发觉她的NMNAT1基因两份‘图纸’都出错了,也阻

2019-09-25 12:21栏目:产品评测
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2018年12月3日, 《自然-通讯》在线发表了地球科学与工程学院胡文瑄教授课题组在含油气盆地烃类演化领域取得的突破性进展, 题目为“Thermochemical oxidation of methane induced by high-valence metal oxides in a sedimentary basin” (Nature Communications, 2018, 9: 5131)。

以石墨烯为代表的二维材料,由于具有不同于其块体材料的特殊力、热、光、电、磁等物理性能,在多个学科领域掀起了研究热潮。其中,二维化的过渡金属硫族化合物,包括过渡金属硫化物(例如MoS2、WS2、ReS2等)、硒化物(例如WSe2、NbSe2、TiSe2、InSe、FeSe等)和碲化物,晶体结构简单,物性多变,样品容易获取,近几年成为了二维材料领域的研究新星,也成为柔性半导体、光电、超导、自旋等的理想实现平台。然而,不论是从块体中直接剥离,还是利用普通化学气相沉积法或者分子束外延法生长的这些二维材料,如果将其直接暴露在大气环境下,样品易受到空气中H2O和O2的影响而被快速氧化变质,极大降低其物性。这种在大气环境下的不稳定性,加大了器件制作工艺的复杂性,也阻碍了二维材料的深入物性研究和后续产业应用。

图片 1美国当地时间2012年7月29日,国际遗传学领域最顶尖的学术期刊《自然—遗传学》杂志发表一组主题相同的4篇论文,揭示科学家新近的重要发现——一个导致儿童失明的遗传新基因。“我们通过人体基因图谱找到了一种名叫NMNAT1的基因,发现它的突变是导致遗传性儿童失明的又一‘元凶’”。浙大医学院教授祁鸣是其中一篇论文的通讯作者。祁鸣说,4个研究小组之间并没有联系,这说明遗传学家们对这个研究领域的关注度相当高。“人体就像是一座精美的建筑,胚胎在发育之初,每一个个体都携带着两份来自父亲和母亲的‘标准图纸’, 按图‘建造’着不同的部件,”祁鸣说,在隐性遗传的情况下,如果一份图纸出错,另一份正常的可以替补,但如果两份图纸都出错了,那么“建筑”自然也就会出错。NMNAT1基因的一项重要职责是保护人体视网膜的光受体细胞。我们的研究发现,NMNAT1基因的突变会导致儿童患“莱伯氏先天性黑蒙症”。莱伯氏先天性黑蒙症(Leber congenital amaurosis,LCA)是一种比较罕见的常染色体遗传性视网膜病变,发病几率在万分之三左右,常在人的幼年期发病,最终导致失明,。“这个病的临床表现在,常常是眼球震颤、视力障碍、畏光,大约到一周岁时,就会失去光感,最终会失明。”祁鸣介绍说,在NMNAT1基因被发现之前,科学家们已经找到了17个会导致患上黑蒙症的基因,但这些基因的发现只能解释70%左右的人罹患黑蒙症的遗传病因。“还有30%,临床上显示是黑蒙症,但科学家一直无法找到致病的原因。” 祁鸣说。2010年,祁鸣联络了美国、巴西、加拿大、澳大利亚和中国在内的科学家和眼科专家组成了一支国际团队,利用基因组学“全外显子组序列捕获偶联高通量测序”的最新技术,专门针对“30%的未知”开展研究。他们首先对其中一例黑蒙症患者进行了检测,发现其中一个美国患者的NMNAT1基因有异样。“我们将他的NMNAT1基因与正常的基因进行了比对,发现他的NMNAT1基因两份‘图纸’都出错了,一份是密码子169发生了无义突变,这就好比‘图纸’在打印过程中忽然卡纸不工作了一样,密码子169导致蛋白合成提前终止”祁鸣说,而另一份是密码子257谷氨酸的错义突变,密码子257错误的理解了信使RNA传过来的“指令”,将本来要转换成谷氨酸的“指令”误转换成为赖氨酸。美国凯西眼科研究所John Chiang研究员是论文的第一作者,也是一名华人科学家,从事黑蒙症研究多年,积累了很多案例。John Chiang为课题组提供了50位未知原因的黑矇症患者的样本。我们对这50位患者进行了基因检测,发现其中10例也带有NMNAT1基因双突变。这样我们就验证了NMNAT1基因是导致这种遗传性视网膜疾病新的致病基因。浙大生命科学研究院结构生物学研究中心教授叶升也是团队成员之一,他通过结构生物学,对NMNAT1基因进行了分析。分析显示正常的NMNAT1基因编码一个酶,这个酶能催化合成细胞生存所需要的一个分子,称为“烟酰胺腺嘌呤二核苷”,这个分子能起到保护视网膜的光受体细胞的作用。“而一旦NMNAT1基因突变,就会改变酶活力、或改变蛋白结构,或改变与其它蛋白质之间的相互作用,从而使这个分子失去正常功能,以致无法保护视网膜的光受体细胞。” 叶升说。据介绍,课题组下一阶段的工作计划是和浙江大学附属第一医院眼科一起与美国凯西眼科研究所合作,探索基因治疗黑蒙症的方法。“基因检测是遗传性眼病确诊和病因寻找的关键手段之一。另外,分子生物学的迅速发展和广泛应用,基因诊断和基因治疗技术有望使从根本上防治遗传性疾病成为可能。”浙江大学附属第一医院眼科主任顾杨顺教授说,最近,欧美已有通过基因和干细胞疗法治疗基因突变引起的眼睛病变的临床应用成功范例。科学研究成果在临床上的应用,将为这类病人带来重见光明的希望。(文 潘怡蒙/摄影 欣文)

