然后就有了光

光提供了植物和其他光合生物生长所需的能量,最终产生的代谢物为地球上所有其他生物提供食物。植物也依靠光线来发展它们的光合作用机制,并根据每日和季节的节奏来同步它们的生命周期。

例如,植物的光感受器路径允许他们确定种子在土壤中的深度,“测量”日光时间的减少,改变植物的发育,为夏季的开始或冬季的开始做准备。

Richard D. Vierstra Vierstra

位于圣路易斯的华盛顿大学的一项新研究提供了一种被称为光敏色素的蛋白质是如何感知光线并对植物生长产生影响的。这篇论文发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。

“Phytochromes感光细胞中是独一无二的,因为他们存在于两个稳定又可互换的状态:一个不活动的形式,是在黑暗中合成,另一个需要光激活,” Richard d . Vierstra说乔治和夏尔曼Mallinckrodt生物学教授艺术和科学。

“通过测量这两种形式来回翻转时的比例,光敏色素可以感知光强度、持续时间、光色甚至白昼长度。尽管对感光器进行了60年的研究,这些黑暗和光明的形式如何不同仍然是个谜

维耶斯特拉和他的合作者克服了一个主要的障碍,在定义支持适应光和暗状态之间转换的事件序列方面。

他们发现并表征了一种晶体形式的光感受器PixJ从蓝藻热丝裂球菌
2一个允许可逆的光转换之间的活跃和不活跃的形式。值得注意的是,这些晶体在光转换过程中保持了它们的完整性。塞丝·伯吉,艺术生物学研究科学家科学和第一作者的论文,能够收集高分辨率的x射线衍射数据,以确定中间体的反应途径,使用一个复杂的技术称为x射线晶体学。

研究人员现在应该能够使用新开发的x射线自由电子激光器来获取这种光敏色素晶体的结构快照,因为它最初通过其不活跃的光感受器吸收光,直到它获得完全成熟的活跃状态
2,这个过程在一毫秒内完成。

在一项初步测试中,Vierstra组能够看到光感受器的第一次抽搐,这是它的发色团捕捉光激活后旋转的光能的一部分。

“换句话说,现在应该有可能制作出原子分辨率的分子电影,描绘出光感受器的结构转变,”Burgie说。“我们现在正处在定义植物色素在生物不活跃和活跃状态之间变化的内部事件和物理变化序列的关键时刻,这将最终帮助研究人员修补植物以提高其农业产量和可持续性。”

了解光转换循环的结构基础是开发转基因光敏色素的重要一步,它赋予作物植物有益的光敏特性。

此外,由于光敏色素同时感知光和温度,改变光敏色素的功能对于使作物更好地适应特定环境具有巨大的潜力,并可能有助于扩大这些作物的种植范围,” Vierstra说。

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水稻基因组的‘、’和‘是水稻的主要性状

驯化稻籽粒更肥,淀粉含量比野生稻高,这是几代人优先选种播种的结果。但是,尽管水稻是第一个被完全测序的作物,科学家们只记录了使水稻成为世界上一半以上人口主食的基因变化中的一小部分。

现在新的研究发现,大量与驯化相关的水稻变化反映了对性状的选择,这些性状是由基因组中不转录蛋白质的部分决定的。

Kenneth M. Olsen奥尔森

郑晓明,中国农业科学院作物研究所的生物学家,是12月18日《科学进展》杂志上的一篇论文的第一作者。来自中国农业科学院作物研究所的杨庆文和刘军,以及艺术与生物学教授Kenneth M. Olsen圣路易斯华盛顿大学的科学家们也在为这篇论文联系作者。

非编码rna被认为在调控生长发育中起着非常重要的作用,但是y’re的研究才刚刚开始。

奥尔森说:“尽管对作物驯化进行了近20年的基因组学和基因组学研究,但我们对大多数作物品种的大多数驯化性状的遗传基础仍然知之甚少。”

奥尔森说:“早期的研究倾向于寻找‘容易摘到的果实’——简单的性状,由一两个容易识别的突变基因控制。”“更困难的是找出在作物驯化过程中对许多变化至关重要的更微妙的发育变化。

“这项研究为这一方向迈出了一步,它研究了一种调控机制,这种机制对调控水稻谷粒发育中与驯化相关的变化至关重要。”

多样性的特征

许多植物和动物的染色体中有很大一部分DNA是由基因组成的,而这些基因并不编码制造蛋白质的指令——对于任何特定物种来说,高达98%的基因组都是如此。但是这种基因信息还没有被很好地理解。一些科学家称这种物质为基因组的‘暗物质,甚至将其斥为‘垃圾DNA’——但它似乎在水稻的发展中发挥了巨大的作用。

