在这期裸体科学家快讯中，我们将听到扫描技术如何锁定前列腺癌的生化特征，以及蝙蝠和海豚如何共享回声定位基因，以及为什么赤脚跑步者跑得更平稳。此外，还发现了一种能减缓神经退化的化学信号。
在这一集里
扫描癌症的生化特征
美国的研究人员可能已经找到了一种使用磁共振波谱检测潜在前列腺肿瘤的方法，这将减少假阴性，提高肿瘤定位的精度，并更好地了解它们的侵袭性。
磁共振光谱学分析生物化学，不像核磁共振成像那样观察组织结构。这意味着它可以用来寻找肿瘤的独特化学特征，而不是结构特征。
马萨诸塞州总医院的Leo Cheng及其同事在该杂志上发表了一项研究科学转化医学这是建立在2005年发表的一些早期研究的基础上的。这项早期的工作着眼于肿瘤的生物化学，并确定了前列腺癌的代谢谱——由组织产生的一系列化学物质，这些化学物质将其识别为肿瘤。研究细胞留下的整个代谢物组合被称为代谢组学。
考虑到这些代谢物，他们开始扫描从病人身上切除的癌前列腺。他们的扫描测量了这些标志性代谢物的比例，从而指出前列腺中“恶性指数”较高的部位——即癌变组织的可能性较高。这些前列腺随后被传递给组织病理学家，他们在非常小心地保存前列腺中任何特定样本的位置信息的同时，使用标准的组织学方法对组织进行视觉分析，并确定肿瘤的位置。
当结果进行比较时，7个肿瘤中有5个与恶性肿瘤指数高的区域重合——剩下的两个被认为是由于靠近前列腺边缘而受损，在那里与空气的相互作用可能改变了代谢组学特征。总体而言，其准确率超过90%。
有趣的是，肿瘤的大小和恶性指数之间也存在相关性，这表明这种技术不仅可以识别恶性组织，还可以显示其侵袭性。这只是一项前瞻性研究，样本数量少可能会导致对其准确性的高估，但这些都是非常有希望的初步结果。
正如他们在论文的讨论中所说:“代谢组学成像有可能检测病变，指导活检，并最终确定其他恶性肿瘤的情况，比如肿瘤的侵袭性。”他们还补充说，它可以用于识别其他类型的癌症。
蝙蝠和海豚之间的回声联系
蝙蝠和海豚可能看起来是非常不同类型的哺乳动物——毕竟其中一种会飞，另一种会游泳——但事实证明，它们都独立地进化出了完全相同的基因，这种基因使它们能够利用声音作为一种视觉化周围世界的方式。
蝙蝠和海豚都用回声定位捕猎。它们会发出一阵阵的高音调噪音，然后仔细听声波反射回来的声音。它们利用这些回声在脑海中勾勒出周围环境的详细画面，并希望能精确定位出其他将成为它们晚餐的动物。
蝙蝠和海豚的回声定位系统的一个重要组成部分是它们耳朵里的一系列微小而坚硬的毛发，它们通过振动来探测高频声音，这些毛发是由一种叫做prestin的蛋白质组成的。
一个国际研究小组在《当代生物学》杂志上发表了两篇论文，揭示了一个引人注目的事实，即在远亲蝙蝠和海豚的DNA序列中，prestin基因发生了完全相同的变化。
许多其他物种群体虽然没有密切的关系，但却进化得非常相似，比如现代的海豚和古代已经灭绝的爬行动物鱼龙。但这是第一次在分子水平上发现所谓的“趋同进化”。研究小组能够建立一个遗传家谱，显示出在蝙蝠和海豚中，prestin基因的变化是如何随着时间的推移而建立起来的。
这表明，哺乳动物可能只有一种方式可以进化出必要的回声定位装置。值得注意的是，许多种类的蝙蝠和鲸目动物——包括可以回声定位的鲸鱼和海豚——都采用了相同的进化途径，以相同的基因解决用声音看东西的挑战。
赤脚跑步的好处
根据本周发表在《自然》杂志上的一项研究，赤脚跑步的人学会了将冲击降到最低，采取了一种不同于穿鞋跑步的方式。这可以帮助我们理解高比例的跑步者所遭受的撞击相关伤害。
哈佛大学的丹尼尔·利伯曼(Daniel Lieberman)和他的同事们用运动学和动力学分析来观察习惯性赤脚跑步者和通常穿鞋跑步者。两组人都被要求穿着鞋子和赤脚跑步，并拍摄高速摄像机来观察他们的脚是如何运动的。他们还让志愿者跑过一个测力板，分析在不同类型的跑步过程中力是如何传递的。
当你跑步的时候，你的脚有三种着地的方式——后脚着地(RFS)，先用脚跟着地;中脚击球(MFS)，脚后跟和脚掌同时着地;以及前脚掌着地(FFS)，即脚掌着地前脚跟着地。短跑运动员和习惯赤脚的人似乎主要使用前足或中足着地，而穿鞋的耐力跑者(和大多数慢跑者)则使用后脚着地。
为了理解为什么我们使用这些不同的着陆方式，以及这对受伤风险意味着什么，利伯曼研究了每种台阶类型的力量分布图。通过在图表上绘制随时间变化的力，很容易看出，无论是穿鞋还是赤脚，后脚撞击在着陆时都有很大的施加力，而FFS跑给你一个非常平稳的波浪，几乎没有突然的冲击力——本质上是一个更平稳的骑行。这一步也有助于降低身体相对于垂直力的重心，这样就减少了作用在脚上的平均力。
因此，先用前脚掌着地有助于减少每一步需要完全停止的身体质量，并且考虑到大多数跑步者每公里会撞击地面60次左右，这对于发生重复性应激损伤的可能性非常重要。
自从我们适应了两足运动以来，人类和他们的祖先可能就一直在跑步，只是在过去的40年左右才穿着跑鞋。来自现代人类足部结构的证据表明，它已经适应了前脚着地跑步的最佳状态，减少了压力损伤的可能性，并提供了选择性优势。尽管鞋类技术进步了，但跑步受伤的发生率仍然很高，似乎即使是最好的鞋子也不如不穿鞋好!
