涅槃而生？火山热流或帮助净化生命最起源成分；左撇子相关遗传变异；丙酸血症的mRNA疗法初见潜力 | 一周论文新鲜读

4.8

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. 排放密集型动物养殖业获欧盟补贴最多

2. 调查与左利手有关的罕见遗传变异

3. 破解生命的化学起源如何形成

4. 一种罕见病的mRNA疗法临床试验

5. 对早期哺乳动物演化的新见解

6. 史前残骸帮助揭示密螺旋体病的起源

7. 新抗生素有望战胜一种多重耐药菌

8. 研究齿鲸更年期的演化

食品 | 排放密集型动物养殖业获欧盟补贴最多

Over 80% of the European Union’s Common Agricultural Policy supports emissions-intensive animal products

Nature Food

《自然-食品》发表的一项研究显示，欧盟农业补贴的82%可能都流向了高排放的畜牧业。研究结果基于1986年至2013年（目前能获得数据的最近年份）的数据，比之前估算的比例更高。

全球粮食系统贡献了约三分之一的温室气体排放，依赖地球上一半的可居住土地，占到全球用水量的约80%。欧盟共同农业政策（CAP）是迈向更环保农业的关键政策，而逐渐减少动物基饮食也是缓解气候变化的一个策略。

荷兰莱顿大学的Anniek Kortleve和同事利用“粮食与农业生物质投入-产出”（FABIO）物流数据库中1986年至2013年的数据，再通过“农场会计数据网络”（FADN）公开数据库与欧盟CAP补贴相结合。通过这些数据集，作者追踪了2013年全球粮食供应链的补贴流向——2013年是有相关数据的最近年份——追踪范围包括本国销售、由其他欧盟国家进口以及出口至非欧盟国家产品中的补贴。

作者指出，2013年，CAP的粮食生产预算有82%被用于动物产品——38%为直接投入，44%用于动物饲料生产。如果把动物饲料计算在内，动物基粮食的补贴强度（欧元每千克）几乎翻倍。作者指出，这些动物基粮食与欧盟粮食生产排放温室气体的84%有关，但只供应了欧盟同年消耗的35%的热量和65%的蛋白质。

Kortleve和同事认为，虽然CAP政策指出动物基产品并不理想，但对畜牧业的支持（包括对动物饲料的支持） 却成了向更可持续粮食生产转型的一个经济抑制因素。他们总结道，研究结果或能作为基础，用于进一步研究如何从环境影响和粮食安全的角度重新设计CAP。

遗传学 | 调查与左利手有关的罕见遗传变异

Exome-wide analysis implicates rare protein-altering variants in human handedness

Nature Communications

《自然-通讯》发表的一篇论文认为，罕见的会引起蛋白质改变的遗传变异和微管蛋白基因可能与人类左利手的形成有关。这些发现或能增进我们对左右利手倾向遗传基础的理解。

只有约10%的人是左利手，当右脑半球对这只手的控制更占优势时就会出现这种现象（右利手则反之）。导致优势手的大脑不对称现象在生命早期就已出现，表明这可能与遗传有关。过去的人群研究发现一些与左利手有关的常见遗传变异。这些变异当中有些涉及编码微管蛋白的基因，微管是细胞骨架的一部分，支撑细胞成形。但还不清楚这些基因如何影响左右利手倾向。

为了进一步研究左右利手的遗传基础，荷兰马克斯·普朗克心理语言学研究所的Clyde Francks和同事利用英国生物样本库中超过35万人的数据进行了基因组筛查，寻找与左右利手相关的罕见的、会引起蛋白质改变的遗传变异。分析中包括了38043名左利手人士和313271名右利手人士。研究发现在人群水平上，因罕见编码变异导致的左利手遗传率较低，只有不到1%。他们还发现，一个编码微管蛋白的名为TUBB4B的基因，在左利手人群中含有罕见编码变异的可能性比右利手人群高2.7倍。

作者还研究了以前与精神分裂症、帕金森病、阿尔茨海默病和自闭症有关的基因在多大程度上与左右利手有关。他们认为，有两个此前发现与自闭症有关的基因（DSCAM 和 FOXP1）也可能与左利手相关，但尚未确定因果关系。

化学 | 破解生命的化学起源如何形成

Heat flows enrich prebiotic building blocks and enhance their reactivity

Nature

《自然》发表的实验室实验发现，穿过岩石裂缝的热流——如火山或地热系统中的热流——能净化与生命化学起源相关的分子。该研究可解释生命最初的基本成分如何从复杂的化学混合物中形成。

生物聚合物及其成分的形成是地球生命起源的关键时刻。不过，这些过程很难在实验室里复现。通常来说，这些复杂反应下形成的副产物数量意味着生物相关基本成分形成的数量微乎其微。之前尝试设计的纯化方法因为特异性而受限，无法一次性分离各种分子。

