狗的嗅觉超乎想象；高效制备单晶有新方法；多任务并行让工作不开心 | 一周科技速览
01
模拟禁食+维C，能抗癌吗？
图片来源：网络
近期一项研究发现，禁食模拟饮食（Fasting-mimicking diet，FMD）加上维生素C（Vit C），在小鼠模型中，可以延缓多种结直肠癌的进展，包括携带KRAS突变的难治性结直肠癌。这项研究发现在《自然·通讯》杂志。
禁食模拟饮食并不是完全不吃，也不是所谓的“饥饿疗法”，它是一种按周期进行的，以素食为基础的低热量饮食方式。此前研究发现，禁食模拟饮食有可能延缓癌症的进展，增强化疗的疗效，还能减轻正常细胞化疗相关的副作用。另一方面，高剂量的Vit C可能有抗癌作用，但仅凭Vit C“单打独斗”，效果不理想。
在《自然·通讯》的这项研究中，研究者尝试用禁食模拟饮食增强 Vit C 的抗癌作用，并在结直肠癌、肺癌、胰腺癌的小鼠模型中进行验证。结果显示，对这些癌症，联合方案都有效果，对结直肠癌的效果最好。尤其是一种特殊类型的结直肠癌——有KRAS突变的结直肠癌。近一半的结直肠癌患者存在KRAS突变，这个突变会使癌症难治，即恶性程度高，生存率低。而禁食模拟饮食＋Vit C ，能够降低人体内铁蛋白（一种与铁结合的蛋白）的水平，通过调节细胞内铁离子水平和参与氧化应激的分子发挥抗癌效应。
主要研究者、南加州大学老年医学院及长寿研究所的Valter Longo教授表示，研究首次展示了一种针对侵袭性癌症的低毒治疗方法。不过，这些研究结果只是一项体外实验，能否在人体上也实现这样的效果，需要更多研究来进一步探索。
[1] DOI: 10.1038/s41467-020-16243-3
[2] http://www.sciencemag.org/content/early/2015/11/04/science.aaa5004.full
02
高效生长单晶新方法：纳米滴液结晶
对于开发新药制剂来说，能够用极少量的药物分子制备高质量的单晶是至关重要的。近日，英国研究人员在《化学》杂志上发表了他们的研究结果，报道了他们新近开发的一种结晶方法，只需要几毫克的化学物质就可以在几天内获得高质量的单晶。
这种方法的核心是从纳米液滴中生长出小晶体。虽然在液滴中生长晶体已经不是什么新鲜事了，但本文的创新之处在于使用惰性油来减少溶剂蒸发损失。通过使用这种被称为“包封纳米液滴结晶（ENaCt）”的新方法，研究人员可以将几微克的化学物质溶解在几纳升的有机溶剂中，并利用自动化的方法，在几分钟内设置数百个参数不同结晶实验，从而同时生长数百个单晶。研究显示利用这种液滴结晶方法得到的单晶质量很高，能够满足现代X射线衍射分析要求。
研究人员表示，这种新方法有可能对许多学科产生深远的影响。例如，通过对新分子（如天然产物或复杂合成分子）进行详尽的晶体结构表征，可以在基础科学层面获得许多新的知识。此外，这种方法可以快速获得新的活性药物分子的单晶，从而大大加速新药开发。
[1] doi.org/10.1016/j.chempr.2020.04.009
[2] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/nu-cbc050820.php
03
免疫细胞制造的杀器：蛋白质“炸弹”
免疫系统的杀伤T细胞（也称细胞毒性T细胞）绝非浪得虚名：它们能凭借穿孔素等“弹药”，杀死受感染的细胞和癌细胞。穿孔素是一种蛋白质，能刺穿靶细胞膜，随后杀伤T细胞释放的颗粒酶涌入靶细胞，让细胞自杀。至于杀伤T细胞是仅负责喷出颗粒酶和穿孔素，还是依靠专门的结构将这些分子转运至靶细胞，研究者之前尚不清楚。
为了寻找答案，牛津大学的科学家追踪了杀伤T细胞释放出的分子，发现杀伤T细胞会将这些分子装进容器，就好像把“弹药”装进“炸弹”里。这个容器被称为“超分子攻击颗粒”（SMAPs），它其实是一种细胞毒性多蛋白复合物。SMAPs“炸弹”由杀伤T细胞迅速释放，能够对癌细胞等靶细胞发起自主攻击。可见，杀伤T细胞并不仅仅是释放颗粒酶和穿孔素，还制作了一个复杂的容器来传递它们。相关研究已发表在《科学》杂志。
为了模拟杀伤T细胞与靶细胞之间的相互作用，研究人员将T细胞置于类似细胞膜的结构上，结果SMAPs迅速出现在膜上，这表明T细胞在锁定膜结构之后就释放出了SMAPs。当研究人员将杀伤T细胞从膜表面拔出后，一些SMAPs存留下来，并能在长达一天的时间内继续发挥杀死细胞的功效，就像分子“地雷”一样。
通过分析“炸弹”中的“弹药”，科学家发现，SMAPs除了含有穿孔素和颗粒酶以外，还包含280多种其他蛋白质，例如能够吸引免疫细胞并控制其行为的分子。未来的研究或能揭示SMAPs是否也承担了细胞间交流等更多功能。
[1]www.sciencemag.org/news/2020/05/immune-cells-blast-infections-and-cancer-protein-bombs