在这项研究中,研究人员发现,9000多年前水稻驯化过程中发生的关键变化可能与长链非编码RNA (long-noncoding RNAs, lncRNAs)分子有关。长链非编码RNA是一类RNA分子,长度超过200个核苷酸。

研究人员发现,在水稻基因组中记录的遗传信息中,约有36%可以追溯到非编码区域,但在对农业重要的性状多样性中,有超过50%与这些区域有关。

奥尔森在华盛顿大学珍妮特·戈德法布植物生长设施里照料水稻。(图:Joe Angeles/Washington University)

中国农业科学院作物研究所生物学家、本研究第一作者郑晓明说:“这是第一次对栽培稻和野生稻非编码区域的lncrna进行了深入的注释和描述。”

她说:“我们的转基因实验和群体遗传分析令人信服地证明,lncrna的选择通过改变淀粉合成和谷物色素沉着功能基因的表达,导致了驯化稻米品质的改变。”

研究人员使用了数百个水稻样本和超过260 Gbs的序列,使用了敏感的检测技术来量化和稳健地跟踪水稻中的lncRNA转录。这项新的研究证实了一些之前识别出的lncrna,并为之前未描述的分子提供了新的信息。

这项新研究进一步证实了一些研究人员的推测,即植物或动物群体之间的适应性差异主要是由于基因调控的变化,而不是蛋白质的进化。

郑说:“基于我们的发现,我们认为lncrna上的选择可能是一个更广泛的机制,通过这个机制,许多物种的全基因组基因表达模式可以进化。”

这项水稻研究也为通过精确育种生产新作物和谷物打开了大门。

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科学家找到了加速蛋白质生产的方法

治疗糖尿病的胰岛素和治疗血友病的凝血因子等药物在实验室里很难合成。这些药物是基于治疗性蛋白质的,因此科学家们把细菌改造成微小的蛋白质制造工厂。但是,即使在细菌或其他细胞的帮助下,为医学或商业应用生产蛋白质的过程也是费力和昂贵的。

现在,位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的研究人员发现了一种方法,可以使蛋白质的产量增加一千倍。这项研究结果发表在12月18日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上,它可能有助于提高产量,降低某些以蛋白质为基础的药物、疫苗和诊断方法的生产成本,以及用于食品、农业、生物材料、生物能源和化学工业的蛋白质。

该研究的资深作者、细胞生物学和生理学副教授Sergej Djuranovic说:“生产用于医学或商业应用的蛋白质的过程可能是复杂、昂贵和耗时的。”“如果你能让每个细菌产生10倍的蛋白质,你只需要十分之一的细菌就能完成这项工作,这将大大降低成本。这项技术适用于所有的蛋白质,因为它是普遍的蛋白质合成机制的基本特征。”

蛋白质是由数百条长链的氨基酸组成的。Djuranovic和第一作者Manasvi Verma是Djuranovic实验室的一名本科生研究员,他们无意中发现了最初的几个氨基酸的重要性。研究人员正在寻找控制特定基因产生的蛋白质数量的方法。

“我们改变了前几个氨基酸的序列,我们认为它不会影响蛋白质的表达,但相反,它增加了300%的蛋白质表达,”Djuranovic说。“所以我们开始深入研究为什么会这样。”

研究人员转向绿色荧光蛋白,这是一种用于生物医学研究的工具,通过测量荧光产生的数量来估计样品中的蛋白质含量。Djuranovic和他的同事们随机改变了绿色荧光蛋白中前几个氨基酸的序列,产生了9261个不同的版本,除了一开始是完全相同的。

研究人员发现,不同版本的绿色荧光蛋白的亮度从最暗到最亮的亮度变化了一千倍,这表明产生的蛋白质数量有一千倍的差异。经过仔细的分析和进一步的实验,来自华盛顿大学和斯坦福大学的Djuranovic、Verma和他们的合作者在蛋白质链的第三、第四和第五位置确定了某些氨基酸的组合,从而产生了数量极高的蛋白质。

此外,同样的氨基酸三胞胎不仅增加了绿色荧光蛋白的产量,这种蛋白质最初来自水母,而且还增加了来自珊瑚和人类等远亲物种的蛋白质产量。

这一发现不仅有助于增加蛋白质的生产,还可用于医疗、食品、农业、化学和其他行业。

“我们可以从提高蛋白质产量中获益的方式有很多,”Djuranovic说。“在生物医学领域,有许多用于药物、疫苗、诊断和医疗设备的生物材料的蛋白质,如果我们能够提高产量,它们可能会变得更便宜。这还不包括用于食品工业的蛋白质——有一种叫凝乳酶的蛋白质在奶酪制造中非常重要,例如化学工业、生物能源、科学研究等等。优化蛋白质生产可能会产生广泛的商业效益。”


