本周，一项新的研究表明，生命的化学成分可能是随着陨石来到地球的，胎儿免疫系统是如何保护孕妇的，为什么我们需要小心对待干细胞——一项新的研究发现，干细胞携带致癌基因变化的几率高于平均水平。此外，还有一项以单原子精度蚀刻石墨烯片的新技术。
在这一集里
00:23 -生命的关键组成部分可能来自太空
生命的关键组成部分可能来自太空
地球上生命的起源是科学家们激烈争论的话题。有一种理论认为，即使整个生物体不是由陨石带到地球的，那么陨石可能带来了一些氨基酸的化学组成部分——氨基酸是构成蛋白质的分子。现在，对一颗名字朗朗上口的CR2 Grave Nunataks 95229陨石的测试提供了更多证据，表明陨石可能将这些积木带到地球上，启动了导致地球生命进化的一系列事件。
CR2 Grave Nunataks 95229是一种被称为碳质球粒陨石的陨石，这种陨石含有一系列有机化学物质，包括氨基酸。正因为如此，一些科学家认为，当他们从太空坠落时，可能已经在地球上“播种”了这些化学物质，为DNA和蛋白质的形成提供了原始的基石，最终导致了我们所知道的生命。但对类似陨石的研究并没有提供确凿的证据，因为它们含有的化学物质是各种物质的真正混合物，其中大多数不容易用来制造生命分子。
1995年，“坟墓”陨石从一颗小行星上分离出来，降落在南极洲。由Sandra Pizzarello和她在美国的同事领导的研究人员，使用300摄氏度的高压水分析了陨石的化学组成——这种条件设计成模拟陨石形成的小行星和早期地球的条件。
本周，研究小组在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果，他们发现这颗小行星中氨的含量高得惊人——氨是氨基酸的一种化学前体。这些水平远远高于当时地球上的预期水平。
考虑到类似陨石的化学组成，以及大多数陨石只含有由碳原子环构成的化合物，这确实是一个不寻常的发现，也是此类发现的第一次。进一步的分析表明，陨石中的氨只可能来自它原来来自的小行星，这表明在那个环境中有很多氨。
氮是氨的重要组成部分，是宇宙中第四大最常见的活性元素。在地球上，它是蛋白质、DNA和RNA(活细胞内的遗传信息)的重要组成部分，是生命所不可缺少的。氨在许多化学反应中起着关键作用，包括产生生命分子的反应。
但根据我们对早期地球条件的了解，科学家们很难弄清楚这在当时是如何起作用的。首先，有证据表明，早期地球大气中氨的含量并不相对丰富。我们知道阳光也能分解这种化学物质，这在当时是个大问题。
但是，陨石实际上含有相对大量的氨的发现表明，这种化学物质的出现和参与化学反应可能是另一种途径，这种化学反应可能导致数百万年前生命分子的产生。这进一步证实了这样一种观点，即至少有一些启动地球生命的分子可能来自太空。
干细胞突变体
通过对患者自身细胞进行重新编程而产生的干细胞有可能彻底改变个体化医疗。但它们安全吗?