[2] https://science.sciencemag.org/content/early/2020/05/06/science.aay9207
04
远古巨型病毒感染机制解密
近年来，从西伯利亚的永久冻土到南极冰层下，科学家们均发现了一些神秘的史前巨型病毒。这些病毒的规模和复杂性颠覆了人们对病毒的常规认知。它们的直径大于300纳米（鼻病毒只有30纳米），且带有复杂的基因组拥有坚固的外壳，能够抵御恶劣环境。西伯利亚所发现的巨型病毒甚至在多年冻土中保存了3万年后仍具有感染能力，但对于巨型病毒如何进入宿主细胞目前依然未知。
近日，美国和巴西的研究人员利用结构和组学技术表征了巨型病毒感染的初始阶段，分析了巨型病毒感染细胞的关键过程。借助先进的成像技术，研究人员开发了一种用于研究巨型病毒的可靠模型，并且首次鉴定和表征了负责协调感染的几种关键蛋白，发现诱发病毒感染的三大环境条件：低PH、高温和高盐。该项研究成果已于2020年5月8日在线发表于《细胞》。
病毒感染过程｜图片来源：[2]
研究人员通过冷冻电镜（cryo-EM）、冷冻电子断层扫描（cryo-ET）和扫描电镜（SEM）观察到了巨型病毒中拟菌病毒（Mimivirus）属的Samba病毒的四种感染中间体。这四种中间体均反映出与体内发生的阶段相似的形态，他们发现病毒基因组释放阶段在其他拟菌病毒中是保守的。通过差异质谱，研究人员还鉴定出了从Samba病毒和新发现的Tupan病毒中释放的蛋白质。
这项研究不仅拓展了人们对病毒学的理解，同时敲响了人类生态环境的警钟。虽然目前依然不确定巨型病毒是否能够感染人类，但这无疑将会是病毒学家未来重点关注的话题。
[1] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/msu-nss050820.php
[2] doi:10.1016/j.cell.2020.04.032
[3] msutoday.msu.edu/news/2020/new-study-shines-light-on-mysterious-giant-viruses
05
阳光下的“龙宫”，是彩色的
在日本民间传说中，海龙王住在色彩斑斓的海底龙宫，而在太阳系距地球约3.4亿公里外，也有一座“龙宫”——近地小行星162173该小行星于1999年首次被发现， 2015年被正式命名为“龙宫”（Ryugu），取自日本儿童熟悉的传说。日本隼鸟2号项目团队最新发表在《科学》杂志的报告表明，天上的“龙宫”也色彩鲜明。
“龙宫”直径约1千米，中心膨胀，形似陀螺，运行轨道位于地球和火星之间。2014年日本发射了隼鸟2号太空飞船一探“龙宫”，于2019年11月完成探测返回地球。虽然收集好样本的隼鸟还在归途，但传回的数据已经开始帮助科学家了解小行星的起源和演化。
地面团队接收到传回的高分辨率图像和视频后，调查了样本周围以及整个龙宫的地层学特征，发现大量红色物质，并且地表颜色呈纬度变化，远观为红蓝相间效果（见下图）。研究人员推测：龙宫曾在太阳附近发生轨道偏移，和太阳短暂地近距离接触，从而被加热发红。从赤道开始往中纬度的撞击事件、热疲劳以及质量浪费，让下层的蓝色物质逐渐显露在外。在太空风化作用下，不断加深，最终变成了如今隼鸟看到的色彩效果。
“龙宫”颜色演化｜图片来源：[2]
尽管这种推测不能解释全面观测所揭示的含水矿物的低丰度，但隼鸟2号预计于今年年底返回地球，研究人员将有望从其携带的样本搜寻答案，这里面可能还藏着太阳系形成以及内行星的形成与演化的历史。
[1] news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/5/439576.shtm
[2] science.sciencemag.org/content/368/6491/654
06
狗狗鼻子的嗅觉极限
狗的鼻子非常灵敏，检测可燃性液体对它们来说完全不在话下。不过，此前的研究一直没有定量证明狗狗在这方面的能力极限。近日，阿尔伯塔大学的一项最新研究表明，训练有素的狗狗可以嗅出含量只有相当于一茶匙的十亿分之一的汽油。这项研究指出了狗狗嗅觉灵敏程度的极限，对于纵火案件的调查工作以及法庭定罪有着重要意义。
“我们可以让狗狗来指认含有可燃性液体痕迹的残余物，从而坐实蓄意纵火的假设。”阿尔伯塔大学化学系的研究生，论文的第一作者、曾在加拿大皇家骑警队工作了6年的Robin Abel解释道。“当然，狗的嗅觉不能作为呈堂证供，所以狗狗指认的残余物必须带回实验室进行分析检测。”
