University of Michigan College of Engineering

撰文 | 存中一贯 RNA结合蛋白（RNA-binding proteins, RBPs）在mRNA的生命周期所有阶段都发挥了重要作用，包括转录、编辑、转运、翻译以及降解【1】。多达30%的人源蛋白质都被认为可以与RNA结合，而RBPs的突变常常与不同的人类疾病密切相关，显示了它们在细胞生理中发挥的重要作用【2】。不过，由于我们对RBPs结合的RNA了解还不多，所以我们仍旧不清楚大部分RBPs所发挥的特殊作用。 另外，人体内有数万种非编码RNA（non-coding RNAs, ncRNAs），这些ncRNA的功能依旧未知，理解它们的功能首先需要鉴定与它们结合的蛋白【3,4】。不过，限于ncRNAs的庞大数量，而ncRNAs-RBPs的有限配对，现在急需一种高通量的方法对它们进行配对，才能加大对ncRNAs的研究。 2025年7月22日，来自美国哥伦比亚大学的Marko Jovanovic团队和来自加州理工学院的Mitchell Guttman以及密歇根大学的Jailson Brito Querido团队联合在Cell杂志发表了文章SPIDR enables multiplexed mapping of RNA-protein interactions and uncovers a mechanism for selective translational suppression upon cell stress，研究人员开发了一种鉴定RNA和蛋白质相互作用的高通量方法SPIDR，并利用这种方法分别鉴定了LARP1和4EBP1与RNA之间新的相互作用，探究了它们在翻译调控中发挥的重要作用。 目前，鉴定RBP-RNA相互作用的最常用方法是CLIP（crosslinking and immunoprecipitation followed by sequencing），简单来说，就是利用UV对RNA和其相互作用蛋白进行交联，之后通过免疫共沉淀以及质谱等方法对相关蛋白进行鉴定。但是这种方法只能对某个时间点发生的RBP-RNA相互作用进行鉴定，而利用广泛的基因组学方法进行的探究也只能预测一小部分的RBP-RNA相互作用，且大多局限在一小部分的细胞系中，比如K562和HepG2。然而，RNA和蛋白质的相互作用具有高度的细胞特异性，一种细胞中发现的相互作用在另一种细胞中不一定存在，因此需要高效、高通量的方法以解决这些问题。 研究人员开发了一种新的方法SPIDR以解决上述问题：研究人员首先将不同的抗体与连接寡核苷酸的beads偶联，形成抗体-beads-pools，之后与经过UV交联的细胞裂解液孵育并进行RBP纯化，最后将单个抗体与其作用的RNA通过split-and-pool条形码连接起来。实验过程中，每个beads连接一个特异的寡核苷酸标签以及一个抗体，经过IP后通过测序对RBP结合的RNA进行检测。 为了验证这种方法是否可行和准确，研究人员首先在K562和HEK293T细胞中进行了实验，并对已知的RBPs进行验证。利用这种方法，研究人员检测了下列RNA的真实结合位点，包括SAF-A、PTBP1、SPEN、HNRNPK等，另外，研究人员还进行了重复实验，发现实验结果重复性好。研究人员对于一些RBP进行了检测，发现LSM11与U7 snRNA和端粒酶RNA组分（telomerase RNA component, TERC）结合；与rRNA加工有关的蛋白WDR43能够与45S pre-rRNA以及U3 snoRNA结合；LIN28B同样与45S pre-rRNA结合；还鉴定了NOLC1、DDX52、FUS、SMNDC1、LARP7等一系列RBP的相互作用RNA。 之前有研究显示，一些RBPs能结合其自身基因的mRNAs，比如SPEN/SHARP、UPF1以及DGCR8等，本研究也发现，超过40%的RBPs能够和其自身mRNA结合。 研究人员还对SPIDR产生的结果和ENCODE数据库中由CLIP产生的结果进行了对比，发现两种方法在检测RBP结合的RNA方面具有高度的一致性，这充分证明了此方法在鉴定RBP-RNA相互作用方面具有高度可靠性。由于SPIDR利用的细胞样本是经过UV-crosslinking处理过的，这使得这种方法能够在单核苷酸水平绘制RBP-RNA相互作用图谱。 研究人员还探究了LARP1的相互作用RNA。结果显示，LARP1结合在18S rRNA的1698-1702核苷酸序列，这个区域位于48S结构中，紧挨着mRNA的进入通道。进一步的IP-MS实验显示，LARP1与40S核糖体亚基成分富集。通过冷冻电镜结构，研究人员观察到LARP1结合在40S组分的mRNA通道，与核糖体蛋白uS3，uS5以及eS30直接结合。 总之，本研究设计了一种高通量的RBPs-RNA相互作用鉴定方法SPIDR，能够同时对细胞中的许多RBP的相互作用RNA进行检测和分析，这大大促进了我们对RBPs-RNA相互作用的研究广度和深度，为RBPs以及数量庞大的ncRNA的研究提供了更加便利的工具。 原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.042 制版人： 十一 参考文献 1. Sonenberg, N., and Hinnebusch, A.G. (2009). Regulation of TranslationInitiation in Eukaryotes: Mechanisms and Biological Targets. Cell 136,731–745. 