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  近日,中国科学院武汉病毒研究所/病毒学国家重点实验室肖庚富研究组与南开大学药学院、天津国际生物医药联合研究院共同在Protein&Cell(《蛋白质与细胞》)杂志上发表题为Structure-ActivityRelationshipOptimizationforLassaVirusFusionInhibitorsTargetingtheTransmembraneDomainofGP2(《靶向拉沙病毒GP2跨膜区融合抑制剂的构效关系优化及其机制研究》)的研究论文。该研究成功筛选得到阻断四级病原拉沙病毒(Lassavirus,LASV)入侵的抑制剂:化合物21、29、57、72;并对其作用机制进行了详细阐述。  LASV属沙粒病毒科(Arenaviridae),哺乳类沙粒病毒属(Mammarenavirus),引发烈性传染病拉沙热,被美国疾控中心归类为A类生物恐怖病原(CategoryAbioterrorismagent)。LASV的天然宿主是啮齿类多乳鼠,人主要通过接触含有病毒的动物排泄物或气溶胶感染,人与人之间也会发生相互传播。LASV主要在西非地区流行,每年约30万-50万人感染,在住院患者中的致死率最高可达70%,幸存者往往也会伴有耳聋等严重后遗症。在今年年初,尼日利亚爆发了该国史上最严重的一次拉沙热疫情,从1月1日到4月29日,已有420人确认感染拉沙热,114人死亡。了解LASV的致病机制,发展针对LASV的治疗手段非常必要。目前还没有FDA批准的针对LASV的特效药物和疫苗,治疗手段仅限于在感染早期使用广谱抗病毒药物利巴韦林,因此迫切需要研发高效、特异的抗LASV药物。  病毒入侵是病毒生命周期的第一步,是抗病毒药物设计的重要靶点之一。研究人员构建了以水泡性口炎病毒(VSV)为骨架、囊膜蛋白为LASV囊膜糖蛋白GPC(glycoproteincomplex)的假型病毒(LASVpv)和重组病毒(LASVrv),LASVpv和LASVrv由于囊膜蛋白与LASV相同,因此可以在生物安全二级的条件下模拟LASV的入侵过程。由于其携带报告基因,可用于高通量筛选实验。  研究人员通过对已报道的由SIGA公司筛选的LASV特异性进入型抑制剂ST-161进行构效关系优化,得到72种衍生物。通过在不同细胞上进行LASVpv和LASVrv抗病毒实验鉴定出四种SI最优的LASV进入抑制剂:化合物21、29、57、72,其IC50分别为18.92pM、189pM、0.2784pM。令人惊喜地发现,化合物57对沙粒病毒科其他四级病原也有显著的抑制效果,其中对Junínvirus(JUNV)、Sabiávirus(SABV)、Chaparevirus(CHAPV)的抑制水平达到nM级;对Guanaritovirus(GTOV)和Machupovirus(MACV)的抑制水平更是达到pM级,有望成为沙粒病毒的广谱性抑制剂。  为进一步探索四种化合物的作用机制,研究人员通过膜融合实验,证明四种化合物均能显著抑制LASVGPC介导的膜融合。且发现化合物57也能显著抑制JUNV/SABV/CHAPV/GTOV/MACVGPC介导的膜融合,从而抑制病毒的进入。接着通过LASV病毒耐药株筛选,发现抑制剂21的耐药点突变是GP2跨膜区(TM)的第428位的亮氨酸(L)突变为丝氨酸(L428S),抑制剂29、57、72的耐药点突变是GP2TM的第446位的苯丙氨酸(F)突变为亮氨酸(F446L)。研究发现L428S和F446L及其联合突变假病毒对四种抑制剂均有显著的耐药效果。  研究发现耐药点突变L428S和F446L都是位于GP2TMα螺旋的同一侧,因此,研究人员猜想GP2TM存在药物的耐药性/敏感性界面,接下来他们对GP2TM进行丙氨酸扫描膜融合实验并通过化合物29鉴定其敏感性,结果发现GP2TMα螺旋针对化合物29明显划分为耐药性/敏感性界面(图2)。  实验证明四种化合物可以显著抑制LASV的进入,相比于ST-161,显著提高了抗病毒效果,并具有广谱抗病毒活性。其作用机制是通过作用于SSP与GP2的相互作用界面,稳定GPC融合前的构象,抑制膜融合而达到抗病毒的效果。