饿到“失明”！营养不良能导致跳蛛光感受器退化｜环球科学要闻

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2023-04-21 04:04

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· 机器学习 ·

颠覆蛋白质结构设计，强化学习算法设计“真正有用”的蛋白质分子

图片来源：Ian Haydon/ UW Medicine Institute for Protein Design

近年来，人工智能（AI）工具在蛋白质的功能预测、结构设计上有了许多突破性进展。此前的AI工具都是采用“自下而上”的设计思路，也就是从蛋白质单体到寡聚体再到特定结构的蛋白质复合物。但这种像拼拼图一样的方式导致无法从全局优化整个蛋白质结构。最近，一项发表于《科学》（Science）的研究用强化学习算法开发出了“自上而下”设计蛋白质结构的工具，它能根据预想的结构特性优化蛋白质结构，设计出真正有用的分子。

强化学习是一种机器学习算法，它能通过与环境的互动进行学习并做出决策，比如强化学习可以在棋盘上测试数百万种不同的走法，学习获胜或失败的经验，而后更好地做出决策。研究人员转换思路，将搭建蛋白质分子的过程想象为走一步步棋。他们为强化学习模型提供数百万个简单的基础分子，并设定预期的结构特性作为目标，这样模型就会进行大量随机尝试来接近目标。这些起始分子会以一个基础结构为起点，不断延伸加长，并以特定的方式扭曲，直到最后扭曲成所需的形状。研究人员通过电子显微镜证实，很多人工智能设计的纳米结构都能在实验室中生成，显示出这项技术的准确性及高度可定制的潜力。这项技术是利用人工智能进行蛋白质科学研究的里程碑，潜在的应用极其广泛，比如适用于糖尿病、脑损伤、中风等适用血管治疗的疾病，甚至还可能设计出更精确地传递将干细胞分化为各种细胞类型的因子，提供调节细胞发育和衰老过程的新方法。

· 生物学 ·

饿到失明：营养不良能导致跳蛛视网膜光感受器退化

图中的黑点即为视网膜上损坏的光感受器（图片来源：Buschbeck Lab）

近日，在一项发表于《视觉研究》（Vision Research）的研究中，研究团队发现营养不良的跳蛛光感受器会退化。此前，研究团队使用检眼镜（可以拍摄蜘蛛视网膜）检查野外捕获的跳蛛的眼睛时发现，一些跳蛛的光感受器上出现了黑点，这表明这些光感受器已经退化、失效了。电子显微镜的观察结果也显示，对应的感光细胞正在死亡。研究者怀疑，这是营养不良导致的。

作为验证，研究团队将跳蛛分为两组，一组喂食正常食物，另一组仅喂食一半分量的食物。结果显示，食物不足的组中，跳蛛出现了更多退化的光感受器，并且集中在光感受器密度最高的视网膜部分。研究者表示，这一过程类似于人类的黄斑变性，并且也有证据表明，人类的黄斑变性与代谢和能量传递困难有关。研究者希望借此探索人类黄斑变性的成因与治疗方法。

· 微生物学 ·

小鼠太空骨密度下降可能与肠道微生物有关

在太空中，人类和啮齿动物的骨密度会下降，但我们并不确定这一现象发生的原因。近日，一项发表于《细胞·报告》（Cell Reports）的研究表示，太空中肠道微生物群的变化可能与骨质流失有关。

我们的骨骼不是静止的，即使已经成年，在被称为骨重塑的过程中，骨骼中的物质也在不断添加、移除和移动。最近的研究表明，肠道微生物可能通过各种机制影响骨重塑，包括与免疫和激素系统的相互作用。微生物也会因为自身的代谢而产生各种分子，其中一些代谢产物与负责骨重塑的细胞间接发生相互作用。

研究者将20只小鼠送往国际空间站，其中10只在4.5星期后回到了地球，剩下的10只在轨道上停留了9星期。研究团队调查了两组小鼠的微生物群落后发现，在暴露于太空的微重力环境下时，小鼠肠道中的乳酸菌和多雷亚菌含量更高，这可能会导致代谢产物的变化，并影响小鼠的骨重塑过程。研究者表示，这样的肠道微生物变化可能是因为太空中的小鼠无法像在地球上时一样吃掉自己的粪便，从而无法将微生物重新循环入肠道。

· 考古学 ·

古埃及动物密封棺木的新发现

棺木上面有两只蜥蜴形象（顶部和侧面图），中子成像显示出纺织物包裹材料和一块8mm长的骨头（箭头处）。（图片来源：Daniel O’Flynn/大英博物馆）

动物被制成木乃伊在古埃及很常见，此前有研究指出，一些制成木乃伊的动物曾被奉为神灵的肉体化身，而其他的可能作为神灵的供品或用于仪式表演。此前研究人员发现了由铜化合物制作的6个棺木，它们的密封方式很少见，之前对这些棺木进行X射线扫描的尝试未能成功。最近，《科学报告》（Scientific Reports）发表的一项研究报道了利用非侵入性成像技术对6个古埃及密封动物棺木内部的扫描结果，为古埃及动物棺材的制作和使用提供了更多信息。

研究人员利用中子层析成像技术扫描了6个密封动物棺木的内部，这种技术基于放射源发射中子穿透物体的能力，能对物体进行成像。研究人员发现3个棺木里有骨骼，包括一个完整头骨，其尺寸与包含北非地方性物种在内的一类壁虎的头骨尺寸相近，另外2个棺木内发现了断裂骨骼的证据。他们还在3个棺木里发现了可能用亚麻制成的织物碎片，亚麻在古埃及木乃伊制作中很常用。他们推断，这些动物在被放进棺材前可能曾用亚麻包裹。研究人员在3个不带圆环的棺木中发现了铅，他们认为铅可能曾被用来平衡其中2个棺木的重量并用于修补在另一个棺木中的洞。他们推测，之所以选用铅可能是因为铅在古埃及被视作一种神奇的材料，因为此前研究提出铅曾被用于爱情的魔法和咒语中。

· 神经科学 ·

大麻素也能增进线虫的食欲

众所周知，大麻会让人有一种“饥饿感”。它不仅会让人们想吃得更多，还会让他们渴望美味、高热量的食物。4月20日，发表在《当代生物学》（Current Biology）上的一项新研究表明，线虫（秀丽隐杆线虫）对大麻素的反应与人类完全相同。

已知大麻素通过与大脑、神经系统和身体其他部位的大麻素受体结合而起作用。这些受体通常会对体内自然存在的相关分子做出反应，这些分子被称为内源性大麻素。内源性大麻素系统在进食、焦虑、学习和记忆、繁殖、新陈代谢等方面发挥着重要作用。研究者发现，内源性大麻素会让线虫吃得更多，并且也会吃更多自己喜欢的食物，并且内源性大麻素的这些作用取决于线虫大麻素受体的存在。在进一步研究中，研究团队用人类大麻素受体替换了线虫的大麻素受体，结果发现线虫对大麻素的反应保持正常。研究者表示，这一发现强调了大麻素对线虫和人类影响的共通性。

撰文：不周、二七

编辑：不周、二七

封面来源：Unsplash