那些打破教科書挑戰常規的突破性進展！
目前教科書中的很多理論知識，以及日常生活中的傳統認知僅限於科學家們當前的研究結論，而科學一直在發展，新的研究結論也層出不窮，教科書中的知識點會被覆蓋更新，很多傳統認知也會被替換。
本文就盤點那些打破教科書或挑戰常規理論的突破性研究成果。
【1】Cell子刊：打破教科書的發現：沒有線粒體的微生物
doi：10.1016/j.cub.2016.03.053
根據已知的科學知識，真核細胞中線粒體（負責呼吸與能量轉移的細胞器）是必需的細胞成分。可以把它想像成一個負責轉移能量的微型電池，基於此細胞才可以正常工作。
如今，加拿大與捷克的科學家們發現了一個驚人的現象：一種真核細胞可以在沒有線粒體的情況下存活。這一發現徹底打破了我們以往對細胞的認識，換句話說，生命遠比我們想像的要靈活得多。
"一直以來，線粒體被認為是真核生物細胞中不可或缺的部分，也是真核細胞進化上的里程碑式的標誌"，該研究組的領頭人，來自不列顛哥倫比亞大學的Anna Karnkowska說道。
【2】Cell：改寫教科書！缺失一些必需基因，細胞照樣存活！
doi：10.1016/j.cell.2015.10.069
在一項新的研究中，來自新加坡科技研究局（A*STAR）的研究人員發現酵母細胞即便缺失某些「必需的」基因，也仍然能夠存活下來。這一令人吃驚的發現在理解細胞如何適應充滿挑戰性的環境以及解決耐藥性問題上產生重大影響。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為「Gene Essentiality Is a Quantitative Property Linked to Cellular Evolvability」。
在此之前，必需基因（essential gene）被定義為在細胞存活中起著至關重要作用的基因。這種教科書上的定義成為很多治療方法的基礎：藥物被開發出來阻斷癌細胞和致病性細菌中的必需基因，從而殺死這些危險的細胞。
如今，在這項研究中，來自A*STAR醫學生物學研究所和新加坡免疫學組（Singapore Immunology Network）的Giulia Rancati、Norman Pavelka和及其同事們證實這種情形並不是如此明了。他們發現，在給定時間內，酵母細胞能夠經歷進化過程，從而允許它們適應某些之前被認為是必需的基因的缺乏。
【3】Science：顛覆教科書知識 首次發現不通過DNA轉錄翻譯過程製造產生的蛋白質
doi：10.1126/science.1259724
翻開任何一本生物學教科書，首先我們要學習的就是機體的DNA可以給出製造蛋白質的指令，而蛋白質在機體多種功能的發揮中扮演著重要的角色；近日，一項刊登於國際雜誌Science上的研究論文中，來自猶他州大學的研究人員通過研究首次揭示，製造蛋白質的氨基酸可以在沒有DNA指令及信使RNA信息存在的情況下進行裝配生成，該研究或將修改教科書中對蛋白質產生的說法
。
研究者Peter Shen說道，這項研究非常有意義，同時其也反映出了生物學領域的博大精深。核糖體是蛋白質裝配的機器，其可以根據特殊的遺傳代碼將不同的氨基酸連接起來，有時候當核糖體出錯時其就會停止蛋白質的裝配製造；本研究中，研究人員揭示了一種名為Rqc2的蛋白質的新角色，該蛋白質從酵母到男性等機體中都存在，在不完全蛋白質被循環之前，Rqc2可以促進核糖體將兩種丙氨酸和蘇氨酸（共20個）不斷添加到不完全蛋白質上。
【4】Cell：「修改教科書的成果」：科學家發現DNA甲基化可遺傳
doi：10.1016/j.cell.2013.04.041
在兩性生殖的物種中，一個受精卵逐漸分裂，發育出不同的細胞，形成各種組織和器官，最終形成生物個體。科學研究發現，在生物體的發育過程中，僅有DNA是不夠的。表觀遺傳信息控制著受精卵的發育，「調控」著哪些細胞發育成皮膚，哪些細胞發育成心臟，哪些細胞發育成骨骼……但科學家們無法確定的是，表觀遺傳信息能否遺傳？
【5】Mol. cell：人類遺傳物質中發現前核小體 有望修改生物教科書
doi：10.1016/j.molcel.2011.07.017
美國科學家在人類遺傳物質中發現了一種新物質並將其命名為「前核小體」。科學家們認為，這種新物質是位於染色質和核小體之間的中間物質，新發現有望讓生物教科書小小地「變臉」。相關研究發表在8月19日的《分子細胞》雜誌上
。
染色質是細胞周期間期細胞核內能被鹼性染料染色的物質，是DNA(脫氧核糖核酸)在細胞中的天然狀態，也是調節生物體新陳代謝、遺傳和變異的物質基礎。而生物教科書認為，核小體是構成染色質的基本單位，其形狀類似於一個扁平的碟子或一個圓柱體，染色質由一連串的核小體所組成。
但是，美國加州大學聖地亞哥分校的生物學家卻指出，他們在最新研究中發現了一種組成染色質的新奇粒子，其介於DNA和核小體中間，儘管這種新奇粒子的外表類似於核小體，但它實際上是另外一種不同的粒子，是核小體的前體。他們將這種粒子命名為「前核小體」。
