猪器官移植人体前景可期、月球铺路的一小步、对禽流感有抵抗力的鸡？尼安德特人猎狮场景再现 | 一周论文新鲜读

10.16

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 生物工程让鸡获得禽流感抗性

2. 月球铺路的一小步

3. 尼安德特人狩猎穴狮的最早可能证据

4. 全球氮肥施用再分配以保护谷物生产

5. 提高猪器官移植人体的相容性

6. 深度学习辅助术中快速肿瘤分类

生物技术 | 生物工程让鸡获得禽流感抗性

Creating resistance to avian influenza infection through genome editing of the ANP32 gene family

Nature Communications

根据《自然-通讯》发表的一项概念验证研究，基因编辑可用于培育对禽流感感染有部分抵抗力的鸡。该研究发现提出了一种潜在策略，有助于减少禽流感从野外禽鸟向养殖家禽的传播。

禽流感在亚洲、欧洲、非洲和美洲的广泛传播，对野生鸟类造成了威胁，令农民蒙受经济损失，并且给人类健康带来风险。目前尚未有可靠的禽类用禽流感疫苗，因为野外病毒抗原漂移太过迅速，且由于政治和经济上的影响这类疫苗使用一直备受争议。在鸡的体内，禽流感生命周期依赖于一种宿主蛋白（称为ANP32A），这为创造抗病毒禽类提供了潜在靶标。

英国爱丁堡大学的Mike McGrew和同事编辑了鸡生殖细胞中的ANP32A基因来限制甲型流感的活性。他们发现，由此完全长成的鸡对来自其他受感染禽类的生理剂量甲型流感具有抵抗力，且恢复力更强。但是，基因编辑鸡对1000倍以上的剂量没有抵抗力。经过两年多的监测，这些鸡的健康或产蛋率没有受到任何不良影响。作者提出，对其他相关基因（ANP32B和ANP32E）进行进一步编辑和删除将能阻止病毒复制。

研究结果表明，基因编辑是培育抗禽流感鸡的一种可能途径。但是作者也提醒，需要进一步研究确保动物健康未受影响，而且可能需要对ANP32家族基因进行多次编辑才能消除病毒进化的可能性。

天文学 | 月球铺路的一小步

Laser melting manufacturing of large elements of lunar regolith simulant for paving on the Moon

Scientific Reports

《科学报告》发表的一项概念验证研究表明，使用激光融化月壤造出更坚硬的层状物质，有可能在月球上创造铺面道路和着陆坪。尽管这些实验是在地球上使用月尘替代物进行的，但这些发现展示了技术的可行性，表明其可在月球上复现。但作者说还需要进一步研究改进流程。

月尘是对月球车的一个重大挑战，因为低重力，月尘受干扰后会到处漂浮，并可能破坏设备。因此，像道路和着陆坪这样的基础设施对于月球上缓解尘土问题和促进运输十分关键。但从地球上运输建筑材料成本高昂，因此有必要使用月球上的现有资源。

德国阿伦应用技术大学的Ginés-Palomares、 Miranda Fateri和德国联邦材料研究与测试中心的Jens Günster用二氧化碳激光融化了一种被称为EAC-1A的细颗粒材料（由欧洲空间局研发，作为月壤替代物），模拟月尘在月球上如何被聚焦的太阳辐射融化成固态物质。作者实验了不同强度和大小的激光束（分别达到12千瓦和100毫米宽），以创造出坚固的材料，尽管他们证实，交叉或重叠激光束路径会导致破裂。他们开发了一种策略，利用45毫米直径的激光束制造出一种三角形、中央空心的几何形状，大小约250毫米。作者认为它们可以彼此相嵌，在大面积月壤中创造出坚实表面，作为道路和着陆坪。

作者计算出，在月球上再现这一方法需要从地球运输一个约2.37平方米的透镜过去，作为阳光聚焦器代替激光。所需设备体积较小，这在未来的月球任务中可能是一个优势。

考古学 | 尼安德特人狩猎穴狮的最早可能证据

First direct evidence of lion hunting and the early use of a lion pelt by Neanderthals

Scientific Reports

根据《科学报告》发表的一项研究，48000年前在今德国地区的一只穴狮胸腔的穿刺伤表明，尼安德特人用木矛杀死了这只动物，这可能是这些古人类狩猎屠宰狮子的最早案例。这项研究还提出了尼安德特人使用穴狮皮的最早证据。

尼安德特人与穴狮（Panthera spelaea）的互动尚不明确，尽管后者在其他古人类文化（如智人的洞穴壁画）中地位突出。

德国图宾根大学的Senckenberg人类演化和古环境中心的Gabriele Russo和同事分析了一个来自德国锡格斯多夫的近乎完整的穴狮骨骼，该骨骼最初发掘于1985年，年代可追溯到48000年前。这一遗骸被认为来自一头年老的中等大小穴狮。骨头上有切割痕迹，这些骨头包括两根肋骨、一些脊椎以及左股骨上的痕迹，此前被认为是古人类在这头动物死后将其屠宰。然而，作者现在描述了一个局部穿刺伤，位于狮子第三肋骨的内侧，看起来符合一把木尖矛的冲击印记。这一穿刺存在角度，表明矛进入狮子腹部左侧，穿透了重要脏器，到达第三肋右侧。这一穿刺伤的特征类似于一个已知由尼安德特矛造成的鹿脊椎上的痕迹。因此作者认为，锡格斯多夫样本是尼安德特人蓄意狩猎穴狮的最早证据。