Verma M, Choi J, Cottrell KA, Lavagnino Z, Thomas EN, Pavlovic-Djuranovic S, Szczesny P, Piston DW, Zaher HS, Puglisi JD, Djuranovic S。自然通讯。2019年12月18日。DOI: 10.1038 / s41467 – 019 – 13810 – 1
这项工作由美国国立卫生研究院(NIH)支持,资助编号为R01 R01GM112824, R01GM51266, R01GM113078, R01DK115972和T32GM007067;Skandalaris中心LEAP奖;JDRF,合同编号3-APF-2018-573-A-N;和斯坦福大学Bio-X奖学金。
SD持有美国临时专利#62/540,897“调节蛋白翻译效率的方法”。”本专利由华盛顿大学拥有,并由华盛顿大学技术管理办公室管理(参考编号T061889)
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教员也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣约瑟夫医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位,在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作,医学院与BJC HealthCare建立了联系。

最初由医学院出版

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新年决心:等到春天

蒂姆·博诺(Tim Bono)就人们在制定新年计划时容易犯的错误给出了很好的建议。

负责学生事务评估的副院长博诺(Bono)说,再等几个月吧艺术中的脑科学在圣路易斯的华盛顿大学

他说,人们倾向于把决心看成非黑即白,而忘记了改变是渐进的;例如,“更快乐”是比“快乐”更好的决心。缺乏灵活性通常意味着在一次失误之后——因为下雨而不跑步,或者只喝了七杯水而不是八杯水——人们会完全放弃。

然而,在为来年设定新目标时,有一个问题波诺无法解决。这个问题只能通过文化转变来解决,也就是我们看待这个历史悠久的传统的方式的彻底改变:冬天确实令人沮丧。

他说:“也许我们需要打消这样的想法:1月1日是制定新年计划的最佳时机。”

波诺

波诺说:“一月可能是一年中最难改变行为的月份。”

在这个国家的很多地方,天气都不好。“如果你的目标是,比如说,每天在森林公园跑5英里,”波诺说,“嗯,天气会很冷,还会下雪。”

天气也意味着人们更有可能被关在家里,失去一个帮助他们实现目标的支持系统。另一个障碍是:假期结束后,许多人回到正常的日程安排时都筋疲力尽。波诺说,节后市场也出现了一定程度的低迷。

“这和人们在假期后的一周、婚礼后的一周或其他有很多期待的事情是一样的。期待本身就是一种享受,”他说。“大量的心理学研究表明,度假乐趣的一半在于有盼头。

“在年初的几个月通常没有太多的计划。当没有那么多期待的时候,我们的情绪通常会比较低落。这可能会转化为更少的动力,以保持对新计划的任务,”他说。

然而,即使是生活在温暖地区、社交日程排得满满的人,也会发现自己在新年决心面前打了一场硬仗。这是因为成功解决的最大障碍可能是冬季的短日子。

波诺说:“我们往往低估了阳光对我们的影响。”“一月初是一年中最短的日子之一。”

许多研究着眼于天气,特别是阳光和情绪之间的关系。

波诺说:“我们知道,当阳光进入视觉系统时,它会激活与多种心理状态相关的神经回路。”“对有些人来说,当他们离家去上班时,天很黑,而当他们下班回家时,天也黑了。每年这个时候有限的阳光直射会对我们的整体健康和能量水平造成严重影响。”

恶劣的天气。疲劳。节后衰退。缺乏阳光。更不用说感冒、流感和其他在冬天流行的疾病。

“所有这些都会影响动机,”波诺说。“然后我们会说,‘我要朝着所有这些新目标取得进展,’但有这么多的力量在反对我们?”

“真的,”波诺说,“下决心的最佳时间是春天或夏天。”

春天总是一个新的开始。冬眠动物醒来;解冻的土壤和暴雨使植物发芽。为什么不利用这段时间来自我更新,而不是在隆冬时节呢?

博诺说:“这也是为什么你不在一月份播种新种子的原因。”

“这一切都是为了使行为与环境相适应,从而最有可能促进这些行为,并为它们的成长和发展提供肥沃土壤。”

波诺说,可以肯定的是,任何时候都是提升自我的好时机。他说:“如果你在一月份就制定了过去的新年计划,并且奏效了,那就去做吧。”

对一些人来说,一月份是他们制定新年计划的最佳时间,因为他们发现少参加一些活动或社交活动可以为他们提供更多的时间和空间来关注自己。如果是你,就没有理由拖延。

但在1月份,很多想要实现这种愿望的人很快就放弃了。

博诺说:“如果你在2020年遇到了这种情况,请记住,在每年的这个时候,所有对你不利的事情都会发生。”“推迟几个月,等到环境更有利于你朝着目标努力的时候再试一次,这没有什么错。”