嘴歪的鱼
在生活在东非坦噶尼喀湖的种类繁多的丽鱼中，有一种鱼进化出了一种最不寻常的进食习惯:它们悄悄靠近其他鱼的身后，啄掉它们的鳞片，每次都从左边或右边靠近。你可以很容易地通过鱼嘴的形状来判断它是左撇子还是右撇子，它的嘴非常不平衡，向一边或另一边弯曲，就像一对末端弯曲的镊子。
现在，美国雪城大学的研究人员托马斯·斯图尔特和克雷格·艾伯森发现，这些鱼的基因决定了它们是左颚或右颚。左撇子鱼和右撇子鱼都出现在一个种群中，而不是在一个种群中占主导地位，是因为少数群体总是有优势。如果周围有更多的右撇子鱼，被捕食的鱼就会学会期待来自右边的攻击，所以左撇子鱼可以很容易地潜入并咬一口东西。
但事实证明，情况比最初想象的要复杂得多，因为一些食鳞动物一开始的嘴巴是直的，既不向左也不向右。现在需要更多的研究来弄清楚这些似乎无法成长为成年人的年轻直嘴者到底发生了什么。有可能是因为它们不擅长狩猎，所以无法生存。或者随着他们长大，他们的嘴会向左或向右弯曲。
这只是表明，从眼睛从头部一侧移到另一侧的比目鱼，到心脏通常在左侧的人类，生活中的一切都不是整齐对称的。
12:05 -保持神经活力的化学物质
保持神经活力的化学物质
巴伯拉罕研究所的迈克尔·科尔曼博士。
本——本周的另一条新闻是，剑桥大学巴伯拉罕研究所的科学家们发现了一种有助于阻止神经退化的因素。这可能会导致更好的治疗退行性疾病的方法，也会有更好的方法来阻止神经因受伤或中风而受损时的退化。迈克尔·科尔曼博士领导了负责这项发现的小组，他现在加入了我们。嗨,迈克。
迈克尔-你好。
本:首先，神经细胞长什么样?
Michael -让我们从细胞体开始吧这和大多数其他细胞发生的事情本质上是一样的。在这个细胞体中，细胞核包含了所有的遗传物质，与其他类型的细胞相比，细胞核可能稍微大一些。在这个细胞体中有更多的代谢活动和蛋白质合成，但总的来说，这个细胞体和其他类型的细胞并没有太大的不同。然后我们有，进入细胞体的，我们称之为树突。现在可能有非常多的这样的树突——实际上是成千上万的树突进入细胞体，而细胞体的工作就是整合来自这些数量庞大的树突的信号，并做出我们所说的全有或全无的反应。这种全有或全无的反应，传递给下一个细胞的电活动，然后向下到达我们所说的轴突，这就是我们感兴趣的部分。轴突有两个特别之处。首先，轴突只有一个，这意味着这是神经元最脆弱的部分，因为如果失去了轴突，就完全失去了神经元的功能。轴突的第二个有趣之处是它的长度。这在不同类型的神经元之间差别很大，但在人类的极端情况下，这可以是长达一米的任何东西。 It can go the length of your arm or leg and it can go the length of your spinal cord.
他们听起来确实像是脆弱的部分，是链条上的薄弱环节。当神经受损时会发生什么?
