科技名刊精選

Nature

對BRISC-SHMT2組裝的代謝控制可調控免疫信號傳導

Nature封面：復雜的關系。Nature雜志第7760期封面文章報道了人BRISC-SHMT2復合體的冷凍電鏡結構，分辨率為3.8埃，并揭示出維生素B6在控制復合體組裝和免疫信號傳導功能方面具有意料之外的作用。BRISC有一個基底（黑色）和兩個臂（藍色），呈U形結構。SHMT2（橘紅色）則連接兩臂并阻斷BRISC的活性位點，抑制其酶活性直到抵達特定靶點。PLP激活SHMT2可以阻止其與BRISC形成復合體。細胞內PLP水平上升會減少BRISC-SHMT2之間的互作和炎癥信號傳導，揭示了維生素B6代謝與免疫響應控制之間有著直接聯(lián)系。

拓撲超導態(tài)中源于克萊因佯謬的完美安德烈夫反射

Nature封面：運動的自由。Nature雜志第7761期封面文章報道了電子完美傳輸通過普通金屬與拓撲超導體間接觸勢壘的證據，即克萊因隧穿效應?？巳R因隧穿效應是一種相對論效應，它指的是粒子可以穿過兩種材料之間的勢壘——如同勢壘根本不存在。電子（金色球體）隧穿通過勢壘后會與一個配對電子結合，形成庫珀對（見封面圖片的隧道遠端）。這樣一來，帶負電的空穴（黑色球體）會從勢壘反射回來。通常情況下，勢壘處存在部分電子散射，抑制這一過程。但是在有拓撲超導體的勢壘處，電子散射完全被抑制。

可實現無纜飛行的微型撲翼飛行器

Nature封面：新型飛行器。Nature雜志第7762期封面文章報道了RoboBee X-Wing，一款能夠實現無纜飛行的昆蟲大小的飛行器。讓重于空氣的物體飛行非常耗能，無論該物體大小如何。超小型飛行器的飛行難度尤其大，因為需要將輕量型組件整合起來以提供必不可少的電子器件和推進力。因此，大部分昆蟲大小的飛行器在飛行時都需要系繩連接外部電源。RoboBee X-Wing自重僅90毫克，靠兩個壓電制動器驅動四個撲翼，同時搭載一個60毫克的光伏陣列和一個91毫克的信號發(fā)生器，其推力效率與體積相似的昆蟲相當。

兩種性別的秀麗隱桿線蟲的完整聯(lián)結圖譜

Nature封面：秀麗隱桿線蟲。Nature雜志第7763期封面文章報道了模式生物秀麗隱桿線蟲兩種性別的完整神經聯(lián)結圖譜。這些神經圖譜（或稱聯(lián)結圖譜）根據最新的和已發(fā)表的電子顯微圖像繪制而成，涵蓋了秀麗隱桿線蟲從感覺輸入到終器輸出的所有聯(lián)結，并對1986年一項研究做出了更新。這些神經圖譜可以讓研究人員確定每個突觸的位置，并根據其物理大小間接測量每個聯(lián)結的強度。研究團隊對雄性和雌雄同體的線蟲進行了直接比較，估計約有30%的聯(lián)結在強度方面存在顯著的性別差異。兩個聯(lián)結圖譜有助于確定控制線蟲行為的神經環(huán)路。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

Science

反芻動物的基因組研究

Science封面：南非林波波省馬普古布韋國家公園，雌性劍羚(學名Raphicerus campestris)。Science雜志第6446期封面文章報道了反芻動物的基因組，以確定構成它們多樣化和在進化中茁壯成長能力的具體特征。反芻動物，是世界上分布最廣的食草哺乳動物譜系之一。反芻動物是具有重要的農業(yè)、生態(tài)和生物醫(yī)學意義的哺乳動物，是哺乳動物中最多樣化的群體之一。這一分支現存的大約200個物種，包括傳統(tǒng)的牲畜，如牛和羊，瀕臨滅絕的物種，如麋鹿或麋鹿，以及具有生物醫(yī)學價值的物種。