2. Caudron-Herger, M., Jansen, R.E., Wassmer, E., and Diederichs, S.(2021). RBP2GO: a comprehensive pan-species database on RNA-bindingproteins, their interactions and functions. Nucleic Acids Res. 49,D425–D436. 3. Guttman, M., Amit, I., Garber, M., French, C., Lin, M.F., Feldser, D.,Huarte, M., Zuk, O., Carey, B.W., Cassady, J.P., et al. (2009). Chromatinsignature reveals over a thousand highly conserved large non-codingRNAs in mammals. Nature 458, 223–227. 4. Statello, L., Guo, C.J., Chen, L.L., and Huarte, M. (2021). Gene regulationby long non-coding RNAs and its biological functions. Nat. Rev. Mol. CellBiol. 22, 96–118. 学术合作组织 （*排名不分先后） 战略合作伙伴 （*排名不分先后） · 转载须知 【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。 BioArt Med Plants 人才招聘 近期直播推荐 点击主页推荐活动 关注更多最新活动！

8.3知识分子The Intellectual跟踪前沿进展，掌握最新动态一手掌握一周重大科技新闻撰文 | 姚湧  小学森  庐州月责编 | 既来知  ●                   ●                   ●13D生物打印动植物细胞混合面条图片来源：pixabay.com细胞农业可利用干细胞生物学、生物技术和组织工程，通过细胞培养技术生产肉类和其他农产品。该领域最有前景的方法就是三维（3D）生物打印，即通过细胞精确分层以形成复杂的食物结构。近日，哈佛大学干细胞研究所Yu Shrike Zhang团队将定制的挤压装置与Kenics静态混合器打印头相结合，创建了一套能打印出植物和动物细胞混合面条的全自动生物打印系统。这些生物打印的“杂面”由大约30-40%的单细胞植物细胞（衣藻属或小球藻属微藻类）和60-70%的肌肉细胞（C2C12细胞系或鸡成肌细胞）组成。进一步地，研究人员还用该系统打印出形状各异，色彩绚丽的混合食品，并对其质地、营养成分和烹饪策略进行了评估。该研究为细胞农业的拓展指明了又一个新方向。相关论文于7月28日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。►文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-61996-4    2精确高效的种子分拣系统图片来源：pixabay.com春种秋收，夏耘冬藏。农业高产离不开品质优良的种子，识别和剔除劣质种粒是播种前必不可少的环节。传统的种子分拣系统通常依赖于机器产生的气流，价格昂贵，精度和灵活性都有限。近日，伦敦大学学院计算机科学系James Hardwick团队设计出一种通过将相控阵与相机探测器结合，可以根据尺寸和颜色等质量指标选择性地识别、筛选种子的声学方法。该系统能使不同的颗粒物产生特定的弹射距离，从而实现了更细致的分类。通过在静态和动态条件下进行广泛的实验，该团队证明，这种方法不仅能对不合标准的种子进行有效剔除，还能清除混在种子里的碎石等杂物。更重要的是，这套系统成本低、适应性强，功能强大，为下一代农业自动化和精密分拣提供了一个有前景的方向。相关论文于7月29日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。►文章链接：   https://www.nature.com/articles/s41467-025-62006-3          3动物是如何感知凉意的？图片来源：freepik.com感知外部温度对于动物维持体内平衡和避免热损伤至关重要。尽管科学家已经鉴定出TRPM8等分子热传感器，但负责传输凉意信号的神经回路仍不清楚。近日，密歇根大学分子细胞与发育生物学系Bo Duan团队通过小鼠实验发现一条脊髓回路能将凉爽信号从皮肤传递到大脑。其中，位于脊髓背角中表达促甲状腺激素释放激素受体（Trhr+）的兴奋性中间神经元充当凉爽感觉的中枢。这些Trhr+神经元接收来自TRPM8+感觉传入神经的单突触输入，并被凉爽刺激选择性激活。清除Trhr+中间神经元会消除对动物凉爽刺激的行为反应，但不会消除对冷或热刺激的反应。该团队还鉴定了一群降钙素受体样受体阳性（Calcrl+）脊髓投射神经元，可接受TRPM8+传入神经元和Trhr+中间神经元的输入，并将凉爽特异性信号传递到外侧臂旁核（lateral parabrachial nucleus，LPBN）。相关论文于7月28日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。►文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-61562-y       4摄入含乳化剂食品对后代健康有何影响？