德国路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学的Christof Mast和同事利用受地质启发的有极小（170-µm）裂缝的腔室从由氨基酸、核碱基、核苷酸等化合物组成的复杂混合物中分离出了与生命起源前生命相关的50多种分子。地壳中可发现由类似裂缝构成的巨大网络，这些网络被认为在生命形成前在地球上大量存在。将这种混合物沿着温度梯度过滤，就能因分子结构的细微差异实现特异性分子的分离和富集。

实验结果表明，即使是适度的温差也足以分离和纯化多种生命起源前分子类型，包括 2-氨唑和氨基酸，使其浓度分别提升10倍和3个数量级。浓度比或可通过扩大裂缝网络进一步提高，且被证明在各种温度、溶剂和pH值下都能成功。实验条件被证明能促进两种甘氨酸分子的偶联，这是多肽合成的起点，形成起始混合物5倍的浓度促进了这一过程。

这种方法的成功表明，自然形成的地热热流或在早期地球推动了这种分离过程，并为研究生命起源所需的化合物提供了一种高效的形成方法。

医学研究 | 一种罕见病的mRNA疗法临床试验

Interim analyses of a first-in-human phase 1/2 mRNA trial for propionic acidaemia

Nature

针对丙酸血症这种罕见代谢病的特异性mRNA疗法的首次人体试验被证明能缓解某些患者的症状。《自然》发表了对12名患者的初步分析结果，显示这种疗法是安全的且有潜在获益。

对抗COVID-19的部分疫苗使用了基于mRNA的疗法，这种疗法将能生成特异性蛋白的指令递送到人体内；对COVID-19疫苗来说，这些蛋白能复制部分病毒的成分，诱导免疫反应。这类疗法有潜力取代罕见病中的异常蛋白或缺失蛋白。丙酸血症是一种遗传病，其特征为用于代谢蛋白质和脂肪特定成分的酶出现缺陷，影响着全球15万分之一的人。目前没有直接针对这背后酶缺陷的获批药物。

英国大奥蒙德街儿童医院的Stephanie Grünewald和同事在一项1/2期临床试验中评估了mRNA-3927这种基于mRNA的治疗剂，这种治疗剂能编码丙酸血症中缺陷酶的正常亚基。试验一共招募了16名年龄在1岁到28岁的患者，其中12人完成了期中分析。丙酸血症中有潜在生命危险的症状被称为代谢失代偿事件，在8名患者中，这类事件的发病率降低了70%。治疗相关的不良反应包括发热、呕吐和腹泻，但这些不良反应都不被认为是剂量限制性的。

作者指出，样本量小和缺少对照组是该研究的局限，比如无法通过统计学分析来评估研究结果的显著性。他们还表示，这项研究仍未结束，期中分析的初步迹象表明mRNA疗法对这种罕见病具有潜在临床获益。

古生物学 | 对早期哺乳动物演化的新见解

Fossils document evolutionary changes of jaw joint to mammalian middle ear

Jurassic shuotheriids show earliest dental diversification of mammaliaforms

Nature

《自然》本周发表了两篇论文，新描述了中国侏罗纪时期的一些化石遗骸，揭示了哺乳动物牙齿、下颌和耳的演化过程，这些发现或会推动人们重新思考早期哺乳动物的系统发生。

蜀兽（shuotheriid）是一种侏罗纪时期的哺乳动物，体型约小鼠大小，有着独特的臼齿。它们的演化地位尚存争议，但它们被认为与南方磨楔兽（australosphenidan）有关联，这一类群后来发展出如今的单孔目（即产卵哺乳动物）。明确演化地位需要对保存良好的上下牙齿俱在的标本进行分析。在第一篇论文中，中国中国科学院的毛方园、美国美国自然历史博物馆的孟津和同事研究了两个这样的标本，其年代可追溯至约1.68-1.64亿年前，发现于中国内蒙古地区。作者发现标本的臼齿与南方磨楔兽的不太相似，而是更接近另一个已灭绝的哺乳动物类群柱齿兽（docodont）。他们将这些精细的标本归入了一个新的类群。

第二篇论文也是毛方园和同事所作，聚焦于上述新分类群和一个来自中国侏罗纪时期（2.01-1.84亿年前）的新的、更原始的哺乳动物类群的头骨。已知有些早期哺乳动物有双颌关节，随着时间推移，其中一个关节的组成部分逐渐演变为中耳的一部分。这些化石似乎捕捉到了这一转变进程。这个颌骨的特征表明，其中一个关节失去了承重功能，同时中耳已对听觉做出了适应。

基因组学 | 史前残骸帮助揭示密螺旋体病的起源

Redefining the treponemal history through pre-Columbian genomes from Brazil

Nature

《自然》发表的一项研究在巴西出土的史前人类遗骸中发现了一种细菌的已知最古老基因组，这种细菌来自会导致梅毒这类疾病的细菌家族。研究结果或为这类疾病的起源提供新信息。

