家族血统,寻找无序中的有序

来源:http://www.027kmyj.com 作者:生命科学 人气:65 发布时间:2019-11-08
摘要:癌症“魅影”:寻找无序中的有序 中美科学家揭开甘蓝型油菜“家族血统”之谜 实现“量子霸权”,纠缠态制备是关键 无序蛋白指得是一部分没有稳定三维结构的蛋白质。因为没有绝
癌症“魅影”:寻找无序中的有序
中美科学家揭开甘蓝型油菜“家族血统”之谜
实现“量子霸权”,纠缠态制备是关键

无序蛋白指得是一部分没有稳定三维结构的蛋白质。因为没有绝对稳定的状态,经常参与调控细胞各成分的相互作用,如DNA的转录等。然而,它们的错误表达也可能造成细胞的变化,引起癌症等严重的疾病。

新华社重庆3月18日电甘蓝型油菜是油菜的常见类型,也是人类食用植物油的重要来源。中美科研人员历时4年研究,通过全基因组重测序揭开甘蓝型油菜“家族血统”之谜,有助于通过基因选育提升甘蓝型油菜的产量和品质。相关研究成果已于近日由国际学术期刊《自然·通讯》在线发表。

把“命门”掌握在自己手中

日前,美国麻省理工学院化学系博士后林星程等人在《生物分子》期刊上发表了一篇论文,研究人员运用分子动力学模型研究PAGE4无序蛋白,证实了无序蛋白中也存在有序特征,并发现了这些有序特征影响无序蛋白功能表达的机制。

甘蓝型油菜由白菜与甘蓝通过自然杂交进化而来,因产量高、抗病性强在全球得到广泛种植。但甘蓝型油菜起源于何时、“家族血统”如何,科学界仍在研究。2015年,来自西南大学农学与生物科技学院、中国农科院蔬菜研究所和美国佐治亚大学的3支科研团队合作,共同开展甘蓝型油菜群体遗传学研究。科学家对从各地选取的588份有代表性的甘蓝型油菜材料进行全基因组重测序,同时结合中国农科院蔬菜研究所的199份白菜和119份甘蓝重测序数据,通过群体基因组分析追根溯源。

本报记者 吴长锋

游走于癌细胞之间的“幽灵”

分析研究发现,约7000年前,甘蓝型油菜由地中海地区白菜品种里的欧洲芜菁,和苤蓝、花菜、西兰花、中国芥蓝等4种甘蓝的共同“祖先”杂交合成。经过多代繁衍,这些“祖先”先后杂交出适应不同生长条件、具有不同特点的多个甘蓝型油菜品种。

5光量子比特纠缠、6光量子比特纠缠、8光量子比特纠缠、10光量子比特纠缠、18光量子比特纠缠……中国科学技术大学教授潘建伟团队不断刷新着光量子比特纠缠数目的世界纪录。

前列腺相关基因4型蛋白,是一种典型的无序蛋白,它的错误表达被发现与前列腺癌的产生相关。

“掌握甘蓝型油菜的‘家族血统’情况,有助于人们通过基因选育方式,有目的地选择有益基因类型、优化脂肪酸组成,从而提升油菜的产量和品质。”研究团队成员、西南大学农学与生物科技学院唐章林教授介绍,在这项研究中取得的甘蓝型油菜全基因组重测序结果,还对开展油菜全基因组选择育种和基因工程改良具有重要意义。

3月13日下午,潘建伟做客北京航空航天大学沙河校区,带来了题为“新量子革命:从量子物理基础检验到量子信息技术”的讲座。

由于前列腺癌细胞的生长通常需要雄激素,因此在前列腺癌化疗过程中,通常采用雄激素剥夺疗法来抑制癌细胞生长。但临床实验发现,这种疗法并不总是有效的,癌细胞总是表现出抗药性。科学家想知道,这会不会与PAGE4有关?

潘建伟讲到,可以预期,以量子信息技术为代表的第二次量子革命一定会带来人类社会物质文明的巨大进步,同时也给了我国一个从经典信息技术时代的跟随者、模仿者,转变为未来信息技术引领者的伟大机遇。

要解决这个问题,有两种主流的研究方法,第一种是结构生物学,聚焦蛋白质等生物大分子的微观层面,研究飞秒-秒级的生物物理、生物化学机理;另一种叫做系统生物学,从宏观层面研究以天为单位的细胞、蛋白质之间的相互作用过程。

纠缠是量子科学极其重要的资源

然而,两种方法很难结合。现有的结构生物学模拟受模型和算力制约,无法做到系统生物学所在的宏观尺度。如果这个问题不解决,结构生物学研究出的很多微观细节就无法与系统生物学实验做出的宏观结果联系起来,奋战在癌症治疗领域的两组科学家只能各自为战。

今天我们使用的各种类型计算机,基本单元都是一个个集成化了的晶体管,每个晶体管用来表示0或者1的信息,通过各种逻辑运算,得到计算结果。

此前,系统生物学家已经发现,PAGE4虽然是无序蛋白,但是也有一些细微的有序结构。文章作者之一、美国马里兰大学化学与生物化学系教授John Orban发现,PAGE4主要有三种二级结构,即不规则卷曲、转角和螺旋结构。

但芯片的集成密度总有物理极限,特别是处理一些特定的复杂问题,如大数分解,现有计算机处理起来的时间可能要以成百上千年为单位。

“我们发现,虽然没有独特的三维结构,但是这些无序蛋白中的‘构型噪音’也能够影响细胞行为,特别是前列腺癌细胞种群对于特定疗法的反应。”文章另一作者、印度科学理工学院生物系统科学与工程中心助理教授Mohit Kumar Jolly则告诉《中国科学报》记者,“虽然癌症被认为是基因疾病,但我们的系统生物学模型说明即便没有基因原因,这种细胞中信号分子的变化也会导致对特定疗法的抗药性。”

中国有个词叫“歧路亡羊”,岔路之中又有岔路的复杂迷宫中,很难找到目标。而量子计算,就好比玩一种神秘的迷宫游戏,它可以利用不多的量子比特,同时幻化出很多个分身,在很多很多的岔路上寻找目标,在极短时间内完成任务。

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