以上研究为沙粒病毒的暴发流行提供了药物储备,为抗沙粒病毒的药物研发提供了理论依据与优化策略。  南开大学与武汉病毒所联合培养硕士研究生张光顺为论文第一作者,武汉病毒所副研究员王薇为通讯作者。  该研究得到国家重点研发计划(2018YFA0507204)、国家自然科学基金(31670165)、武汉国家生物安全实验室高端用户培育项目课题暨中科院高致病性病原生物学与生物安全重点实验室开放研究基金课题(NBL2017008)、病毒学国家重点实验室开放课题(2018IOV001)资助。    文章链接 图1四种化合物抗沙粒病毒效果  图2LASV-GP2TM的抑制剂敏感性/耐药性界面

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  相比于传统气体压缩制冷,固态制冷以其在节约能源与保护环境方面的独特优势成为最近十几年来的研究热点。基于可逆马氏体相变材料在外加力的激励作用下的弹热效应制冷非常具有应用潜力。弹热效应的温变大小、临界应力、相变滞后、疲劳特性等关键性能指标,不仅依赖于相变熵和化学键强度等材料内秉属性,也与材料的微观缺陷和组织结构紧密相关。因此有效调控微观组织是发挥材料弹热性能的关键,而对金属功能材料的非平衡凝固相选择和晶体学取向控制是一种独特的材料制备加工方法,有望改善常规方法获得的弹热性能。  近年来,中国科学院宁波材料技术与工程研究所新型磁相变材料团队报道了数十种材料的弹热效应,并系统研究了受控凝固对弹热制冷材料的性能影响。最近,作为一种新型变磁性形状记忆合金Pd-In-Fe单晶理论上能够得到15%的拉伸马氏体相变应变,具有巨大的弹热潜力。团队用直接熔炼成型和退火的方法制备了Pd-In-Fe多晶合金,首次测量了Pd-In-Fe合金的弹热效应,发现Pd59.3In23.2Fe17.5在80MPa的临界应力触发下得到5.4K的绝热温变,成果发表在Intermetallics上(2018,v100,p27)。接下来,团队用循环过热与熔融玻璃复合的深过冷凝固技术制备Pd-In-Fe合金并研究了超弹性和弹热效应。该凝固技术通过熔融玻璃消除熔体中的杂质,使得合金在远低于液相线温度以下的温度形核凝固,避免了铸态合金的偏析凝固过程,直接获得了成分均匀的马氏体相,同时由于深过冷过程引入大量内引力,在361K获得了独特的线性超弹性。线性超弹性的滞后损失与同等应变量的Pd-In-Fe退火样品的非线性超弹性相比减小了75%。该深过冷合金在154MPa单轴应力作用下获得3K的绝热温变。这种独特的具有小滞后损失的线性超弹性有利于系统设计的紧凑性和小型化,相关工作发表于ScriptaMaterialia(2019,v160,p58),并申请了专利(201811164007.1)。  此外,团队通过液态金属冷却高温度梯度定向凝固的方法制备了取向与偏离该晶向的NiMnSn大晶粒样品,构建出在同等加载条件下研究弹热温变和局域应变的晶粒取向依赖性的实验条件。引进结合红外热成像与数字图像关联技术,实现了在弹热测试过程中的温度和应变的面分布的实时监控,发现应变分布和温变分布具有明显的晶向依赖性,并且观察到了局域温变落后于应变的不同步现象。该工作对于深入理解应力诱发的相变机理和挖掘材料最优弹热性能有重要指导意义,相关成果发表于ScriptaMaterialia(2019,v163,p14)。  此项研究得到国家自然科学基金(51801225,51771218,51531008,51701233)、中科院国际合作重点项目(174433KYSB20180040)和中科院仪器修购计划的支持。 深过冷凝固Pd-In-Fe合金的线性超弹性(左)和定向凝固NiMnSn合金的红外热成像图与局域应变图(右)