甲烷是天然气的主要组分, 在沉积盆地中以各种形式的天然气藏聚集, 成为重要的化石能源。此外, 甲烷也存在于地幔至下地壳的广泛地球空间中。甲烷是仅次于CO2的温室气体, 由于人类对天然气的开发, 其平均浓度已从工业革命前的680 ppbv剧增至2010年的1799 ppbv。研究认为, 甲烷氧化为CO2并沉淀为次生方解石, 是阻止甲烷从地壳向大气渗漏的有效机制。目前, 微生物作用氧化甲烷并沉淀次生碳酸盐岩矿物的现象已在海底或湖盆沉积物中有所报道。但是, 沉积盆地中天然气藏埋深一般在几千米, 气藏温度一般高于80 °C, 甚至达到200 °C以上, 已不适合微生物的生存。前人实验表明, 在350~650 °C的高温条件下, 高价铁/锰等可以诱发甲烷热氧化。然而, 该反应在沉积盆地较低的温度条件下能否发生仍不清楚, 其在地球系统碳汇中的作用更无从谈起。

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胡文瑄教授课题组选择了准噶尔盆地深埋条件下含有红层的砂砾岩油气储层进行探索性研究, 观察到可能是甲烷氧化产物的次生方解石。在此基础上, 研究团队综合应用多种现代化研究手段, 包括高精度二次离子探针分析等, 发现来自于深层烃源岩的甲烷在90至135 °C被高价锰/铁氧化物热氧化, 释放出13C极度亏损的CO2和可溶的Mn2+和Fe2+。在偏碱性条件下, 生成的CO2与长石溶解释放的Ca2+结合沉淀为次生方解石。该方解石具有极低的δ13C值(−70至−22.5 ‰, VPDB)和显著富锰(MnO均值为5 wt %)的特点。在研究区, 评估约有12.24亿吨的甲烷被氧化。甲烷的这一热氧化机制,一方面可以解释一些陆相含红层盆地天然气聚集偏少的原因,另一方面也可能是地壳深部CH4- CO2相互转化和发生碳汇的重要机制。

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图1. 沉积盆地高价铁/锰氧化物诱发的甲烷热氧化模式示意图

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图2. 准噶尔盆地三叠系百口泉组砂砾岩中次生方解石产状和地球化学特征

该成果由课题组6位成员合作完成, 包括胡文瑄、康逊、曹剑、王小林、吴海光和傅斌。其中, 胡文瑄教授和康逊博士为论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金(41830425, 41230312, 41573054)、中央高校基本科研业务项目(020614380056)以及南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划项目(201701B023)的资助。

论文链接:

(地球科学与工程学院 科学技术处)

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