一篇论文自然本周，研究人员发现，目前的技术包括添加多达四个基因来“重新编程”成年细胞，使它们恢复到干细胞状态，但也可能使细胞含有潜在的有害突变，其中一些可能导致癌症。
该研究的作者张坤和他的同事们对22个所谓的iPS细胞(诱导多能干细胞)进行了基因测序，这些细胞是由7个不同的实验室使用几种不同的技术产生的。然后，他们将得到的基因图谱与产生干细胞的亲本细胞的相应序列进行了比较。他们惊讶地发现干细胞中的突变(DNA变化)比正常情况下培养的细胞多十倍，而且这些变化似乎是永久性的，当细胞生长超过40代时仍然存在。
它们也不是随机的变化，而是直接改变受影响基因编码的蛋白质结构的“错义”突变，而不是实际上不会改变蛋白质结构的沉默的“同义”变化的两倍多。
这表明，当细胞产生时，强烈的选择在起作用，那些倾向于生长得最好的细胞可能是那些有更多这类变化的细胞。
研究人员还不确定是什么导致细胞在重编程过程中更容易发生突变，或者什么时候发生变化。
“这些研究着眼于干细胞突变的两个不同方面，”Zhang说，“但他们的关键信息是相同的——当重新编程和培养重新编程的细胞时，在基因组水平上可能会出错。”因此，为了最大限度地提高安全性，在我们将这些细胞放回人体用于治疗目的之前，我们必须确保这些细胞含有与受体相同的基因组，没有致癌或其他严重类型的突变。”
07:42 -石墨烯光刻原子精密蚀刻
石墨烯光刻原子精密蚀刻
詹姆斯·图尔教授，莱斯大学
同样在本周的新闻中，莱斯大学的研究人员已经开发出一种新的方法，可以将结构蚀刻到堆叠成堆的石墨烯中，石墨烯是一种由单层碳原子组成的神奇材料。这将允许制造商用石墨烯制造计算机芯片，就像他们目前用硅制造芯片一样。但有时在科学领域，你完全是在偶然的情况下做出重大发现——正如吉姆·图尔教授解释的那样，这只是其中一个例子。
吉姆:我们要做的是把石墨烯转化成石墨烯，也就是把石墨烯的碳结构，也就是一堆六元环放在一个平面上，然后把氢附着在上面。这就形成了石墨烯，这就形成了一个不导电的区域。我们认为，如果我们能在石墨烯上画出锌的图案，那么我们就可以利用锌还原反应产生的氢，将锌用酸处理，使石墨烯氢化为石墨烯。但事实是，无论锌落在哪里，它都会移除石墨烯层，但底层的石墨烯层却完好无损。
克里斯:这真的让人想起人们用硅和激光制造微芯片，不是吗?但你用锌和石墨烯来做这件事，这很有趣，因为人们正在谈论用石墨烯作为材料来制造下一代微芯片。
吉姆:没错，这就是平版印刷。光刻是我们制造电脑芯片的方法。你拿一个大的硅片，然后用化学物质和光来切割它，制造出小的特征，比如晶体管和电线。一个人拿一个掩模，在掩模上有一些洞，然后让光通过这些洞，在硅的顶部形成所谓的“电阻”，形成我们在芯片上看到的这些结构。但是现在，能够在石墨烯中做到这一点使石墨烯更接近一步。单层石墨烯和双层石墨烯之间存在巨大差异。单层石墨烯是一种金属。它没有带隙。这不是很容易制成晶体管的东西，但如果你有两层石墨烯，它就会打开一个缺口，它就会变得有点像硅，你可以把它做成晶体管。因此，为了能够有一层或两层，或三层，可以更导电性，然后你可以有不同的设备相邻，这就是你想要的。 You want to have heterogeneity in devices. You don't want all devices to be exactly the same. So it's a new tool and a toolbox for making graphene into electronic chips.
克里斯:吉姆，你真的知道锌在做什么吗?为什么它能剥去单层而不触动下面的那一层呢?
吉姆:我想我们有一个合理的想法。所以发生的是锌被洒在表面上，这将导致锌原子从锌金属块上飞起来，并击中我们想要绘制图案的表面。你做一个面具，无论你想让金属去哪里，你在面具上打洞，它就会碰到表面。大约0.5%的锌原子，带着足够的能量从石墨烯上敲掉一个碳原子，代之以锌原子。金属锌有很高的氧化电位，所以它很容易被迅速氧化然后会离开，导致锌原子出来然后就得到了氧碳键。所以原来锌原子所在的地方，现在碳原子被取代了周围的碳原子被氧化了。所以你最终得到的不是一片石墨烯，而是一片有孔的石墨烯。然后我们把它放入酸中然后酸把锌去掉，在去掉锌的过程中，生成了氢。这些气泡有助于冲洗掉表面上已经被切成小块的石墨烯。但是被击中的锌原子没有足够的能量穿过一层并影响下面的第二层。 And so, it turns out to be quite a selective technique that's not only shown now with zinc. We showed we could do it with aluminium as well. So that's a reasonable understanding that we have now of the mechanism.