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      近期,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所先进感知与智能系统研究室在表面等离子共振光学检测领域取得新进展,相关成果发表在光学期刊OpticsExpress上(Vol.27Issue.2)。      表面等离子共振技术(SurfacePlasmonResonance,SPR)由于其实时、无标记的优越检测特性而广泛应用于医学、生物学等微观检测领域。棱镜耦合式SPR具有结构简单、灵敏度高等优势,被广泛使用,但在现场检测时,该系统检测信号存在温度漂移,通常的解决方案是增加参考通道,但是该方法无法测量不同温度水平的生物学动力常数。  针对以上问题,研究人员提出了一般性解决方案:分别建模分析了角度调试和波长调制模式下的温度对其共振偏移的影响。由于色散效应,两种调制模式下的影响既具有相同的趋势,也有不同之处。基于交叉灵敏度矩阵思想,分别提出了双波长检测(Angular-interrogation)和双角度检测(wavelength-interrogation)方法,实现了折射率和温度变化的同时测量。研究人员首次提出分区间线性修正提高精度的检测思想,且进行了概念性验证实验。相比于构建新型微纳检测结构,该方法在工程领域具有较强的可行性,具有广泛的应用前景,得到审稿专家的充分肯定。  相关研究工作得到国家自然科学基金面上项目、国家科技重大专项、安徽省重点实验室资金等的资助。  论文链接 波长调制模式SPR传感器的温度效应

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  磁子型器件有望构成继基于电荷流的第一大类半导体/微电子器件和基于自旋极化电流的第二大类自旋极化电子器件之后的基于磁子流的第三大类固态磁子型器件,有望为未来信息科学和技术的可持续发展带来更加广阔的发展空间。  从物理角度上讲,除了电子这一自旋的载体,其它中子、磁子等粒子或者准粒子也可以携带自旋角动量信息。特别是磁子(即磁激子或磁振子的简称),它可通过铁磁、亚铁磁或反铁磁绝缘体中自旋晶格的元激发获得,并且磁子是电中性的,可以用作理想的信息载体,它有如下优点。首先,磁子的波动性提供了一些基于电子的传统自旋器件无法实现的功能。磁子提供了没有焦耳热的长距离自旋信息传递的新方法,可以避免电荷流产生的焦耳热问题,从而极大地降低自旋器件的功耗。其次,磁子基于自旋波的相干特性和非线性的相互作用,可以产生更为新奇的物理现象和器件应用。对其相位的调制为信息的操控提供了另外一个自由度,从而可以实现非布尔逻辑运算功能。关于磁子自旋输运的研究方兴未艾,甚至一个关于它的新兴学科——磁子学(Magnonics)正在应运而生。磁子型器件除了利用磁子实现数据存储和逻辑运算外,还包括磁子自旋与电子自旋之间的相互转换,从而可以实现新型磁子电路与电子电荷及电子自旋两类传统电路之间的相互集成和功能转换;此外,磁子的量子特性也可以产生其它宏观量子现象,例如自旋超流体和磁子约瑟夫森效应等。  中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室研究员韩秀峰课题组在国际上率先研制出了可用于磁子信息调控的磁子阀(MagnonValve)和磁子结(MagnonJunction)等磁子型元器件。首先,他们采用能与工业化生产相兼容的磁控溅射技术等方法,通过反复实验优化探索,首选具有室温铁磁性的钇铁石榴石Y3sub>Fe5O12(YIG)磁性绝缘体作为上下极、非磁性金属Au作为中间层、在GGG衬底上异质外延制备出了高质量的核心结构为磁性绝缘体(MI)/非磁性金属中间层(NM)/磁性绝缘体的磁子阀(MI/NM/MI),并且在该YIG/Au/YIG结构中首次观测到和发现了磁子阀效应(MagnonValveEffect),即通过两层磁性绝缘层的相对磁化方向取向可以调控磁子流的大小[HaoWuandX.F.Hanetal.,Phys.Rev.Lett.120(2018)097205,Editors’suggestion&FeaturedinPhysics]。  为了构造完全电绝缘和纯磁子流调控的磁子阀元器件,该团队进一步优选反铁磁绝缘体NiO作为中间层,在国际上又率先成功制备出了核心结构为磁性绝缘层(MI)/反铁磁绝缘层(AFI)/磁性绝缘层(MI)的新型磁子结(MI/AFI/MI),并研究了YIG/NiO/YIG中磁子流的输运性质。