【6】Nature：挑戰常規，絕大多數人腸道細菌能夠在體外培養
doi：10.1038/nature17645
微生物幾乎在地球每個環境中蓬勃生長，但是令人吃驚的是，已知當在實驗室中培養時，只有一小部分能夠茁壯成長。因此，研究人腸道微生物組主要採用基因組方法。如今，在一項新的研究中，通過將微生物培養實驗和基因組方法結合在一起，來自英國韋爾科姆基金會桑格學院研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）等機構的研究人員及其同事證實與廣泛接受的觀念---大多數微生物在體外是「不能培養的（unculturable）」---相反的是，大多數已知的腸道微生物物種能夠在體外培養和保存。這些研究結果揭示出很多之前「不能培養的」腸道微生物屬於新的群體，而且為了在人體外存活下來，它們當中將近60%形成孢子。相關研究結果於2016年5月4日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Culturing of 『unculturable』 human microbiota reveals novel taxa and extensive sporulation」。
美國北卡萊羅納大學微生物學教授James Oliver（未參與這項研究）說道，「這真地是一項非常完美的研究，它面面俱到，作出重要貢獻。」
【7】EMBO Rep：挑戰幾千年傳統中草藥療法效率 科學家認為中草藥療法或存在健康威脅
doi：10.15252/embr.201642375
全球數百萬人目前都在使用中草藥健康療法，而草藥療法要追溯到幾千年以前了，很多人認為中草藥療法比較安全，因為該療法已經使用了很多年了；但近日來自貝勒醫學院和石溪大學的研究人員通過聯合研究發現，長期使用中草藥療法或許並不安全，相關研究刊登於國際雜誌EMBO Reports上。
文章中，研究者發現，馬兜鈴屬植入可以引發機體患馬兜鈴酸腎病（aristolochic acid nephropathy），而這類疾病的患者往往會經歷間質性腎炎、腎功能衰竭和及泌尿道癌症等疾病。據國家處方資料庫數據顯示，在台灣，1997年至2003年間有800萬人都進行了包含馬兜鈴屬植物的中草藥療法，而相關的對腎衰竭及癌症患者的研究數據則顯示，數百萬人都有患馬兜鈴酸腎病的風險。
【8】IJC：新研究挑戰老觀點——「姨媽」大戰卵巢癌？
DOI：10.1002/ijc.30144
最近一項研究表明，月經周期紊亂的女性晚年發生卵巢癌以及因卵巢癌死亡的風險更高。這項研究首次表明女性月經周期在非正常情況下變長或無月經與卵巢癌風險增加之間存在關聯，同時對之前關於隨著女性排卵總數增加，卵巢癌風險也逐漸增加的假說提出了挑戰。
相關研究結果發表在國際學術期刊International Journal of Cancer上。
普遍認為排卵周期少是避免卵巢癌的一種保護性因素。因此服用特定類型的避孕藥，妊娠以及輸卵管結紮等終止排卵的措施也被認為能夠幫助降低卵巢癌風險。
雖然在所有患癌女性中，卵巢癌患者僅佔3%，但卵巢癌是所有婦科癌症中的頭號殺手。所有診斷為卵巢癌的女性中只有不到一半的病人存活超過5年。一些卵巢癌的早期癥狀經常被病人忽視或被誤診為其他疾病，並且目前還沒有用於卵巢癌常規篩查的方法和標記物，因此多數病人發現病情的時候已經錯過最佳治療時機。
【9】Cell：挑戰常規！體腔中的巨噬細胞直接促進組織快速修復
doi：10.1016/j.cell.2016.03.009
儘管科學家們多年來已知道有細胞生活在諸如心臟、肺部和肝臟之類的多種器官周圍的空腔中，但是它們的功能一直是未知的。在一項新的研究中，來自加拿大卡爾加里大學卡明醫學院（Cumming School of Medicine）的研究人員研究了這些細胞，並且發現它們在組織快速修復中起著不可或缺的作用。相關研究結果發表在2016年4月21日那期Cell期刊上，論文標題為「A Reservoir of Mature Cavity Macrophages that Can Rapidly Invade Visceral Organs to Affect Tissue Repair」。
在體腔中發現的幾種類型免疫細胞中，這項研究特別地研究巨噬細胞---在清除體內有害的物質和微生物（如毒素和細菌）以及清除死亡組織中發揮著關鍵性作用的免疫細胞。在研究肝臟周圍的腹腔時，這項研究證實巨噬細胞在腹腔內巡邏，一旦發現器官損傷，就將它們自己附著到受損區域以便快速修復損傷。
【10】Nat Microbiol：挑戰常規！抗生素通常並不促進耐藥性基因擴散
doi：10.1038/nmicrobiol.2016.44
在一項新的研究中，來自美國杜克大學等機構的研究人員證實除了一些特殊的情況外，抗生素並不像之前所認為的那樣促進細菌抗生素耐藥性擴散。相關研究結果於2016年4月11日在線發表在Nature Microbiology期刊上，論文標題為「Antibiotics as a selective driver for conjugation dynamics」。