梅毒螺旋体（Treponema pallidum）细菌的有近缘关系但不相同的亚种会导致不同类型的密螺旋体病，如性病梅毒和非性传播的非性病性梅毒（bejel）。这类疾病的起源一直存在争议：有观点认为15世纪末欧洲的梅毒流行病出现在哥伦布探险从美洲将这些细菌引入欧洲之后。之前关于这类疾病起源的理论都基于古代骨骼病理学研究，但一直缺少确认致病亚种的确凿证据。

瑞士苏黎世大学的Verena Schuenemann和同事提取了从近2000年前巴西埋葬遗址出土的四名个体的DNA，并重建了感染他们的梅毒螺旋体细菌的基因组。分析显示，致病病原体与导致非性病性梅毒的现代细菌种亲缘关系最近。这一发现支持了之前认为美洲文明在前哥伦布时期就出现了密螺旋体感染，并且密螺旋体疾病至少在哥伦布启航的至少500年前就已经出现在新大陆。该研究并未揭示性病梅毒（被认为是在后来才演化出来的）的起源，但有助于我们了解真正古代的密螺旋体疾病的发病率和特征。

医学 | 新抗生素有望战胜一种多重耐药菌

A novel antibiotic class targeting the lipopolysaccharide transporter

Nature

《自然》发表了两篇论文，报道了一种新型抗生素作为临床候选药物的发现和开发。这种新化合物能有效对抗一类耐受多种现有抗生素的细菌物种。

抗生素耐药已经成为近几十年来全球公共卫生的一个紧迫威胁。碳青霉烯类耐药鲍曼不动杆菌（CRAB）尤为令人担忧，它在世界卫生组织重点病原体清单中位列1类重点，被美国疾病控制与预防中心列为紧急威胁。鲍曼不动杆菌（A. baumannii）是一种革兰氏阴性菌，它有一层含脂多糖（LPS）的外膜，能抵抗数种抗生素的渗透，因而难以杀灭。阻断脂多糖合成及其向外膜的输送，能降低细胞的生存能力，提高它对某些抗生素的敏感性。

由Claudia Zampaloni、Patrizio Mattei、Konrad Bleicher和同事新发现的抗生素是一种栓系大环肽（tethered macrocyclic peptide），称为zosurabalpin，在针对CRAB时展现出有前景的抗菌活性。Zosurabalpin通过抑制能促进脂多糖移动穿过双分子层的运输复合物，来阻止脂多糖到达细菌外膜。Zosurabalpin在实验室和小鼠模型中展示出有效治疗高度耐药的CRAB分离菌的能力。Zosurabalpin对临床耐药CRAB的活性表明它能绕过现有耐药机制，但对这种新化合物产生耐药的可能性需要在临床相关条件下进一步研究。在一篇同时发表的论文中，Daniel Kahne和同事详细检查了这类抗生素的活性机制，表明它们以底物结合状态捕获脂多糖运送复合物，使之难以移动脂多糖，最终导致细胞死亡。

这一新化合物在应对高度耐药病原CRAB中展现出前景，人体试验正在进行，以深入开发这一化合物的临床使用。这些研究还识别出了脂多糖运送物的一个特定构象，可作为有效靶标，以开发类似化合物定向针对其他的革兰氏阴性菌。

演化 | 研究齿鲸更年期的演化

The evolution of menopause in toothed whales

Nature

《自然》发表的一篇论文认为，齿鲸（如虎鲸、白鲸和一角鲸）之所以演化出更年期可能是为了增加总体寿命。这些发现表明，更年期的演化使雌性能够帮助后辈生存，但不会与女儿或孙女竞争配偶。

更年期是一种非常罕见的现象，对其演化的过程和原因长期存在疑问。女性人类是已知唯一演化出延长生殖后生命的陆地哺乳动物，但已知更年期在齿鲸中经历了多次演化。尽管对人类更年期适应价值的理解已有所进展，但还不清楚这些发现对其他物种是否有普遍意义。

英国埃克塞特大学的Samuel Ellis和同事组装并分析了一个新的比较数据库，来检验关于齿鲸更年期的各种演化假说。他们认为，雌性更年期是在不增加生殖寿命的情况下延长寿命进化而来。更年期为雌性提供了帮助家族中其他年轻后辈的机会，提高其生存几率，例如分享食物，照料幼儿，在资源短缺时帮助群体，保护他们的子弟。更年期使它们的寿命能与子代和孙代的寿命有所重叠，但不会增加与女儿的生殖重叠以避免生殖竞争。

研究结果表明，更年期是在对物种有利时演化出来的。尽管鲸类与人类存在明显差异，但更年期的趋同演化为理解更年期的总体演化提供了新的见解。

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