通过在磁子结两侧施加温度梯度来激发MI中的磁子流,发现其中一个MI磁性绝缘体层中的磁子流将受到另一个MI层的影响,而且是通过反铁磁绝缘体中磁子流的传递来实现的。通过在顶部重金属Pt层测量穿过磁子结的磁子流,发现测量到的逆自旋霍尔(InversespinHalleffect,ISHE)电压取决于两个MI层的磁化相对取向,进而可以产生类比过去磁性隧道结(Magnetictunneljunction,MTJ)的新型磁子结(MagnonJunction)效应。同时该新型磁子结可以实现比磁子阀更高的开关比。新型磁子结器件,因其对纯磁子流的调控能力,有望成为磁子信息传递和逻辑运算的核心元器件,可以为构建纯磁子电路奠定核心元器件基础。  该项工作的最新相关研究进展已发表在《物理评论B》上[C.Y.Guo,C.H.Wan&X.F.Hanetal.,Phys.Rev.B.98(2018)134426]。该工作得到国家自然科学基金委、科技部和中科院有关项目的经费支持。  文章链接图1.GGG//YIG(100)/NiO(15)/YIG(60nm)磁子结的微观结构。(a)器件TEM截面图;(b)GGG//YIG(100nm)界面的高分辨TEM图;(c)YIG(100)/NiO(15)/YIG(60nm)界面的高分辨界面TEM图;(d)底层YIG和(e)通过傅里叶变换HRTEM图获得的顶层YIG的选区电子衍射图;(f)磁子结的自旋塞贝克信号测量布置,磁场方向延x方向。   图2.(a)磁子结与对比样品(NiO厚度分别为6、8、15、20和30nm的磁子结样品)的临界翻转磁场随温度的变化关系,该数据是通过自旋塞贝克信号测试;(b)磁子阀效应的VAP/VP比值随温度的变化关系,插图展示tNiO=6nm的磁子结在260K的自旋塞贝克信号的探测结果。在反平行状态下此磁子结中的磁子流在一定条件下可以完全关断;(c)磁子结厚度同lnδ随温度的依赖关系,并得到磁子结中NiO的磁子扩散长度。插图展示NiO中的磁子扩散长度λNiO在150K温度时为4nm左右。

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      1月15日,国际学术期刊TheISMEJournal在线发表了中国科学院北京生命科学研究院赵方庆研究团队和中国科学院大学存济医学院苗苗课题组的合作论文GeneticbasisfortheestablishmentofendosymbiosisinParamecium。该研究通过比较基因组学分析和RNA干扰实验,为探索内共生引起的、“正在发生的”遗传改变提供了新的视角,找到了绿草履虫(Parameciumbursaria)-小球藻(Chlorellavariabilis)内共生系统调节中的关键基因——谷氨酰胺合成酶glnA。  内共生理论作为阐述真核细胞起源的一种学说被广泛接受。作为单细胞纤毛虫的绿草履虫(图1)是研究原生动物与绿藻间内共生关系的理想模型。绿草履虫之前的研究都是基于形态和理化指标水平上探索该内共生现象,基因组数据的缺失不能从全基因组水平上阐述内共生的建立过程和维持机制,所以严重制约着对该系统的研究。面对这个问题,北京生科院和国科大合作团队开展了比较基因组研究,他们分析发现绿草履虫编码的与氧结合及含氮多糖生物合成相关的基因显著减少,而编码与氮代谢、矿物质吸收和营养运输有关的基因显著增多。通过比较后的结果提示,内共生小球藻在长期进化中能够通过光合作用为宿主细胞提供充足的氧气,从而导致绿草履虫编码结合及运输氧气的基因丢失和功能退化。转录组差异表达分析发现氮代谢途径中谷氨酰胺合成酶基因的表达差异最为显著。在此基础上的RNA干扰实验进一步证实,谷氨酰胺合成酶基因的表达量降低,会显著减少绿草履虫细胞中共生藻的数目。  基于这些结果,研究人员认为通过调节谷氨酰胺的合成,绿草履虫可以“圈养”数以百计的内共生小球藻来获取充足的氧气和碳源,并提出了绿草履虫与内共生小球藻之间进行物质交换和信息交流的模型(图2)。此项研究提供的组学数据和实验结果为研究内共生系统中的长期进化提供了强有力的支持,拓展了对绿草履虫内共生系统建立机制的认识。  该工作主要由赵方庆课题组和苗苗课题组的硕士研究生何明、副研究员王金锋共同完成。该研究获得国家自然科学基金委和中科院的经费支持,并得到中国海洋大学原生动物实验室的帮助。  论文链接  图1.绿草履虫活体镜检图。Ma:大核,Cy:胞咽 图2.绿草履虫与内共生小球藻交互关系模式图

