合成生物學(xué)的“珠峰”

據(jù)一項新研究報告，研究人員第一次合成了一個真核細(xì)胞染色體。該染色體來自一種在地球上被研究得最透徹的生物之一：發(fā)面酵母或釀酒酵母。酵母已被用來制造啤酒、生物燃料及藥物，但它們一旦配備了全套合成的且可變的染色體時，比如在此項研究中所設(shè)計的染色體，這種單細(xì)胞生物就可以生產(chǎn)出這些重要商品的更好的版本，其中包括新的抗生素或?qū)Νh(huán)境更友善的生物燃料。盡管研究人員在該研究中僅僅合成了該酵母菌的16條染色體中的1條，但他們的努力是通往構(gòu)建一個完整的真核細(xì)胞生物基因組的關(guān)鍵性的一步。

作為真核生物的發(fā)面酵母的基因組是由1200萬個核苷酸組成的；核苷酸是基因字母，它們以一種特別的順序被串在一起。由Jef Boeke和Narayana Annaluru領(lǐng)導(dǎo)的一個小組將目標(biāo)對準(zhǔn)該酵母菌的染色體III，后者由超過2.5%的這些核苷酸所組成。他們用軟件來對其作出小的變動；尤其是移除某些基因間重復(fù)及較少使用的DNA區(qū)域。接著他們通過將個體核苷酸串聯(lián)在一起而構(gòu)建了一種真實(shí)的染色體版本；核苷酸是基因的構(gòu)建模塊。重要的是，他們在被認(rèn)為不重要的基因旁邊放置了小的被稱作loxPsym位點(diǎn)的標(biāo)記，這樣他們便能改變或刪除被標(biāo)注的基因以觀察該酵母菌是否能夠存活。

研究人員在活體酵母菌細(xì)胞內(nèi)放入他們的人工合成的染色體并測試了這些改變的細(xì)胞在不同營養(yǎng)物及在不同條件下生長的能力。在每種情況下，配備有某種合成染色體版本的酵母菌功能與天然酵母菌的功能沒有差別。研究人員通過激活不同的loxPsym位點(diǎn)以改變或刪除基因，從而進(jìn)一步地操縱酵母菌細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)胞的生長會更為緩慢。而其他某些具有不同基因組合的細(xì)胞則會非?？焖俚厣L。例如，通過以不同方式重組DNA，研究人員希望能夠設(shè)計出可比天然酵母菌制造更多乙醇的或在困難的環(huán)境中生長得更好的酵母菌。這項工作確立了酵母菌這種選定的真核生物可作為設(shè)計合成真核生物基因組生物學(xué)的基礎(chǔ)。

生命早期干預(yù)計劃可助貧困兒童

成年后更健康

一項新的研究提示，在生命的頭5年中經(jīng)歷過高品質(zhì)干預(yù)計劃的貧困兒童在成年時會比那些沒有得到高品質(zhì)干預(yù)計劃的貧困兒童有更好的身體健康結(jié)果。在美國醫(yī)療費(fèi)用飛漲以及強(qiáng)調(diào)延緩起病時間與疾病發(fā)生后治療疾病同樣重要的背景中，這項研究揭示了在孩提時代早期進(jìn)行干預(yù)以預(yù)防疾病與促進(jìn)健康的潛力。先前的研究已經(jīng)顯示，那些在生命早期有著不良條件的人在成年時更加會出現(xiàn)健康問題。

研究人員一直知道，在那些高風(fēng)險青少年中實(shí)施早期兒童計劃可減少其犯罪、提高其賺錢能力，并且會鼓勵這些孩子留在學(xué)校學(xué)習(xí)，但研究人員就這些計劃對其健康的影響，尤其是對這些參與者成年后的影響，則一直沒有清晰的看法。如今，引述來自美國最早的兒童早期干預(yù)計劃之一——Carolina Abecedarian Project （ABC）——的數(shù)據(jù)，F(xiàn)rances Campbell及其同事證明參與該計劃是如何確實(shí)導(dǎo)致了這些人在成年時會有更好的身體健康；Carolina Abecedarian Project（ABC）的創(chuàng)立是為了評估一種富有促進(jìn)作用的環(huán)境可在貧困兒童中防止輕度的發(fā)育遲緩。在1972年至1997年間出生的四個群組的兒童參與了該項計劃（該5年計劃在2002年時在每個孩子身上的花費(fèi)大約為6.7萬美元）。

在多個間期中對這些參與者進(jìn)行了追蹤，直到他們35歲左右；在該時間點(diǎn)，他們接受了心血管及代謝風(fēng)險因子的生物醫(yī)學(xué)調(diào)查。與那些在出生及5歲之間沒有接受過ABC計劃的一開始就貧困的35歲左右的人相比，那些參與ABC計劃的人的這2種風(fēng)險因子都較低。例如，在接受過治療的男性中，其平均收縮壓較低，而接受過治療的女性也較少可能受到腹部肥胖的影響。盡管生命早期的經(jīng)歷會影響成年時期健康的確切機(jī)制尚未確定，但這項工作顯示了關(guān)注兒童生命頭5年的高品質(zhì)干預(yù)的重要性；如果沒有這些干預(yù)，這些孩子會在缺乏某些促進(jìn)作用或營養(yǎng)的情況下成長。

全腦圖將神經(jīng)元與行為掛鉤

將神經(jīng)元回路與某種活的生物體的特定行為掛鉤已被證明是出了名的困難。但是，Joshua Vogelstein及其同事研發(fā)出了一種用于調(diào)查這類神經(jīng)元回路以及受到這些回路激發(fā)的行為的新技術(shù)，他們用該技術(shù)創(chuàng)建了一個在果蠅幼蟲的神經(jīng)元參考圖譜。據(jù)這些研究人員披露，這一圖譜將果蠅幼蟲的神經(jīng)元中的一大部分與29種果蠅的一般行為，如“轉(zhuǎn)身—避開”或“逃逸”等掛鉤，而且它為在動物王國中調(diào)查選擇并控制這些獨(dú)特行為的基礎(chǔ)機(jī)制提供了一個寶貴的起點(diǎn)。Vogelstein及團(tuán)隊在37780個果蠅幼蟲的腦中使用了一種會對光作出反應(yīng)的被稱作視紫紅質(zhì)通道蛋白的蛋白質(zhì)來選擇性地激活1054個不同的神經(jīng)元通路。高速攝像機(jī)捕捉到了該神經(jīng)元在刺激之前、之中及之后果蠅幼蟲的形狀及運(yùn)動的視頻，而最先進(jìn)的軟件將這些運(yùn)動歸類為不同的“行為類型”，或者說是行為的基本族及亞族。研究人員的光遺傳學(xué)篩檢方法確認(rèn)了會影響通過自然刺激所觸發(fā)的日常行為以及從前沒有被記錄過的行為類型的神經(jīng)元。他們說，將來，它也許也能適用于其他的生物體。