11月1日《科学》杂志精选

艾滋病毒经纪人的仔细观察

两项新研究的结果是，艾滋病毒经纪人(允许致命病毒进入免疫细胞的分子)不再在结构生物学家的通缉名单上。这个分子，HIV-1包络的三聚体，一直是一个有争议的对象。今年年初，科学家们声称用低温电子显微镜看到了它短暂的结构——它长期以来以难以描述而闻名，但业内一些人对结果提出质疑。

现在，在两项新的研究中，科学家们不仅提供了更高分辨率的Env三聚体视觉材料，而且他们还使用了两种不同的技术。科学家在破译这种分子的结构方面取得进展是至关重要的，因为它是艾滋病毒表面的唯一抗原，因此也是天然抗体和可能疫苗的唯一目标。

为了全面观察这一重要分子，这两个小组的科学家用低温电子显微镜和x光晶体学观察了它。Jean-Philippe Julien和他的同事将Env三聚体与一种广谱中和抗体结合，然后获得了4.7埃的复合物晶体。在一项使用相同三聚体分子但不同抗体的相关实验中，由Dimtry Lyumkis领导的一组科学家使用了低温电子显微镜，这与今年早些时候一项有争议的研究中使用的方法相似，但导致三聚体/抗体复合物具有更高的分辨率。至关重要的是，Lyumkis等人获得的低温电子显微镜结构与Julien团队介绍的晶体结构一致。观察两组的复合物可以对三聚体的结构特征提供重要的理解。这项工作代表着科学家在理解艾滋病病毒入侵机制方面向前迈出了一大步。通过提供对环境三聚体结构的更仔细的观察，它也可以帮助指导基于结构的艾滋病毒疫苗的设计。

表面修饰可以制造出更好的儿童病毒疫苗

根据一份新的研究报告，由于一些分子工程研究，最后一批尚未获得批准疫苗的儿童疾病之一可能很快会有疫苗。呼吸道合胞病毒或呼吸道合胞病毒可导致高度传染性肺部感染，并通过学校或日托中心迅速传播。这是5岁以下儿童住院的最常见原因，但研究人员无法设计出有效的疫苗来对抗它。在这项研究中，杰森·麦克勒朗和他的同事根据以前的研究表明，呼吸道合胞病毒膜中的一种叫做F蛋白的蛋白质在融合前状态(位于病毒表面时的状态)下会成为抗体的目标，而在融合后状态(入侵细胞后的状态)下不会。研究人员在融合前操纵蛋白质结构的特定位置——他们用这种技术设计了100多种变体——然后在小鼠和恒河猴中测试了六种稳定的变体。他们对这些动物进行免疫接种，看哪些F蛋白变体会产生最好的保护性反应。特别是，当用某个预融合结构免疫时，它可以比用融合糖蛋白免疫时产生多达10倍的抗体。融合糖蛋白是目前正在进行临床试验的主要呼吸道合胞病毒候选疫苗的一部分。

土壤微生物与肥力

草地曾经覆盖了美国近10%的土地，但是现代农业操作，通常包括大量的肥料、灌溉和耕作，已经将这些生态系统减少到了以前荣耀的一小部分。现在，诺亚·菲耶尔和他的同事们对这个濒临灭绝的生物群落进行了基因分析，揭示了一组土壤微生物，这些微生物几乎已经从美国中西部消失，而后者曾在那里繁衍生息。研究人员的发现表明，草原土壤中微生物的高度多样性有助于保持这种生态系统的完整性和生产力，一种叫做疣状菌的特殊门曾经统治着这种土壤。

菲耶尔和他的同事建议，他们的技术也可以用来重建其他濒临灭绝的生物群落的微生物多样性，这一信息可能有助于旨在使一些生态系统恢复其原始的工业化前功能的恢复努力。为了得出结论，研究人员从31片高草平原上采集了10厘米厚的土壤，这些高草平原在一年多的时间里基本上没有耕种。然后，研究人员将土壤的遗传分析与物种分布模型结合起来，预测在碳水化合物代谢中起作用的疣微生物群落物种是如何分布在美国中西部的。他们说，这种前草原土壤和现代农业土壤的比较可以用来指导目前正在进行的数百个草原恢复工作。

关注眼睛中的蛋白质

因为一项新的研究，现在眼睛如何解释周围的世界来寻找移动的物体变得更加清晰。研究哺乳动物眼睛的科学家不太了解用于探测运动控制神经回路的分子线索。但是他们知道被称为SAC的星形胶质细胞——它们位于眼睛的感光层(或视网膜)——与此相关。SAC可以通过对光的亮度和暗度做出反应来检测运动。同一个囊细胞类型如何获得这些相反的功能一直是个谜。

孙路和他的同事们开始了解更多关于眼睛中的神经回路如何解释光模式以允许检测运动的知识。他们集中研究了一对叫做SemaA2和PlexA2的视网膜蛋白质。研究人员设计的小鼠视网膜缺少一种或两种这些蛋白质，并试图观察这将如何影响囊细胞的功能。每次，SAC细胞的反应性都发生变化。含有变异SAC的小鼠的视网膜在反应性试验中表现不佳。至关重要的是，切断SemaA2的表达有助于创建两个不同的具有相反结构和功能的囊细胞群(亮和暗)。这一发现揭示了二磷酸腺苷和磷脂酶A2将合作使哺乳动物的视网膜健康生长和功能。

(这篇专栏文章由美国科学促进会独家提供)

《中国科学报》(国际版，第二版，2013年11月12日)