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  01月17日,《科学》子刊《科学进展》在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邢松等与国际同行合作完成的关于许家窑古老型人类幼年个体的牙齿生长发育研究结果。该研究发现:在形态特征上还比较原始的许家窑人在牙齿生长发育规律(被认为反应生活史)上已经步入现代人变异范围内。提示人类在演化成如今模样之前,可能就已经像现代人一样遵循着一个较慢的生理节律。  区别于现生的其他灵长类,现代人有着独特的、较长的生理系统生长和发育期。具体表现为,幼童时期长、第一次生育期晚、寿命长等,也就是“Liveslowanddieold”。除了在形态、遗传、行为等方面的鉴定标准外,生长发育也是判断是否现代人的一项重要指标。现代人这一特殊的生长发育模式何时出现一直以来未受关注。由于在化石记录中,软组织难以保存,保留生长轨迹的牙齿就成为生长发育演化研究的重要材料。这主要基于两点原因:1)牙齿在生长过程中,留下了以天为单位的短周期线以及多天为单位的长周期线,通过对这些长短周期线的观察和计数,可以复原其生长轨迹;2)牙齿的生长发育指标,如齿冠形成时间、第一臼齿萌出时间被认为与生活史指标有相关性。  以往研究表明,南方古猿、非洲早期人属、直立人牙齿生长发育节奏较快,与现代人差别较大。尼安德特人牙齿的部分生长发育指标已经进入现代人变异范围内反映较快节奏的一侧,但仍与现代人有明显差别。那么直立人之后、智人之前的代表过渡类型的古老型人类在牙齿生长发育上表现如何呢?  在中国化石记录中,恰恰保存下了一件产自河北许家窑地点的幼年个体上颌骨材料,其第一臼齿刚刚萌出不久,其他门齿、犬齿、前臼齿和第二臼齿还都在颌骨中未萌出或即将萌出。年代测定显示许家窑人生活在距今14.8-24.8万或10.4-12.5万年前,处于中晚更新世的交替,也是现代人起源的一个关键时间点。1976、1977、1979年三次在许家窑地点的发掘共发现包括头骨片、下颌骨片、单颗牙齿在内的人类化石共20件,其中编号I的就是许家窑幼年个体的上颌骨,是在1976年发现的。针对许家窑的演化地位开展了一系列研究,一致认为其代表过渡性的古老人类,其形态特征具有镶嵌型,既有直立人的原始特征,又表现出智人的进步特征,还有在尼安德特人中高频出现的性状。  该项研究使用同步辐射扫描技术对许家窑幼年个体的萌出和未萌出的恒齿进行了高精度扫描,复原了许家窑幼年个体牙齿的内外长短周期线,并完整推算出该个体所有恒齿的齿冠形成时间、齿根形成时间和速率、齿冠钙化的开始时间、第一臼齿的萌出时间、釉面横纹的分布规律。并计算出该幼年个体的死亡年龄为6.5岁。随后,通过与南方古猿、非洲早期人属、傍人、直立人、尼安德特人、智人比较后发现,除了较快的齿根延伸速率外,许家窑幼年个体牙齿的绝大多数生长发育指标都落入现代人变异范围内,表现为齿颈侧较多的釉面横纹、较长的齿冠形成时间、较晚的第一臼齿萌出时间(~6.0岁)。  这一研究是先进的同步辐射技术首次在中国古人类化石研究中的应用,并报道了东亚古人类中最早表现出现代人牙齿生长发育模式的化石证据,提示现代人这种慢节奏的生活史可能在过渡类型的古老人类上开始出现。  该研究得到自然科学基金和中科院先导专项资助。  论文链接  图1.许家窑幼年个体上颌骨及内部牙齿。(邢松供图) 图2.许家窑幼年个体门齿和犬齿表面的釉面横纹。(邢松供图)

最新资讯
【新华网】视宁度测量望远镜在南极昆仑站完成安装
【科技日报】新研究发现许家窑人牙齿发育与现代人相似
中科院2019年度工作会议召开
武汉病毒所等筛选得到沙粒病毒入侵抑制剂
宁波材料所利用新颖凝固技术制备具有弹热效应的形状记忆合金
合肥研究院在光学检测领域取得新进展
物理所发现基于新型磁子结YIG/NiO/YIG的磁子阀效应
内共生系统建立机制研究获进展
东亚古人类牙齿生长发育研究取得进展
武汉病毒所追踪到单个流感病毒脱壳过程