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“损失的作物”本可以和玉米一样多

在园子里腾出点地方来,你这三姐妹,你这三姐妹是冬瓜、菜豆和我们称为玉米的蔬菜。根据圣路易斯华盛顿大学的一项新研究,在一起种植的新检测出的“损失作物s”可以产生足够的种子来养活和传统种植的玉米一样多的原住民。

但没有书面或口头的历史来描述他们。已被驯化的农作物被认为已经灭绝。

natalie mueller穆勒

在《民族生物学杂志》上,艺术与考古学助理教授娜塔莉·米勒写道她描述了自己是如何辛苦地种植和计算两种一年生植物的产量估算的。这两种植物在北美东部种植了数千年,然后被遗弃了。

米勒发现,同时种植藜(藜属)和直立的虎杖(直立人)比单独种植任何一种都更多产。与其他已知的作物一起种植,它们可以养活成千上万的人。

考古学家于20世纪30年代在肯塔基州和阿肯色州的岩石掩蔽处发现了农作物丢失的第一个证据。种子贮藏处和干树叶是他们唯一的线索。在过去的25年里,华盛顿大学考古学荣誉教授Gayle Fritz所做的开创性研究帮助证实了这样一个事实:在玉米(又称玉米)被用作主要作物之前,一种以前不为人知的农作物群已经支撑了当地社会几千年了。

但是,如何种植它们呢?

损失的农作物包括一小部分但种类丰富的原生禾本科植物、种子植物、南瓜和向日葵,其中只有南瓜和向日葵还在种植。至于其他方面,有大量证据表明,这些丢失的作物是被有目的地照料的——不仅仅是从野外自由生活的林分里收获的——但没有留下任何指示。

Lost crops艺术,对北美东部作物损失的科学研究可以帮助确定为什么这些植物被种植多年作为食物,然后被遗弃。(照片:娜塔莉·穆勒)

“有许多印第安人从事民族植物学知识的实践:农民和了解药用植物的人,以及了解野生食物的人。他们的知识真的很重要。”“但据我们所知,没有人知道这些作物是如何种植的。

她说:“可能有社区或个人对这些植物有了解,但学术界还没有发表或了解这些植物。”“但在我看来,我们并没有和种植这些作物的人交谈。

“所以我们这群研究活植物的人正试图参与到他们参与的那种生态系统中,并试图以那种方式重建他们的体验。”

这意味着没有温室,没有杀虫剂和特殊肥料。

“你不仅有植物,还有伴随它们而来的一切,比如给它们授粉的昆虫和吃它们的害虫。影响他们的疾病。它们吸引的动物和种子散布者。“生态系统中有各种不同的生态元素,我们可以与它们互动。”

Yield估计损失的作物种类和传统种植的玉米产量。(民族生物学杂志提供)

她的新论文报道了两个旨在调查作物发芽需求和产量的实验。

米勒发现,与单独种植一种植物相比,藜和直立的虎杖的混合栽培更多产。同时种植,这两种作物的产量高于全球相关驯化作物(比如:藜麦和荞麦)的平均产量,而且它们也在传统种植玉米的产量范围之内。

米勒说:“I’m对产量感兴趣的主要原因是,在考古学中有一场关于为什么这些植物被遗弃的争论。”“不管怎样,我们没有很多证据。但很多人只是认为玉米的产量会更高,因为我们现在种植玉米,而it’是世界上单位面积产量最高的作物之一。”

米勒想在这个实验中量化产量,这样她就可以第一次直接比较这些植物和玉米的产量。

但结果并不完美。她只能获得她试图种植的五种作物中两种的产量估计值,但无法获得maygrass、little大麦和sumpweed等植物的产量。

报告部分批次对她来说仍然很重要。

米勒说:“我和我的同事们希望看到更加多样化的农业系统,希望看到土著人的知识和管理得到承认,并对北美工业农业系统出现之前的生态系统感到好奇。”

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当任务复杂时,黑猩猩更愿意分享工具,传授技能

教黑猩猩捕捉昆虫吃,你就可以喂她一辈子。教她一种更好的使用工具收集猎物的方法,你可能会改变进化的过程。

对大多数野生黑猩猩来说,使用工具是生活中重要的一部分,但学习这些技能绝非易事。野生黑猩猩之间会互相传递工具,而这一行为此前已被证明是一种教学形式。

圣路易斯华盛顿大学迈阿密大学和富兰克林大学的研究人员进行了一项新的研究马歇尔学院发现,使用多步骤程序和复杂工具来收集白蚁的黑猩猩更有可能与新手分享工具。这项研究是与野生动物保护协会、林肯公园动物园和珍·古道尔研究所合作进行的。这项研究有助于阐明黑猩猩的亲社会——或帮助——行为能力,这种品质已被认为在人类文化能力的进化中具有潜在的作用。