產生具有時變軌道角動量的極紫外光束

Science封面：一對延時渦旋激光脈沖(紅色)相干地向上轉換成具有自扭矩的極紫外(EUV)渦旋脈沖(青色)。這一特性表現為軌道角動量(OAM)的平穩(wěn)、短暫增加(由EUV光束的空間扭曲頻率表示)，從低OAM(右上)到高OAM(左下)發(fā)展。Science雜志第6447期封面文章報道了結構光束可以作為渦旋光束攜帶光的角動量，被用來增強光通信和成像?？茖W家們通過高次諧波的產生過程，對兩束軌道角動量不同的入射延時渦旋光束進行干涉，產生動態(tài)渦旋脈沖。這種動態(tài)渦旋脈沖可能被用于在超快時間尺度上操縱納米結構和原子。

RNA引導的DNA插入與CRISPR相關的轉座酶

Science封面：RNA引導的DNA插入與CRISPR相關的轉座酶。Science雜志第6448期封面文章報道了細菌CRISPR系統(tǒng)研究進展。這是一種適應性免疫防御機制。一種新的CRISPR亞型現在被轉座子增選，以實現其插入基因組的目標區(qū)域。這種功能強大的CRISPR-Cas12k系統(tǒng)可以通過編程實現精確、高效的靶向基因插入，在基因組編輯應用中具有巨大的潛力?？茖W家使用了來自藍藻細菌Scytonema hofmanni (ShCAST)的CRISPR相關轉座酶。ShCAST將DNA整合到大腸桿菌基因組的目標位點，頻率高達80%，沒有陽性選擇。

更強壯的人造肌肉

Science封面：人造肌肉。Science雜志第6449期封面文章報道了加熱后，由熱塑性塑料和彈性體層組成的應變可編程纖維人造肌肉驅動一個微型打印手臂，舉起一個重量為自身重量650倍的啞鈴。這些以纖維為基礎的肌肉，長度為數百米，在力量和橫向尺寸方面高度可調，因此可能為機器人和假肢制造提供機會。人體有600多塊肌肉，負責心跳、面部表情和運動等功能。可以通過直接使用電能、熱能或化學能來產生運動并實現更普遍的自動化，擴大對模擬肌肉的執(zhí)行器的使用?？茖W家們分別描述了新型纖維狀人造肌肉，并利用了扭曲和卷曲幾何結構的力學優(yōu)勢。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

生態(tài)環(huán)境

亞熱帶森林群落生物多樣性維持機制研究

中國科學院植物研究所馬克平研究團隊致力于亞熱帶森林生物多樣性研究。最新研究成果發(fā)表于Science。研究人員對浙江省開化縣古田山24公頃樣地內連續(xù)9年幼苗存活監(jiān)測數據進行了分析，基于鄰居效應模型，發(fā)現同種密度制約的強度主要受植物菌根類型影響，叢枝菌根植物更易受到同種鄰居密度限制，而外生菌根植物鄰居卻能夠保護異種個體免受同種密度制約的影響。隨后，研究人員通過選取34個物種320個植物個體，利用分子生物學技術對植物根際土壤真菌群落組成進行測定發(fā)現，在樹木生長過程中，植物累積病原真菌和外生菌根真菌的速度在物種間存在顯著差異，并呈顯著負相關。

亞熱帶常綠闊葉林（圖片來源于中國科學院植物研究所網站）

同種密度制約與病原真菌（A，C）以及外生菌根真菌（B，D）累積速度的關系（圖片來源于中國科學院植物研究所網站）

渤海褐潮原因種歷史溯源和生物地理學研究進展

中國科學院海洋研究所唐贏中研究員課題組在渤海褐潮原因種的歷史溯源和生物地理學研究方面開展研究。研究論文發(fā)表于Molecular Ecology。研究聚焦自2009年以來對我國渤海海域貝類養(yǎng)殖業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)造成巨大損失的褐潮，首次證實了褐潮原因種抑食金球藻在其生活史中存在休眠體階段且可在海洋沉積物中長期存活，并發(fā)現該藻不僅在渤海海域至少已經有1500年的存在歷史，而且其分布范圍覆蓋南起南沙群島，北至北戴河、丹東的中國四大海域自近岸養(yǎng)殖區(qū)到3450米水深外海的廣泛海域，從而否證了褐潮可能是“外來種入侵引起”的假說，對深入研究褐潮成因和其一般生態(tài)學過程具有重要意義。