可是，狗的嗅觉比传统的实验室检测技术要灵敏得多。类似的案例屡见不鲜——狗标示出残余物里有可燃性液体，实验室检测结果却说没有。显然，实验室检测技术在灵敏度方面“跟不上”狗狗的侦察水平。因此研究人员提出了一种检测灵敏度的实验方案，使用多孔瓷砖以及不会刺激狗狗的溶剂定量实验。实验室检测技术必须将灵敏度提高到一定的基准，才能分析得了来自狗狗的指认证据，而这个基准就是狗狗嗅觉的灵敏度的极限。
那么，这个极限在哪里呢？换句话说，狗能检测出多么微小的汽油含量呢？“在这项研究中，狗能检测5皮升（5×10-15立方米）汽油。” 阿尔伯塔大学化学系副教授、埃布尔的导师James Harynuk补充道，“这鼻子太灵了！”
[1] doi.org/10.1016/j.forc.2020.100230
07
高强度高韧性的新型“超级钢”
自人类进入钢铁时代以来，强度、韧性、延展性就成了钢材的关键参数，但三者往往不可兼得，如高强度意味着低延展性。因此在材料科学和工业生产中，同时提升钢材的这3个参数一直是一个挑战。
2020年5月初，钢材料的研究取得了突破。香港大学和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）合作研发出一种称之为“超级钢”的材料，在强度、韧性、延展性的综合表现远超当前其他金属材料（如下图中D&P Steel，箭头处）。
其所以被称为D&P钢，是由于加工时采用了一种新的形变 (deform)、定位 (position) 方法。该方法会使内部呈现出独特的断裂方式，即主裂纹下方形成多个微裂纹，这些微裂纹能吸收大量外加能量，从而大幅提高韧性，这种机制被该团队称为“晶界分层开裂增韧”。
超级钢的优点有两个一是原料成本低，超级钢的成分除了铁还含有10%锰、0.44%碳、1.87%铝、0.67%钒：均为钢材中常见合金元素，原料成本只有航空用马氏体钢 (maraging) 的20%.二是，合成工艺简便，通过常见热轧、温轧、冷轧、热处理便可加工而成，因此具备工业集成的潜力。基于这些优点，超级钢的应用前景十分广泛，包括超强防弹衣、桥梁电缆、轻型汽车和军用车辆减重、航空航天、建筑行业的高强度连接件等。
[1] www.hku.hk/press/news_detail_16681.html
[2] https://www.hku.hk/f/upload/21011/Press%20Conference-MX%20Huang-Steel-0512.pdf
[3] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/tuoh-hss051220.php
[4] DOI: 10.1126/science.aba9413
08
多任务并行处理会导致工作中产生负面情绪
对于上班族来说，上一时刻在撰写文档，下一时刻已经跳到回复邮件，这是再正常不过的“多任务并行处理”模式。美国休斯顿大学、加州香槟分校和德州农机大学的一项联合研究发现，这种持续的“打断式“工作会导致员工的沮丧和恐惧。这项研究的作者Ioannis Pavlidis认为，多任务并行处理的工作经历不仅让员工感到压抑，而且这种情绪还写在员工的脸上，进而导致整个办公室充满了负面的情绪。
研究人员利用新的算法，基于共生矩阵来分析26位白领员工（knowledge workers）在简单文档撰写工作中的面部表情。参与实验的员工分为两组，第一组员工只受到有限的“分心”，他们在开始文档撰写工作时回复一堆邮件；第二组员工则会在撰写文档的时候，不断受到新邮件的打扰，并被告知尽快答复。
研究发现，第二组员工心理负担增加，明显比第一组员工显得更沮丧，而且他们的面部表情中也混有一丝恐惧，可能是因为对马上要到来的“打断”感到恐惧。而第一组员情绪基本正常，他们在处理邮件环节时会有生气的表情，好在这种情绪不会持续太长。研究人员认为，可能是因为他们意识到一下子要处理这么多邮件而感到生气。对此文章建议，若回复邮件是唯一剩下的任务，那么就把这个任务安排到最后。不过，这个建议在目前的工作压力下恐怕不那么现实。
多任务并行处理几乎成为现代工作必然要求，但在开放式办公的环境下，写在脸上的负面情绪会想打哈气一样在办公室里“传染” ，可能会对工作以及企业文化产生影响。因此研究人员建议在疫情后组织更有凝聚力的工作环境。同时，他们也感兴趣疫情期间家工作时人们的情绪，这将是一个有意思的问题。
[1] www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/uoh-mit051120.php
[2] https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3313831.3376282
撰文 | 叶译楚、太阁尔、韩若冰、顾舒晨、小叶、顾淼飞、夏春秋、杨凌
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