毋庸置疑地，過度使用抗生素是不斷增加的全球危機的關鍵所在，但是這項新研究提示著存在差異的細菌細胞產生率和死亡率而不是DNA交換才應該受責備。這些結果對設計抗生素治療方案避免細菌耐藥性擴散產生影響。
論文通信作者、杜克大學工程學副教授Lingchong You說，「在這個領域，人們都知道過度使用抗生素的巨大問題。認為抗生素通過增加細菌彼此之間分享抗藥性基因的速率促進耐藥性擴散是相當誘人的，但是我們的研究證實它們經常不是這樣的。」
【11】Cell：挑戰常規！揭示表觀遺傳記憶跨代傳遞新機制
doi：10.1016/j.cell.2016.02.057
根據表觀遺傳學---研究可遺傳的基因變化，其中這種基因變化並不是由我們的DNA直接編碼的---的說法，我們的生活經歷可能傳遞給我們的孩子和我們的孩子的孩子。對創傷事件存活者的研究已提示著遭受應激（exposure to stress）可能確實持續地影響子孫後代。但是這些表觀遺傳「記憶」是如何傳遞的呢？
在一項新的研究中，來自以色列特拉維夫大學的Oded Rechavi博士和他的團隊精確地闡明讓環境影響遺傳「開啟」和「關閉」的機制。他們揭示出決定哪些表觀遺傳反應（epigenetic response）會被遺傳以及持續多長時間的規則。相關研究結果發表在2016年3月24日那期Cell期刊上，論文標題為「A Tunable Mechanism Determines the Duration of the Transgenerational Small RNA Inheritance in C. elegans」。
【12】Science：挑戰常規！高水平HDL不一定有益！
doi：10.1126/science.aad3517
在一項新的研究中，來自美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院等多種機構的研究人員推翻一項人們普遍接受的醫學觀點：高水平的HDL膽固醇（HDL-C）是有好處的。他們注意到編碼一種結合到高密度脂蛋白（HDL）上的細胞受體蛋白的基因當發生一種特定突變時會阻止這種受體發揮功能，並證實由於一種遺傳原因增加的HDL-C水平可能實際上是不好的。這種突變導致冠狀動脈心臟病風險增加，即便是在HDL-C（編者註：HDL-C是與HDL結合的膽固醇，當HDL水平高時，HDL-C水平也會升高，因而被認為是「好的」膽固醇）水平增加的情形下，也是如此。相關研究結果發表在2016年3月11日那期Science期刊上，論文標題為「Rare variant in scavenger receptor BI raises HDL cholesterol and increases risk of coronary heart disease」。
之前的研究已提示著HDL可能並不像心臟學家通常所認為的那樣如此良好地防止心臟病，特別是在幾項針對提高HDL的藥物的臨床試驗已證實很少有或根本沒有這種保護效果之後，尤其如此。論文通信作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院遺傳學系主任Daniel J. Rader博士說，「關於HDL的這種觀點最近已變成它可能並不直接防止所有心臟病的看法。我們的結果表明提高HDL水平的一些原因實際上會增加心臟病風險。這次首次證實提高HDL水平的一種基因突變反而會增加心臟病風險。」
【13】Nature子刊：傳統表觀遺傳學遭挑戰 或開啟遺傳疾病治療新思路
doi：10.1038/ng.3381
多細胞生物的細胞含有相同的遺傳物質（基因組），但它們的結構安排和功能卻有很大的差異。不同細胞類型的這種變化，來自於基因的差異表達，這受控於細胞內不同調控因子之間的相互作用，如轉錄因子、轉錄機制、DNA上發生的「表觀遺傳學」修飾（不改變根本的遺傳代碼）和染色質內的蛋白因子。
最近，由巴塞羅那基因組調控中心（CRG）首席研究員和巴塞羅那龐培法布拉大學（UPF）教授Roderic Guigó，和巴塞羅那大學（UB）遺傳學系、UB生物醫學研究所（IBUB）的Montserrat Corominas共同指導的一項研究表明，染色質標記，對發育過程中準時表達的基因調節來說，是無關緊要的。這項研究的結果與目前普遍接受的一種觀點形成鮮明對比，該觀點認為，這些表觀遺傳標記在基因表達的調節過程中，起著關鍵作用。
該項目是基於來自modENCODE項目的基因表達數據，旨在為科學界提供一個全面的、模式生物基因組功能元件的百科全書。在這種情況下，研究人員利用來自秀麗隱桿線蟲和黑腹果蠅的基因組表達數據。
本文來源：生物谷
本期編輯：fenger
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