《巴黎協(xié)定》下碳市場機制規(guī)則制定中的雙重計算問題研究

清華大學核研院段茂盛研究員與德國應用生態(tài)研究所等機構的研究者合作分析了避免碳市場中的雙重計算對于實現《巴黎協(xié)定》目標的重要性，提出了《巴黎協(xié)定》下碳市場規(guī)則制定中應該遵循的原則。研究論文發(fā)表于Science。文章分析了碳市場中雙重計算的各種可能來源，指出雙重計算可能導致全球的減排努力被高估數十億噸二氧化碳當量，嚴重影響《巴黎協(xié)定》目標的實現和各方對碳市場的信心。除了因利益差異而導致的各方政治立場差異外，《巴黎協(xié)定》下的雙重計算風險還來自各方減排目標形式的多樣性、覆蓋范圍的多樣性、目標年份的多樣性等多個技術方面。

中亞黃土沉積速率的變化機理研究

中國科學院地球環(huán)境研究所一帶一路氣候環(huán)境中心中亞黃土研究組宋友桂研究員等通過對我國新疆伊犁地區(qū)黃土記錄的末次冰期以來的沉積速率變化研究，揭示了該地區(qū)MIS3階段（56-28ka）粉塵通量的變化機理。研究論文發(fā)表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。中亞地區(qū)是世界主要的粉塵源區(qū)之一，沙塵暴災害頻發(fā)，不僅影響該地區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，并對當地居民的生活和健康產生了危害。對該地區(qū)粉塵排放的變化特征及其對氣候變化的響應機制的研究至關重要。黃土是典型的風成沉積物，是古粉塵堆積的產物，研究黃土的沉積過程與變化規(guī)律有利于充分認識當前粉塵釋放、搬運與沉降的作用機制。

生態(tài)環(huán)境

揭示水生植物浮萍的進化和環(huán)境適應新機制

上海交通大學王文琴副教授團隊課題組與合作者利用三代PacBio單分子測序技術拼裝出高質量的浮萍基因組，并揭示了浮萍根系功能和水生植物適應環(huán)境的新機制。研究論文發(fā)表于PNAS（美國科學院院刊）。與陸生植物不同，浮萍不需要強烈依賴根系吸收營養(yǎng)，被液體包圍的植物組織可代替完成根的營養(yǎng)吸收，從而導致浮萍根的退化。浮萍的根系主要是不定根且功能發(fā)生明顯的退化。異于陸生植物的免疫系統(tǒng)，編碼抗微生物肽等抗病基因串聯(lián)重復擴增且組成型表達，與浮萍中24nt siRNA低水平表達相一致，從而增強了浮萍對病原體和微生物的抗性，增強了其對水生環(huán)境的適應性，間接佐證了浮萍可以全球分布的優(yōu)良特性。

浮萍根組織結構退化和根發(fā)育相關基因丟失（圖片來源于上海交通大學新聞學術網）

水生植物浮萍（圖片來源于上海交通大學新聞學術網）

氣候變化已經降低了中國湖泊對有機污染物的埋藏能力

中國科學院南京地理與湖泊研究所陶玉強副研究員等發(fā)現氣候變化已經降低了中國湖泊對有機污染物的埋藏能力。研究論文發(fā)表于Environmental Pollution。文章以我國東北、西北、華北、西南、長江中游及長江下游9個典型湖泊（呼倫湖、博斯騰湖、白洋淀、撫仙湖、漲渡湖、朱婆湖、龍感湖、巢湖及太湖）及多環(huán)芳烴為例，通過沉積物巖芯中多環(huán)芳烴沉積通量、流域內多環(huán)芳烴歷史排放通量、流域內溫度及降雨量等歷史氣象參數、湖泊歷史水質參數、湖泊有機碳埋藏通量等綜合分析，發(fā)現了1951年至2017年期間氣候變化引起的地表風速降低、氣溫升高及降雨天數減少已經使中國湖泊對16種多環(huán)芳烴的埋藏能力降低。

全國濕地生態(tài)系統(tǒng)格局與保護研究進展

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室歐陽志云研究組在全國濕地生態(tài)系統(tǒng)格局與保護研究方面取得進展，分析了全國濕地的現狀與變化趨勢，探討了“零凈損失”作為濕地保護目標的不足，并提出了全國濕地保護恢復的建議，相關論文發(fā)表于Current Biology。論文指出2000年至2015年間，我國大陸地區(qū)新增濕地2.76萬平方公里，主要分布在西北、青藏高原和西南地區(qū)；同時喪失濕地2.61萬平方公里，主要分布在東北、華北平原、長江中下游地區(qū)，以及東部沿海地區(qū)。濕地新增面積大于喪失面積，因此總面積增加了0.15萬平方公里，全國濕地喪失的趨勢得到初步遏制。

