9月13日 Science杂志精选
封面故事 & 特刊：抗体，未来就在眼前
本封面的显示了一种主要抗体亚型：免疫球蛋白G 电子密度表面的结构模型 。人类的免疫系统会产生许多种类的Y字形抗体，他们可以识别外来分子，并直接有针对性地中和或者标记入侵者。科学家利用这一特性，通过绑定一个或多个特定目标的抗体，来对抗对疾病以及设计疫苗。[链接]
做好近距离观察的准备：HIV的入点之一
一项新的研究报道称，科学家们已经对HIV踏进免疫系统之门所利用的两种共受体中的一种进行了首次近距离的观察。科学家获得的这些见解可转化成为更加有效的HIV药物。CCR5是人类细胞表面的一种受体，它是HIV病毒初始攻击人类免疫系统的两种主要入点之一;通过与它结合，一个HIV的蛋白就能与其下方的细胞膜进行融合，并最终钻入细胞。HIV用来发挥这一本领的另外一种受体是CXCR4。CCR5 和 CXCR4两者都属于一种叫做G-蛋白偶联受体的受体蛋白家族，或GPCRs，它们可介导身体内的一系列功能，并因此而成为了重要的药物标靶。然而，科学家们只是在最近才获得了对GPCRs进行高分辨率成像的能力，而进行高分辨率成像对药物设计而言是至关重要的一步。来自中国科学院上海药物研究所 (SIMM)并参与了这项研究的研究人员Beili Wu解释说：“针对GPCRs的结构研究具有巨大的挑战性。”CXCR4的结构已经被破解，但即使如此，科学家仍不清楚这一受体是如何识别并与HIV病毒蛋白相结合的。
如今， 在9月13日《科学》杂志上发表的一项新研究中，Wu及其同事首次对CCR5进行了精确的观察，而HIV病毒株利用CCR5的频率更高。为了这项工作，研究人员利用了一种叫做马拉韦罗(Maraviroc)的用来治疗HIV-1的药物。这种药物是CCR5受体的拮抗剂，它通过与共受体结合从而使共受体无法被循环中的HIV利用。Wu解释说，她的研究团队之前对CXCR4所做的高分辨率成像工作也促成了此次的研究进展。她说：“近些年来在GPCR结构生物学领域的突破，特别是我们先前在破解人类CXCR4结构的研究中所取得的成功，帮助我们更好地了解了这一更具挑战性的CCR5受体的蛋白质行为。”Wu和她的同事让马拉韦罗(Maraviroc)与一种经过设计的CCR5受体结合，然后对所产生的受体/药物复合物进行提纯且得到了长度在2.7埃的结晶—— 2.7埃是一个非常高的分辨率。对该结合复合物(在该复合物中，受体可以说并未受到抑制，它只是处于不活动的状态从而不会接受HIV)的观察就HIV与细胞融合的分子通路提供了见解。至关重要的是，这些观察展示了在分子水平上的奇异行为，其允许某些HIV变异株逃避CCR5抑制剂;这种奇异现象会在 CCR5共受体呈现一种奇怪的穹顶形状时发生，而这种形状可降低其与该抑制剂的亲和力，使得受体开放并能被HIV结合。该研究还揭示了CCR5/药物复合物的各种特征有别于另外的那种与其抑制剂结合的共受体 : CXCR4的结构。例如，CCR5/药物复合物会在更深入标靶细胞膜的区域结合，而且它还占据了一个较大的面积。对这两种HIV共受体结构的比较可帮助阐释为什么一个HIV分子会选择一种共受体而不选择另外一种共受体。Wu说：“尽管CCR5和CXCR4共有非常类似的整体构造，但这两种共受体的配体结合袋内存在的差异非常小，且它们可能会导致不同共受体对不同HIV-1病毒株进行识别的结果。”这些及其它的见解将有助于科学家们以CCR5抑制为基础来改良现有的HIV药物，并创制新的HIV药物。Wu说：“我们希望我们所确定的结构能被用来了解目前的HIV病毒株进入细胞的分子细节，研发可同样抑制 CXCR4和 CCR5受体的新分子，以及阻断未来可能出现的、及可以用第二代的HIV进入抑制剂来处理的病毒株。”
由昆虫“发明”的机械齿轮