Infant chimpanzee坦桑尼亚贡贝,一只小黑猩猩在为白蚁捕鱼。(图片:Chris Walker提供)

“非人灵长类动物常常认为学习工具技能通过观察别人,自己练习,很少直接从母亲或其他专家工具帮助用户,”斯蒂芬妮·马斯格雷夫说,迈阿密大学的人类学副教授、该研究的第一作者发表了一周的12月23日在美国国家科学院院刊》上。

“相比之下,这项研究的结果表明,社会学习可能会因任务的挑战性而有所不同:在更困难的任务中,母亲实际上可以扮演更积极的角色,包括具有教学功能的行为。”

从20世纪60年代的珍·古道尔开始,研究人员在坦桑尼亚的贡贝河研究中心对黑猩猩的工具使用进行了数十年的研究。冈贝黑猩猩研究是野外动物行为研究中持续时间最长的研究之一。今年是刚果共和国古奥卢戈三角黑猩猩研究20周年,研究人员在那里记录了黑猩猩最复杂的工具行为。

这项研究的独特之处在于,它采用标准化的方法直接比较两个野生黑猩猩种群之间的文化传播过程。在这两个种群中,黑猩猩使用工具瞄准相同的资源,但任务的复杂性各不相同。

马斯格雷夫说,目前的研究结果在很多层面上都很重要。“首先,黑猩猩种群不仅在工具行为的复杂性上存在差异,而且在支持这些行为的社会机制上也存在差异,”她说。“其次,帮助黑猩猩的能力可能比以前认识到的更强健,也更灵活。”

维护黑猩猩文化

在动物中,黑猩猩是特殊的工具使用者。不同的黑猩猩群体使用不同类型的工具——同样地,研究人员提出,教学过程可能是定制的,以促进这些局部技能。

坦桑尼亚贡贝,一只成年雌性黑猩猩和她的幼崽在捕食白蚁。(图片:Chris Walker提供)

在这项研究中,研究人员检查了在采集白蚁的过程中黑猩猩之间工具的转移,并将刚果共和国古奥卢戈三角形的种群数量与坦桑尼亚贡贝的种群数量进行了比较。

白蚁和其他昆虫是野生黑猩猩饮食中脂肪和蛋白质的重要来源,也提供了重要的维生素和矿物质。白蚁会建造复杂的巢状结构,这些巢状结构围绕着地面以下的房间网络,有时顶部会有一个高耸的独立式土丘,高达几米。

两地的黑猩猩都使用捕鱼式的工具来捕捉白蚁,而Goualougo黑猩猩则连续使用多种不同类型的工具。他们还用特定的植物种类来制作工具,定制钓鱼探头来提高效率。

古奥卢戈三角地区的一只成年雌性黑猩猩将一根刺穿的棍子插入土壤中,在嘴里衔着一根钓鱼用的探针,这样就形成了一个通向地下白蚁巢穴的通道。她的婴儿同时操纵着一根刺穿的棍子。(图片:Ian Nichols/NGS提供)

研究人员发现,这两个种群在白蚁采集过程中,工具转移的速度、概率和类型存在差异。

古阿卢戈的捕鱼任务更加复杂,工具转移的速度是贡贝的三倍,古阿卢戈的母亲更可能根据要求转移工具。此外,Goualougo的妈妈们通常会主动给孩子们工具,以回应孩子们对工具的要求。冈贝从来没有观察到这种主动转移,在那里,母亲们的反应往往是拒绝转移工具。考虑到这两个种群的后代对工具的需求是相当的,这些差异表明Goualougo的母亲实际上更愿意提供工具。

Crickette Sanz Sanz

“我们之前已经证明,在Goualougo,工具转移是一种教学形式,”艺术与生物人类学副教授Crickette Sanz说华盛顿大学的科学。“我们在目前的研究中观察到的种群差异表明,在Goualougo,教学可能特别与学习制造工具的需求有关,在那里黑猩猩使用多种工具类型,从选择的植物物种中制造工具,并进行修改,以提高工具效率。”

她说:“因此,这种类型的社会学习的作用增强可能是复杂工具传统代代相传的重要组成部分。”

富兰克林&哥伦比亚大学心理学副教授伊丽莎白·隆斯多夫说:“贡贝黑猩猩和古卢戈黑猩猩都捕食白蚁,但我们怀疑它们获取白蚁技能的方式可能有所不同。马歇尔大学。“但只有在多年积累了这些数据之后,我们才能严格地量化这些差异。”