全球森林降溫研究進展

廣東省科學院廣州地理研究所蘇泳嫻副研究員聯(lián)合中山大學大氣科學學院陳修治副教授等構建模型，系統(tǒng)評估了全球森林降增溫的季節(jié)動態(tài)和空間格局。研究論文發(fā)表于Environment International。該研究重點考慮林下空氣層對熱傳輸的影響，通過拆分林下能量垂直傳輸過程，創(chuàng)新性構建了能夠快速精確模擬林下氣溫的3層能量傳輸模型——“林冠層—林內氣溫層—林下土壤層”CAS模型。進一步研究發(fā)現，高緯度森林夏季降溫和冬季增溫顯著，低緯度熱帶森林以降溫為主，季節(jié)動態(tài)不顯著。本底氣溫和林冠溫度是影響森林降增溫的兩個重要環(huán)境因子，太陽高度角和林冠物候變化則主要控制著森林降增溫的季節(jié)波動。

臨床技術

上消化道腫瘤內鏡AI輔助診斷系統(tǒng)

中山大學腫瘤防治中心主任徐瑞華研究團隊與合作者自主研發(fā)出具有完全自主知識產權的上消化道癌內鏡AI輔助診斷系統(tǒng)（GRAIDS）。經臨床實踐數據驗證，對上消化道腫瘤的診斷敏感性高達90%以上。研究成果發(fā)表于《柳葉刀·腫瘤學》。該系統(tǒng)在深度卷積神經網絡的基礎上開發(fā)出多項創(chuàng)新技術，能夠在內鏡圖像部位多、疾病種類多、癌變表現多樣化情況下實現高準確性，能夠在高度復雜人—機協(xié)同的臨床實操環(huán)境中實現穩(wěn)定的預測；同時該系統(tǒng)的速度非?？欤慌_配置單GPU卡的普通服務器即可達到每秒118張圖像的處理能力，處理延時低于10ms。

多中心人工智能內鏡輔助診斷云平臺的三大功能——指導診斷、專業(yè)培訓和開放共享（圖片來源于中山大學腫瘤防治中心網站）

GRAIDS在基層醫(yī)院的推廣應用情況（圖片來源于中山大學腫瘤防治中心網站）

微型“血栓探測器”

南京理工大學化工學院馮章啟教授課題組研制出微型“血栓探測器”，相關成果近日發(fā)表在《美國化學學會·納米》?？茖W家把一塊特殊的生物材料，制成僅有正常血管十分之一厚的柔性傳感器，將其貼在血管或心臟周圍，就可在體外設備清晰記錄血栓形成初期、中期和末期全身血壓的細微變化，精準確定血栓位置。采用的一種厚度僅有200微米的高效柔性納米纖維材料，能夠精確感受壓強變化，再以電壓形式表現出來。這種材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、敏感性及生物相容性，基于此設計制造了一種柔性植入式壓力傳感器，并在動物實驗中將傳感器植入到成年豬的外周血管和心臟部位，獲得了實時、精準的血壓變化信號。

食管癌精準防治策略研究

北京大學腫瘤醫(yī)院柯楊教授團隊構建了食管病變進展的個體化風險預測模型，證明了內鏡下“碘染色異常特征”對早期低級別病變進展為高級別惡性病變的重要預警價值。研究成果發(fā)表于Clinical Gastroenterology & Hepatology?；谡谶M行的ESECC大型人群隨機對照研究，利用基線篩查、階段內鏡復查及長期縱向隨訪數據，創(chuàng)新性地聯(lián)合基線“內鏡下碘染色異常特征”與“病理診斷”兩大因素以及豐富的流調數據，建立了“食管病變進展風險預測模型”，定量評價了碘染色特征在食管病變進展風險早期預警中重要的獨立作用，實現了進展風險評估的精準化與個體化，使得有針對性地制定篩檢后復查策略成為可能。

新型手持等離子體射流源

電子科技大學電子科學與工程學院物理電子系傅文杰副教授等人，成功研制出新型可手持等離子體射流源。相關論文發(fā)表于《應用物理快報》。等離子體可運用于癌癥治療、皮膚表面處理、殺菌消毒等領域，如運用等離子體止血，高能粒子瞬間使破損皮膚結痂，達到精準、微創(chuàng)的治療效果。研究人員采用微波激發(fā)等離子體，通過為等離子體射流源內部和噴射口設計特殊結構，使低溫等離子體射流在沒有約束管道的條件下，可以穩(wěn)定地在大氣中存在，射流長度超過2cm，并通過實驗優(yōu)化結構參數，實現了器件的高效率、小型化和易操作，這大大拓展了大氣壓下低溫等離子體射流的應用場景。

