《科学》

研究揭示飞行羽毛工作原理

美国斯坦福大学David Lentink小组的一项最新研究揭示飞行羽毛如何粘在一起以形成连续的变形机翼。这一研究成果近日发表在《科学》上。

研究人员表示，与飞机不同，可变的羽毛重叠使鸟类翅膀能够变形。其通过结缔组织的弹性顺应性来实现这一壮举。

当骨骼运动以改变机翼平面形状时，结缔组织会被动地重新分布重叠的飞行羽毛。独特的微观结构形成“方向性维可牢搭扣”，当相邻的羽毛在伸展过程中滑开时，重叠羽毛上成千上万的叶状纤毛与重叠羽毛的钩状拉米锁定，以防止缝隙。这些结构在屈曲过程中会自动解锁。

研究人员使用一个羽毛状的生物混合空中机器人，演示了两个被动机制如何使变形机翼对湍流具有稳健性。研究人员发现，钩形的微结构将羽毛固定在鸟类物种上，而无声飞行动物除外，后者的羽毛也缺乏类似维可牢搭扣般的噪音。这些发现可能会激发定向扣件和变形飞机创新。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.aaz3358

《自然》

科学家合成稀有糖异构体

美国麻省理工学院Alison E. Wendlandt研究组近日取得一项新成果，他们通过位点选择性差向异构合成了稀有的糖异构体。该研究1月15日在线发表于《自然》。

研究人员报道了通过位点选择性差向异构化反应直接从生物质碳水化合物制备稀有糖异构体。

机理研究表明，这些反应是在动力学控制下进行的，即通过两个不同的催化剂介导的氢原子提取和氢原子供体的顺序步骤进行的。这种合成策略为此类有价值天然化合物提供了简洁且广泛的途径。

据悉，聚糖具有多种生理功能，如能量存储和结构完整性以及细胞信号传导和细胞内过程的调节。

尽管源自生物质的碳水化合物，例如（D）-葡萄糖、（D）-木糖和（D）-半乳糖，能够以商业规模提取，并用作可再生的化学原料和基石，但仍有数百种单糖通常无法从其天然来源中分离出来，而必须通过多步化学或酶促合成方法制备。

这些“稀有”糖在具有生物活性的天然产物和药物中具有显著特征，包括许多美国批准的抗病毒、抗菌、抗癌和强心药。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-1937-1

《细胞》

研究揭示DNA甲基化进化持久性

美国加州大学旧金山分校Hiten D. Madhani研究组发现，古老物种中从头甲基转移酶丢失后，DNA甲基化的进化持久性已存在数百万年。这一研究成果1月16日在线发表于《细胞》。

研究人员发现，Dnmt5在体外和体内显示出精确的维持型特异性，并如同后生生物的维持甲基化酶Dnmt1，利用相似的体内辅因子。

值得注意的是，系统发育和功能分析表明，这一古老物种失去了一种新的甲基化酶DnmtX的基因，介于1.5亿~5000万年前之间。研究人员检查了古老物种中DnmtX丢失以来甲基化如何持续存在。

实验和比较研究表明，新生隐球菌中甲基化模式的有效复制、罕见的随机甲基化损失和获得事件以及自然选择的作用。研究人员认为，表观基因组已经通过类似于达尔文基因组进化的过程传播了超过5000万年。

据介绍，DNA的胞嘧啶甲基化是DNA的广泛修饰，起着许多关键作用。在酵母新生隐球菌中，CG甲基化发生在富含转座子的重复序列中，需要DNA甲基转移酶Dnmt5。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.012

《细胞—干细胞》

自组织3D人躯干神经肌肉类器官体问世

德国马克斯·德尔布吕克分子医学中心Mina Gouti团队在研究中取得进展，他们开发出自组织的三维人体躯干神经肌肉器官体。该项研究成果1月16日在线发表于《细胞—干细胞》杂志。

研究人员使用人多能干细胞（hPSC）来源的轴向干细胞（后体的构建基块）同时生成自组织的脊髓神经元和骨骼肌细胞，从而生成可以在3D模式下维持几个月的人类神经肌肉类器官体（NMO）。

单个类器官体的单细胞RNA测序揭示了整个实验的可重复性，并且随着类器官体的发育和成熟，能够追踪神经和中胚层分化的轨迹。NMO包含末端施旺细胞支持的功能性神经肌肉接头。NMO收缩并发育出中枢模式发生器样神经元回路。

最后，研究人员成功地使用NMO来描绘了重症肌无力病理学的关键方面，从而强调了NMO在将来建模神经肌肉疾病方面的巨大潜力。

据介绍，神经肌肉网络在人类早期胚胎发育过程中组装，对于控制身体运动至关重要。以往研究中使用hPSC进行神经肌肉连接建模的工作是在单层培养中产生脊髓神经元或骨骼肌。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.12.007