作者还分析了来自德国Einhornhöhle的三只穴狮标本足趾和下肢的趾骨和籽骨，这些标本发掘于2019年，可追溯至45000-55000年前。这些骨头上也有与动物被剥皮相应的切割痕迹。存在被人为改变的骨骼表明这些骨骼曾被留在皮毛中，然后随皮毛被丢弃在这一地点。这些切痕的位置意味着在剥制时采取了谨慎的方法，以确保皮毛中保留爪子。根据作者的看法，这可能构成尼安德特人使用狮皮的最早证据，可能是出于文化性的目的。

这些发现为尼安德特人和穴狮在更新世的互动提供了新的见解。

农业 | 全球氮肥施用再分配以保护谷物生产

A redistribution of nitrogen fertiliser across global croplands can help achieve food security within environmental boundaries

Communications Earth & Environment

《通讯-地球与环境》发表的一项研究报告，通过更均衡的分配使用，全球氮肥总体使用可以降低32%，同时仍维持现有的谷物生产水平。这项研究表明在全球耕地氮肥再分配有助实现粮食安全并显著降低氮污染。

谷物作物如玉米、小麦和水稻通常需要使用化学氮肥来生长和增加生产力，现在这部分占全球约60%的氮肥使用。但这些化肥中有很大一部分要么流失到土壤和地下水，增加了更广泛环境里的氮污染，或者作为温室气体一氧化二氮被排放了。这在北美、欧洲和东亚的主要产区尤其是个问题，这些地方成比例地增加氮肥的施用量。

德国卡尔斯鲁厄理工学院的Andrew Smerald和同事建模了通过在不同地点施用不同比例化肥（每年每亩0-600公斤氮肥）在全球范围重新分配氮肥使用的影响，评估了模拟的玉米、小麦和水稻在2015-2030年的总产量。

作者发现，通过从传统产粮区如美国中西部或中国东部重新分配氮肥到未充分利用地区如撒哈拉以南非洲等，尽管总体的化肥使用减少了32%，当前谷物生产水平将能够保持到2030年，因为后者产出的增加将补偿别处的产量下降。经此途径，小麦和玉米的生产可以分别减少45%和33%的氮肥使用而不会减少全球产量，还能分别减少71%和63%的氮流失。

作者总结说，更均衡的氮肥全球分配不仅能降低对作物重要产区的依赖，降低重度施肥地区的氮污染，也能支持未充分开发地区如撒哈拉以南非洲实现更好的粮食安全。

医学 | 提高猪器官移植人体的相容性

Design and testing of a humanized porcine donor for xenotransplantation

Nature

《自然》发表的一篇论文报道了将基因修饰猪的肾移植到非人灵长类体内的手术设计和成功过程。修饰该猪的基因组以敲除抗原编码基因，加入人类基因并清除猪病毒，就能让猴子获得约两年的长期存活率。这项临床前研究或进一步推动基因修饰猪的肾脏用于人体移植的临床测试。

动物器官移植到人体内（异种移植）或是解决全球器官紧缺的一个办法。猪是很有前景的供体动物，但在它们被认为临床可行前还有好几个障碍要克服，这些障碍包括器官排异和人畜共患病风险（动物病毒传播给人类）。之前的研究确定了猪体内表达的能被人类抗体识别和攻击的三个聚糖抗原，这会导致器官排异。猪的内源性逆转录病毒也被发现是人体移植面临的一大风险。

美国eGenesis的Wenning Qin和同事基于此前研究，改变了供体猪的基因组，并成功将一个基因工程猪的肾移植到了一个食蟹猴模型（有多个类人性状的非人灵长类）内。研究团队对供体猪（尤卡坦迷你猪）进行了69处基因组编辑，敲除了被认为会引起排异的三个聚糖抗原，让7种人类转基因过表达（以减少灵长类免疫系统的对抗），同时让猪逆转录病毒基因的所有拷贝失活。这些移植的肾比只敲除聚糖抗原的移植肾存活时间显著延长（176天相对于24天），说明这些人类转基因的表达能在一定程度上预防排异。通过结合免疫抑制疗法，这次移植能提供多达758天的灵长类长期存活时间。作者总结道，以上结果显示出今后猪器官移植到人体的前景，并推动该技术向临床测试更进一步。

医学 | 深度学习辅助术中快速肿瘤分类

Ultra-fast deep-learned CNS tumour classification during surgery

Nature

《自然》发表的一项研究报道了一种给中枢神经系统（CNS）肿瘤快速分类的技术，结合了快速测序和深度学习AI模型，或能在不到90分钟内完成分子诊断。研究结果显示出术中进行肿瘤分子诊断以辅助手术决策的潜在可行性。

CNS肿瘤的主要治疗方式包括通过手术摘除肿瘤，这要求在经过谨慎考虑后，在清除肿瘤组织的同时最大程度降低神经系统损伤等并发症的风险。目前的标准流程依赖术前成像和术中组织学分析，但这些方法有时无法给出最终结论，偶尔也不准确。通过DNA测序获得甲基化图谱或揭示关于肿瘤起源和预后的信息，但一般要好几天才能出结果。

为了快速获得DNA甲基化图谱，从而实现术中诊断，荷兰乌得勒支大学的Jeroen de Ridder和同事使用了纳米孔测序技术。该技术速度更快，但产生数据覆盖的遗传位点不如传统测序技术多。为了在这么少的数据下实现CNS肿瘤的分子分类，研究团队开发了名为“Sturgeon”的神经网络工具。在用模拟数据对该工具进行训练和校准后，作者用CNS肿瘤样本的数据测试了Sturgeon。Sturgeon基于相当于测序20-40分钟的数据对50个样本中的45个进行了正确分类。作者还在25次手术期间测试了Sturgeon的表现，发现它能给72%的肿瘤（25分之18）准确分类，且给出诊断报告的时间不超过90分钟。

研究结果表明，基于快速测序的术中深度学习诊断或能辅助神经手术决策并有望改善患者预后。

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