可生物降解熱示蹤的超長納米線增強導電、抗菌及抗癌的納米復合彈性體研究

西安交通大學前沿科學技術研究院雷波課題組基于生物活性分子檸檬酸設計制備了一種超長硫化銅納米線增強的聚硅檸檬酸酯雜化醫(yī)用材料，該材料具有明顯彈性/抗菌/抗癌/導電/抗炎等多功能特性，研究成果發(fā)表于《生物材料》。研究人員結合臨床需求，把超長硫化銅納米線通過超分子作用、如氫鍵和疏水作用，實現了與聚硅檸檬酸酯的有效雜化和組裝。在此雜化材料中發(fā)現，硫化銅納米線有效增強聚硅檸檬酸酯的彈性力學性質、抗菌、光熱抗腫瘤及導電能力，聚硅檸檬酸酯賦予植入材料黏彈性、光致發(fā)光、抗炎生物活性等功能，最終制備了一種超長硫化銅納米線增強的聚硅檸檬酸酯雜化醫(yī)用材料。

多功能生物活性聚硅檸檬酸酯基雜化醫(yī)用材料制備與性能展示圖（圖片來源于西安交通大學前沿科學技術研究院網站）

用于癌癥治療的新型納米材料

上海交通大學材料科學與工程學院、金屬基復合材料國家重點實驗室陶可副研究員、孫康教授研究團隊及其合作者研究低劑量納米藥物對腫瘤的高效治療。研究論文發(fā)表于Nano Letter。論文報道了基于稀土上轉換納米粒子的一步直接合成的多功能納米組裝體，在結構和制備簡單的前提下，同時滿足高藥物負載、殺傷高耐藥性的干性腫瘤細胞、在腫瘤組織中快速滲透且均勻分布、大量定位于腫瘤細胞內部等不同層次需求，從而實現了在極低劑量用藥情況下的腫瘤完全消除且不復發(fā)，為納米材料在癌癥的高效治療、安全用藥及臨床轉化提供了研究基礎。

揭示鐵基納米酶廣譜抗流感病毒機制

揚州大學獸醫(yī)學院教授彭大新課題組與轉化醫(yī)學研究院教授高利增課題組的最新合作成果。他們發(fā)現并揭示了鐵基納米酶通過模擬酶催化反應滅活流感病毒的作用機制，這有望為流感防控提供“新利器”。研究結果發(fā)表于Theranostics（診療學）。A型流感病毒是十分重要的人獸共患病病原，可引起人和多種動物的感染和發(fā)病，是多次引起流感大流行的罪魁禍首。鐵基納米酶與流感病毒顆粒接觸后，通過酶促反應高效催化病毒“防彈衣”囊膜發(fā)生脂質過氧化，氧化產物進一步瓦解鑲嵌于囊膜表面的細胞侵染利器血凝素蛋白和神經氨酸酶蛋白，導致流感病毒結構和功能的破壞，使病毒入侵和復制能力喪失，最終實現滅活病毒的作用。

高果糖飲食促進中樞神經炎癥及其干預機制研究

南京大學生命科學學院孔令東教授團隊在高果糖飲食促進中樞神經炎癥及其干預機制研究方面取得進展。研究成果發(fā)表于Microbiome。過量果糖攝入可引發(fā)多種疾病如胰島素抵抗、肥胖癥、糖尿病、高血壓、非酒精性脂肪肝、腎炎、代謝綜合征、中樞神經炎癥等。研究證實了腸道菌群失調在高果糖飲食引起小鼠海馬神經炎癥過程中起關鍵作用，發(fā)現高果糖可減少動物腸道短鏈脂肪酸生成，并破壞結腸NLRP6炎癥小體所介導的固有免疫應答使腸上皮屏障損傷。而補充短鏈脂肪酸或PPAR-γ激動劑吡格列酮，可顯著激活結腸NLRP6炎癥小體，逆轉腸上皮免疫屏障損傷，從而保護高果糖飲食所引起的海馬神經炎癥與神經元丟失。