“到目前为止,对黑猩猩的亲社会帮助主要是在圈养或在野外使用不同的方法进行的研究,”林肯公园动物园(Lincoln Park Zoo)莱斯特·e·费希尔猿类研究与保护中心(Lester E. Fisher Center for the Study and Conservation of Apes)主任斯蒂芬·罗斯(Stephen Ross)说。“这项研究为野生黑猩猩的助人行为提供了新的证据,并证明黑猩猩可以根据环境灵活地助人。”

一个共享的能力

了解黑猩猩使用工具的传统是如何代代相传的,可以让我们了解人类复杂文化能力的进化起源。

“人类进化的特征是复杂技术的出现和发展,这通常归因于我们人类通过教学和模仿等机制将技能传递给他人的能力。”然而,这些能力的进化起源仍不清楚,”马斯格雷夫说。

“我们的研究表明,人类在帮助他人获得复杂技能方面的倾向,可能至少在一定程度上是建立在我们与在世的近亲共享的能力之上的。”

保护工作是这项研究和未来研究的基础。

“黑猩猩及其文化濒临灭绝,”野生动物保护协会(Wildlife Conservation Society)中非项目主任艾玛·斯托克斯(Emma Stokes)说。

“最近的研究表明,人类活动危及黑猩猩文化的生存。研究我们现存的近亲为深入了解文化行为的进化起源提供了一个独特的机会,但这种特权取决于保护这些类人猿及其栖息地的长期努力。”

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从左至右,毕业生Larry Marshall与Robert Henke教授和Mark S. Wrighton校长聊天。(图:Joe Angeles/华盛顿大学)

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Krista Millich and woolly monkey克里斯塔·米利奇和一只长着羊毛的猴子在厄瓜多尔。(礼貌:克丽斯塔Milich)

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在《快时尚的全球环境不公平》这篇论文中,布朗大学的助理教授Christine Ekenga认为,快速时尚的泛滥——随时可得、价格低廉的服装——已经造成了环境和社会正义危机。

迈克尔·布隆伯格宣布召开中西部大学气候峰会

中西部大学气候峰会将汇集中西部大学、地方政府和私营部门的领导人,利用华盛顿大学和其他高等教育机构的伙伴关系、创新和人才,推动可衡量的地方气候行动。

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为什么没有葡萄球菌疫苗?

葡萄球菌是潜在危险皮肤感染的主要原因,最令人担心的是耐药性菌株,它们已成为对公共卫生的严重威胁。研制一种对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的疫苗的尝试未能智胜这种超级细菌的普遍性和对抗生素的适应性。

现在,圣路易斯华盛顿大学医学院的一项研究可能有助于解释为什么以前开发葡萄球菌疫苗的尝试失败了,同时也提出了一种新的疫苗设计方法。这种方法的重点是激活一组未开发的免疫细胞,以及在子宫内或出生后几天内免疫葡萄球菌。

这项在老鼠身上进行的研究发现,T细胞——人体主要类型的高度特异性免疫细胞之一——在抵抗葡萄球菌方面起着关键作用。大多数疫苗仅仅依靠刺激另一种主要类型的免疫细胞B细胞,B细胞产生抗体来攻击致病微生物,如细菌。

研究结果发表在12月24日的《临床研究杂志》(Journal of Clinical Investigation)网络版上。

“在全球范围内,由于抗生素耐药性的增加,葡萄球菌感染已经成为一种普遍的健康威胁,”该大学儿科重症监护部主任、医学博士、资深作者Juliane Bubeck Wardenburg说。尽管医学界已经尽了最大的努力,但这种超级细菌仍然表现出了逃避治疗的一贯能力。我们的研究结果表明,强大的T细胞反应对预防葡萄球菌感染是绝对必要的。”

葡萄球菌具有高度传染性,可在人类皮肤上存活和繁殖,并可通过皮肤间接触或通过受污染的表面接触传播。一般来说,这种细菌在大约三分之一的人口中无害且不可见。从它们停留在皮肤上开始,这些细菌会引起红肿的脓包。这种超级细菌会持续存在,大约一半的感染者会反复感染。

葡萄球菌菌株可进入血液、骨骼或器官,每年导致数十万人患肺炎、严重的器官损伤和其他严重并发症。美国每年有1万多人死于抗药性葡萄球菌感染。

Bubeck Wardenburg说:“过去20年来,金黄色葡萄球菌疫苗领域的重点一直是产生抗体反应,而不是特异性T细胞反应。”“这种新方法很有前途。”

近15年来,布贝克·沃尔顿伯格一直在研究一种由葡萄球菌产生的毒素——阿尔法毒素。这种毒素在多种感染形式的组织损伤中起作用。“阿尔法毒素的一个重要特点是,它存在于所有的葡萄球菌菌株中,也就是那些对抗生素有或没有抗药性的菌株,”她说。“了解了这一点,我们就可以设计出一项研究,在小鼠身上测试阿尔法毒素对轻微皮肤感染以及在血液中传播的更严重感染的免疫反应的影响。”

