寿命;拓扑结构转换能力则有可能让其在药物递送方面一显身手,为可逆的药物输送提供新方法。

——《科技日报》


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