研究人员有时会向自然界寻求工程设计的灵感，例如，模仿蝇类翅膀的扑动来制造会飞的机械装置。但在有些时候，研究人员会发现所谓人类的发明——例如经典的螺丝与螺帽系统——已经在很久以前就被进化过程“设计”出来了。Malcolm Burrows和Gregory Sutton报告了一个全新的例子，而它正属于后面的(且较罕见的)一种情况：一个被称作伊苏斯(Issus)的在植物间蹦跳的昆虫属中的成员在它们的后腿中就有着能够像机械齿轮那样相互啮合并旋转的互动性齿轮。研究人员对一种特别的叫做Issus coleoptratus的昆虫拍摄了高速视频并发现，这种飞虱在其后腿的被称作转节的节段上有一个弯曲的狭条，上有10-12个轮齿。然而，他们说，这一特征只存在于I. coleoptratus的若虫中，并会在这些昆虫完成最后蜕皮而变为成虫时消失。在向前跳跃之前，飞虱将其一条腿上的轮齿与另外一条腿上的轮齿啮合以 “弯曲”它们的腿。据研究人员披露，这一动作将该昆虫的后腿紧紧地耦合起来，确保其双腿在跳跃的过程中能同步移动，且两腿之间运动的时间差在几个微妙之内。他们的发现表明齿轮——曾经被认为是人类的发明——实际上在自然界中演化了出来，且它们在跳跃于植物间的昆虫的自然行为中扮演着一种基本且具功能性的作用。因为若虫在其蜕皮时似乎修复了对其齿轮的任何损坏，Burrows 和 Sutton提出，这样的维护很可能是为了保持这些齿轮继续转动所必需的。
如果冰架融化，冰会流失
据一项新的研究报道，科学家们已经确认了南极的一个特别重要的冰架下的一种复杂的融化模式。他们的发现可改进对海平面上升的预测。覆盖地面的巨型冰盖会变平并缓慢持续地向外伸展，引起冰向冰河汇聚的海中流去。这些冰架形成了一个环绕着与地面接触的冰的边界并缓冲了冰流的运动，而且只要冰架维持完整的话，冰流就会受到浮动冰架的阻挡并减缓速度。当冰架融化及破裂时麻烦就开始了——因为它使得如今缺乏出口的来自陆地的冰向海中流去。浮动冰架丧失的一种方式是通过与温暖的海水接触而致的冰的融化——这促成了海平面的上升。融冰可因洋流所含热量而发生。科学家们还不理解温暖的海水是否均匀地在其所有的基部侵蚀冰架，还是以一种更为零星的模式侵蚀冰架。在近几十年来，Pine Island Glacier (PIG)冰架——这是巨型的南极西部冰盖的一个缓冲区——已经变薄。为了更好地理解PIG下方的融冰模式，T.P. Stanton及其同事通过深部钻孔所布置的海洋传感器对PIG的下方进行了探索。他们发现了一个宽600米的通道，通过该通道，温暖且快速流动的海水沿着该冰架底部的具体部位流动。进一步的评估揭示了一个这样的汹涌且局域性的通道的复杂网络。研究人员推断，它们的影响造成了PIG冰架以每天0.06米的速度融化。(与此同时，在这些通道之外的冰很难融化。)Stanton及其同事的研究揭示了冰-海洋相互作用在冰架动力学中的重要性，它继而能够帮助科学家们更好地预测海平面的上升程度。
旅行者1号飞船离开日光层的一个确切日子?
来自美国宇航局NASA的旅行者1号飞船自它在1977年发射升空以来就在不停地朝着离开太阳的方向前进，而来自旅行者1号飞船的新数据表明，该飞船确实已经离开了日光层——即环绕太阳系的带电粒子气泡——的温暖舒适并进入到一个叫做星际空间的深邃黑暗的太空区域。这些新的测量显示该飞船周围的等离子密度与星际介质的理论预测是一致的，根据这些新的测量研究人员提出，旅行者1号是在2012年8月25日或大约那个时候到达这个寒冷且未经探索过的星际空间的。Donald Gurnett及其同事于今年4月9日至5月22日间提供了这些新的对电子等离子体振荡的测量结果——这是一种在先前的研究中没有被发现的测量结果——它们揭示了旅行者1号位于一个电子密度大约为每立方厘米0.08的太空区域之中。(根据目前的模型，在星际介质中的电子密度应该在每立方厘米0.05至 0.22之间)。Gurnett及其同事接着回顾了来自旅行者1号的旧的数据并发现了在2012年10月23日至11月27日间的另外一个有着类似电子振荡的间期。他们计算的在那时围绕该飞船的电子密度约为每立方厘米0.06;他们说，在这两个事件之间的密度变化表明在它们之间的太空区域内有一个平稳增加的“密度斜坡”。由于旅行者1号是以每年大约3.5个天文单位进行移动的，研究人员提示，沿着这一密度斜坡电子密度随着每个天文单位的增加会上升约 19%。研究人员最终回溯性地提到了1993年(插入链接)的一个《科学》研究报告，该报告利用了一系列强烈的太阳风暴，而太阳风暴发送了一个通过日光层的冲击波。该报告解释，在该风暴之后400天，研究人员探测到了距离在大约116至117天文单位之外的、频率大约为两千赫的射电辐射。因此，研究人员顺着他们的密度坡道的斜坡往回追溯时间，直到他们读数的频率与2千赫相符。所得到的日期与2012年8月25日相符，该日期在多个证明带电荷粒子强度衰减以及银河宇宙射线强度出现尖峰的旅行者1号的研究中被引述过。
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