研究人员发现,免疫细胞不能保护皮肤上有轻微葡萄球菌感染的小鼠。然而,血液中暴露于危及生命的葡萄球菌感染的老鼠确实产生了保护作用。Bubeck Wardenburg说:“我们发现血液中有一种针对葡萄球菌的T细胞反应。”“相比之下,T细胞在皮肤感染中由于毒素而减少。因为皮肤感染是很常见的,我们认为葡萄球菌使用阿尔法毒素来阻止身体激活T细胞的反应,而T细胞的反应能提供对细菌的保护。”

从大局来看,布贝克·沃尔顿伯格说,阻断皮肤感染中的毒素可能会产生健康的T细胞反应。

此外,从出生开始保护T细胞的反应可能会重新编程细菌对免疫系统的整体影响。她说:“这个漏洞是故意的,而且一开始就有险恶的行为。”“这种细菌似乎在用这种毒素塑造T细胞的反应,这对这种细菌有利,但对人类不利。”

以前的疫苗开发工作主要针对成年人。然而,Bubeck Wardenburg说,如果在婴儿第一次遇到葡萄球菌之前接种疫苗,成功的可能性更大。因此,应在接触葡萄球菌之前进行免疫接种,以阻断毒素并产生强有力的T细胞反应。

“我们设想了两种战略,”布贝克·沃尔顿伯格说。一种是对孕妇进行免疫,这样她们就可以转移抗体,保护婴儿在出生时免受毒素的侵害。第二种方法是在婴儿出生后一两天内进行免疫接种。迄今为止,这两种策略都没有被用于葡萄球菌疫苗。”


金黄色葡萄球菌a毒素抑制抗原特异性T细胞反应。临床研究杂志。2019年12月24日。
该研究由美国国立卫生研究院(NIH)、AI097434和T32 HD007009资助;Burroughs Wellcome基金会传染病发病机制研究员;以及芝加哥大学的成长、发展和残疾人培训项目。
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教员也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣约瑟夫医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位,在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作,医学院与BJC HealthCare建立了联系。

最初由医学院出版

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质子治疗与标准放疗一样有效,副作用少

根据圣路易斯华盛顿大学医学院和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院联合进行的一项研究,接受高科技质子治疗的癌症患者与接受传统x射线辐射治疗的患者治愈率相似,严重的副作用也更少。

减少副作用,特别是降低住院率和更少的急诊,可以抵消质子治疗的初始成本较高,通常不是由私人保险因其较高的前期费用和有限的数据对其有效性与x射线辐射相比,据研究人员。

这项研究发表在12月26日的《美国医学会肿瘤杂志》(JAMA Oncology)上。一些研究结果也在6月于芝加哥举行的美国临床肿瘤学会年会上发表。

“我们观察到显著减少计划外的质子治疗组的住院,这表明病人和治疗可能会更好,也许,卫生保健系统的负荷较小,”第一作者布莱恩·c·鲍曼说,医学博士,华盛顿大学放射肿瘤学助理教授和兼职助理潘放射肿瘤学教授。“如果质子疗法能够减少住院治疗,那将对改善我们的病人和他们的护理人员的生活质量产生切实的影响。”

虽然放疗可以治疗某些癌症,它还会导致严重的副作用,如吞咽困难、恶心和腹泻,降低生活质量,可以在某些情况下,需要住院治疗,鲍曼说,他对待病人巴恩斯斯特曼癌症中心医院和华盛顿大学医学院的。

研究,其中包括近1500名患者从宾夕法尼亚大学医学,是第一大的回顾数据跨多个癌症类型——包括肺、脑、头部和颈部,胃肠道和妇科癌症——显示降低了质子治疗的副作用为x射线放射治疗患者接受化疗和放疗相结合。这些病人都没有转移性癌症,即肿瘤已经扩散到身体的其他部位。

研究人员发现,这两组患者在生存率和癌症控制方面没有差异,这表明质子疗法在治疗癌症方面的效果与副作用更少一样。质子治疗组一年的总存活率为83%,而x射线治疗组为81%。这种差异略微有利于质子治疗,但在统计学上没有显著性。

副作用的差异更加明显。391名接受质子治疗的患者中有45人在90天内经历了严重的副作用(11.5%)。在x射线放射治疗组,1092名患者中的301名在同一时期经历了严重的副作用(27.6%)。接受质子治疗的病人比接受标准x射线治疗的病人有更少的副作用,尽管他们平均年龄更大,有更多的医疗问题。在采取措施控制这些差异之后,研究人员发现,接受质子治疗的患者在治疗的前90天内发生严重副作用的相对风险比接受x射线治疗的患者降低了三分之二。