迈克尔-我们已经指出轴突很长，很明显，轴突需要从细胞体中获取各种物质。大多数的蛋白质，当然所有的RNA和许多细胞器都是在细胞体内制造的，它们必须被运送出去。有一个非常复杂的系统，我们称之为运动蛋白，ATP使用蛋白质，负责取出和控制这些蛋白质和细胞器的输送到轴突的更远的部分。显然，就像任何管道或供应系统一样，这在很多方面都是脆弱的。所以在各种疾病中，可能是遗传性的，神经毒性的或病毒性的疾病，比如蛋白质聚集性疾病，你可以在轴突上有一个阻塞阻止物质到达远端。这迟早会导致功能损伤，最终导致轴突死亡。
本:你已经能够识别出一个特定的因素，它似乎是轴突本身的“保持活力”信号。你是怎么找到它的?你为什么知道那里有这样的东西?
迈克尔-没错。所以，我们所做的就是有效地问一个问题，在这数千种不同的沿着轴突运输的货物中，是否有某种东西实际上是限制其生存的因素?一个很好的类比可能是高速公路上的一场车祸，导致后面的交通堵塞。在这些交通中，在那些被堵在高速公路上的车辆中，你会有很多不同的原因为什么这些人试图从A点到b点，有些是相对微不足道的，不是一个大问题，有些可能是一个生死攸关的问题，在最极端的情况下。例如，一个家庭想去海滩玩一天，如果被耽搁了半个小时，他们会非常沮丧，但这可能不是一个大问题。但是，如果救护车正试图到达前面的事故现场，却被耽搁了，那么你很快就会面临生死攸关的问题。我们所做的有效的事情是进入那里并说，“如果它不能到达远端，第一个对轴突构成生命威胁的蛋白质是什么?”
本-那你是怎么确定的?
迈克尔-我应该说实验并不是按照这个顺序进行的，但是当我们退后一步，从更广泛的角度来看，我们可以这样解释。实际上，我们所做的就是切断轴突，很明显，这导致了轴突远处部分的灾难性死亡。这就是所谓的沃勒氏退化我们花了大部分时间来研究。然后我们问，在这里面，第一个不能通过杀死轴突的因素是什么。要做到这一点，我们所做的(当时并不总是知道)是用可以替代其作用的东西来取代该因素。我们知道有某种东西可以让这些轴突存活因为牛津大学在20世纪80年代末的实验表明有一种突变的老鼠获得了一种自发的无害的突变，在这些神经被切断的实验中，实际上将这些神经的退化推迟了十倍。在接下来的10年左右的时间里，我们和其他人确定了这个过程背后的基因。在过去的10年里，这让我们试图理解为什么会这样，或者这种蛋白质是如何工作的。
本:那么，通过识别这些突变小鼠的基因，你就能找出是哪种蛋白质或者至少是哪个蛋白质家族起了作用?蛋白质总是有奇怪的名字，很难记住。这个叫什么?
迈克尔-是的。它叫做Nmnat2，烟酰胺单核苷酸腺苷基转移酶2。
本:所以，说起来很难，也很难记住。
迈克尔-是的。
本:它到底是做什么的?我们知道它似乎能让神经保持活力，但通过什么呢?
迈克尔:这是个有趣的问题。它当然有酶活性。它会产生一种叫做NAD的分子你们当中的生化学家都知道这种分子与细胞内的能量代谢密切相关。在某种程度上，这就是当这种蛋白质不能以足够的数量进入轴突时，它缺失的最明显的潜在后果。然而，有时候最明显的方向并不是正确的。我们已经见过很多次了目前在这个领域有一些讨论关于NAD的合成是否是最重要的或者是这个蛋白质的关键功能这个蛋白质参与了轴突的退化或者是别的什么。也许它的作用是相反的，或者它也催化了不同的反应。
本:显然还有一些工作要做，但你的下一阶段是什么?
Michael:所以作为科学家，我们经常尝试的是远离动物实验，我们可以通过细胞培养替代或在果蝇等其他生物体中进行实验。到目前为止，我们所做的工作都是在细胞培养系统中进行的。在某种程度上，我们需要通过观察哺乳动物的神经系统来证实这一点，以确定我们所看到的是与生理相关的。这是非常重要的一步，因为如果我们总是坚持替代方案，那么如果我们没有真正确认我们正在寻找正确的东西，那么也有转移科学的风险。所以这是在不久的将来要采取的一个非常重要的步骤，另一个步骤是看看这在疾病方面意味着什么。因此，我们现在需要去除这种蛋白质，并研究神经是否真的开始死亡，以及这是否模仿了某些疾病情况。
本:但确实是很有前途的工作。我真的很喜欢我们似乎展示了所有这些非常有前途的东西，希望我们以后能和你一起跟进，看看它是怎么做的?
迈克尔-是的。那太好了。
本:嗯，非常感谢你，迈克尔。这是迈克尔·科尔曼博士。他在BBSRC的巴巴拉罕研究所工作。他们将这一发现发表在开放获取期刊《公共科学图书馆生物学》上。
- 以前的冬天在外面洗的衣服会干吗?
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