克里斯:一旦你在这些区域替换了氧气，那么它们可能会被移除或漂浮，从你得到的层中残留的石墨烯，比如说，一个台阶是保持稳定的，还是会随着时间的推移而化学恶化?
吉姆:我们在阶梯边缘看到的所有东西都是稳定的，在阶梯边缘，有一层石墨烯比下一层石墨烯高一级。我们还没有看到它卷曲起来。我们没有看到它有任何问题。毫无疑问，它的边缘有不同的原子。肯定会有氢原子或者氧原子在最边缘。但是没有，没有发生分层。另一个吸引人的地方是，光刻一直是在工业中完成的，但我们已经达到了光刻的极限。它是单原子层精度。再也不会有比这更好的了。换句话说，在平版印刷术问世一千年后，没有比这更好的了。 We are stripping off a single atomic layer. You can't cut an atom in half. That's as thin as you're going to get. This shows that we can have precision that you could never have in silicon - single atom resolution.
克里斯:你认为这将是一种实用的方法，如果你必须用石墨烯作为基础材料来制造未来的微芯片。
吉姆:这的确是工具箱里的一个新扳手。以前没有办法做到这一点，所以如果我们要用石墨烯制作大规模的图案，这绝对是一种方法。它使用了硅制造中常用的方法。
凯特……这将使硅片在微处理器行业的核心地位更容易被取代。这是莱斯大学的吉姆·图尔教授本周在《科学》杂志上发表的研究成果。
胎儿免疫保护女性
一项新研究发现，女性生殖道利用胎儿基因保护自己在成年后免受感染。
粘膜表面，如生殖道、口腔、肠道和眼睛，是病原体试图穿透我们免疫防御的重要入口。我们知道，它们会受到一种名为IgG的抗体以及许多其他化学武器的保护，但IgG抗体究竟是如何到达皮肤表面的，在那里它们可以中和攻击微生物，没有人知道。
现在，写在PNAS马里兰大学的研究员朱小平和他的同事们发现，成年细胞使用一种通常在胎盘中发现的基因来完成这项工作。这种基因被称为FcRn，它在怀孕期间的作用是从母亲那里获取抗体，并将其添加到婴儿的血液中。这暂时为新生儿提供了来自母亲的所谓“被动保护”，而新生儿自身的免疫系统在出生后获得了动力。
马里兰大学的研究小组推断，同样的基因可能在生殖道中起作用，他们测试了一系列培养的细胞，包括子宫细胞、宫颈细胞和阴道细胞，证实了FcRn高水平活性的存在。
接下来，为了证实该基因确实具有功能，他们用igg类抗体培养表达FcRn的培养细胞。有趣的是，抗体被捡起并从细胞的一边传递到另一边，当研究人员禁用FcRn基因时，这一过程停止了。
他们还在小鼠身上证实了同样的结果，包括证明化学标记的抗体是通过FcRn基因转运到生殖道粘膜表面的。当这种基因从老鼠身上“敲除”时，抗体的运动就被阻止了。这些被敲除的动物也极易感染一种通过生殖器传播的疱疹病毒。
研究人员认为，了解了这一过程的工作原理，有可能利用这一系统生产出更好的疫苗，能够增强粘膜表面的免疫防御，从而更好地保护患者免受一系列感染，尤其是艾滋病毒和其他性传播疾病的感染。
相关内容
- 以前的制作药物-药片是如何制作的
- 下一个阿司匹林的周年纪念日
评论
添加注释