这两种放射疗法都得到了食品和药物管理局的批准用于癌症治疗。x射线是由光子组成的,光子是一种几乎没有质量的电磁粒子,允许它们穿过身体,穿过健康的组织。质子是相对较重的带正电荷的粒子,它们击中目标并停止,基本上消除了辐射的出口剂量。

由于研究发现质子治疗有较少的不良事件,鲍曼说,它可以促使放射肿瘤学家设计临床试验,以调查增加质子辐射剂量是否有助于病人做得更好,同时仍然保持可接受的副作用水平。

同样地,质子疗法副作用的减少可以让那些有额外疾病的老年患者——他们通常因为身体虚弱而被排除在临床试验之外——参与研究更深入治疗可能有益的试验。

鲍曼说:“临床试验通常局限于那些患有严重癌症但其他方面相当健康的患者,而现实世界的癌症患者并非如此。”医生们担心药物的毒性是有道理的。但是我们发现质子疗法的毒性降低了,这可能为那些有多种疾病的老年患者打开了一扇门,让他们接受他们能够忍受的癌症治疗,这样更有可能治愈。

他补充说:“随着人口老龄化,这会对很多病人产生很大影响。”“对我来说,这是这项研究令人兴奋的暗示。”

A new study led by Brian Baumann, MD, of Washington University School of Medicine in St. Louis, found that proton therapy (bottom) is associated with fewer severe side effects than conventional X-ray radiation therapy (top) for many cancer patients. Protons are relatively heavy, positively charged particles that hit their target — a lung tumor in this example — and stop. X-ray beams consist of photons, much smaller particles that can travel all the way through the body and its healthy tissue — including the heart in this example — on the way out. (Image: Brian Baumann/Mike Worful)

这项工作得到了宾夕法尼亚大学研究基金的支持。
鲍曼BC, Mitra N, Harton JG, Xiao Y, Wojcieszynski AP, Gabriel PE, Zhong H, Geng H, Doucette A, Wei J, O ‘Dwyer PJ, Bekelman JE, Metz JM。局部晚期癌症同步放化疗中质子治疗与光子治疗的疗效比较。JAMA肿瘤学。2019年12月26日。
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教员也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣约瑟夫医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位,在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作,医学院与BJC HealthCare建立了联系。

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工厂模拟更有效的热冷却方法

当水滴接触到荷叶表面时,它们就会形成小珠子,然后滚落下来,沿路收集灰尘颗粒。相比之下,玫瑰花瓣上的水滴也会形成小珠子,但仍然固定在花瓣表面。圣路易斯华盛顿大学的一位机械工程师将这两个概念结合起来,找到了一种使液滴从表面蒸发的更有效方法。

Weisensee

帕特里夏·韦森塞,机械工程和麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)的材料科学学院(materials science)最初计划在一种表面上建立一种模式,这种模式既可以排斥类似荷叶的液体,也可以排斥类似玫瑰花瓣的针状液滴,从而影响雨滴撞击时的润湿性。就像荷叶一样,当水撞击具有排斥或超疏水性的表面时,水滴很容易反弹,就像雨水打在处理过的挡风玻璃上一样。

drop of water帕特里夏·韦森塞和她的实验室研究了附着在垂直表面的水滴的温度和蒸发行为。(图片由Weisensee实验室提供)

在传热和蒸发过程中,由于水与表面接触时间短,这些超疏水表面的效率非常低。相反地,当液体接触到亲水表面时,它会在表面扩散,形成一个水坑,需要很长时间才能蒸发。Weisensee想要创造一种既具有排斥性又具有润湿性的表面,这种表面可以产生小的子液滴,同时结合了两种表面的优点:液滴在润湿表面上的固定和蒸发,而不会有淹没整个排斥性表面的风险。然后,她观察他们的行为,以了解更多有关蒸发作为一种冷却方法,用于高科技电子设备的热管理。

她的研究结果发表在12月20日的朗缪尔网上。

更多信息请访问工程网站。


圣路易斯华盛顿大学(Washington University)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)提倡独立调查和教育,强调科学的卓越性、创新和无国界合作。麦凯维工程学院拥有一流的跨院系研究和研究生项目,尤其是在生物医学工程、环境工程和计算机领域,并且拥有全国最优秀的本科生项目之一。我们拥有140名全职教师、1387名本科生、1448名研究生和21000名在世校友,我们正在努力解决一些社会上最大的挑战;培养学生成为领导者,并在他们的职业生涯中不断创新;成为圣路易斯地区及其他地区经济发展的催化剂。
本研究由华盛顿大学圣路易斯分校和中国留学基金委(Qi)提供资助。
齐威,李杰,韦森泽P.无柄水滴在水平和垂直双疏水性图案表面的蒸发。朗缪尔。2019年12月20日在线发布。DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b02853

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