图片来源：pixabay.com乳化剂是一类非常常见的食品添加剂，能赋予食品诱人的色泽和口感，延长保质期。但吃进肚子里的东西或多或少会对肠道稳态，菌群平衡产生影响。近日，法国巴斯德研究所微生物组-宿主相互作用研究部Benoit Chassaing团队通过动物实验发现，雌性小鼠在怀孕前期和孕期摄入常见乳化剂羧甲基纤维素（用于冰淇淋、蛋糕等）和聚山梨酯-80（用于饮料、调味酱等）会导致后代微生物群的短暂改变，增加后代成年早期结肠炎和代谢综合征的患病风险。具体来讲，母体乳化剂摄入会引起的后代微生物组改变，导致促炎性鞭毛蛋白水平升高、细菌定植频繁和杯状细胞相关抗原通道（GAPs）过早关闭。简单讲，母体的膳食乳化剂暴露会使后代的肠道更易发生感染，对微生物的识别免疫更不敏感，进而提升肠道相关炎性疾病和代谢紊乱的风险。相关论文于7月29日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。►文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62397-3    5治疗阿尔兹海默症的可穿戴超声设备图片来源：pixabay.com随着人口老龄化时代的到来，阿尔茨海默病（AD）的高患病率已经成为全社会不得不面对的公共健康问题，寻找有效的治疗方案变得更加迫切。有研究表明，连续超声可以使中枢神经系统的淀粉样蛋白发生解聚，从而缓解阿尔茨海默症。受此启发，深圳大学高等研究院许太林团队设计出一种由柔性蜂窝超声阵列贴片、柔性打印电路和交互式控制终端组成的便携式、完全集成的可穿戴超声系统。小鼠实验结果表明，该系统有效地减少了大脑中的淀粉样蛋白水平，改善了家族性阿尔茨海默症小鼠模型的认知功能，增强了小胶质细胞对淀粉样β斑块的吞噬作用，并将小胶质细胞的极化从M1转移到M2，有助于缓解大脑中的炎症环境。该系统可能为AD的非介入性、个性化治疗铺平道路，进一步优化神经退行性疾病的治疗策略。相关论文于7月30日发表在《科学·进展》（Science Advances）杂志。►文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw1732        6如何将人类血细胞转化为多功能干细胞？图片来源：pixabay.com化学重编程是一种使用化学小分子诱导生成人类多能干细胞（hCiPS）的创新方法。有研究表明，化学重编程在将人成纤维细胞重编程为hCiPS细胞方面优势显著。然而，作为最易获取的细胞，将人类血细胞中转化为hCiPS细胞仍然挑战重重。近日，北京大学生命科学学院邓宏魁团队创建了一种稳健的方法，成功地将脐带血和成人外周血细胞转化为hCiPS细胞。研究人员运用不同供体的新鲜和冻存血细胞实现了有效重编程。值得注意的是，这种方法还可以从一滴指尖血液中有效地诱导出平均超过100个hCiPS集落。该研究凸显了化学重编程在血液源性hCiPS细胞诱导方面的优势，为再生医学和个性化医学提供了新思路。相关论文于7月30日发表在《细胞·干细胞》（Cell Stem Cell）杂志。►文章链接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(25)00260-7     亲爱的读者们，不星标《知识分子》公众号，会错过每日科学新知！星标《知识分子》，紧跟前沿科学，一起探索科学的奥秘吧！  请戳上图卡片添加星标关注《知识分子》视频号get更多有趣、有料的科普内容END

《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”，这份在全球科技领域举足轻重的榜单，曾精准预测了脑机接口、智能手表、癌症基因疗法、深度学习等诸多热门技术的崛起。正如比尔·盖茨所说，看过这些突破性技术之后，你会觉得“美好的未来，值得我们为之奋斗”。今年，《麻省理工科技评论》选出的全球十大突破性技术包括：1.灵巧机器人重大意义：机器正在通过自我学习学会应对这个现实世界。有朝一日，机器人学会应对现实世界之际，正是它们真正解放人类双手之时。主要研究者：OpenAI（人工智能非营利组织）、卡内基梅隆大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校成熟期：3-5年机器取代人类工作的话题吹了这么多年，但目前工业机器人还是笨得要死。虽然机器人可以在装配线上不厌其烦地重复着同一个动作，同时还能保持超高的精度，但哪怕目标物体被稍微移动了一点，或将其替换成不同的零件，都直接Game Over。如今，机器人虽然还无法做到和人一样，在看到物体后就明白如何拿起，但现在它可以在虚拟空间里反复训练，最终学会处理眼前的物体。位于旧金山的非盈利组织 OpenAI 就推出了这样一套 AI 系统 Dactyl，并已成功操控一个机器手灵活地翻转一块魔方：这套神经网络软件能够通过强化学习，让机器人在模拟的环境中学会抓取并转动魔方后，再让机器手进行实际操作。开始时，软件会进行随机的尝试，并在不断地接近最终目标的过程中，逐渐加强网络内部的连接。现阶段，让机器人变得更加灵活还有很多困难。但如果研究人员能够很好地利用这种学习方法，未来的机器人将有望能够学会组装电子产品、将餐具放到洗碗机、甚至是能够将卧床的人从床上扶起。2.核能新浪潮重大意义：先进的核聚变和核裂变反应堆正在变成现实。在减少碳排放和限制气候变化的路上，核能的作用不可或缺。主要研究者：陆地能源（Terrestrial Energy）、泰拉能源（TerraPower）、纽斯凯尔（NuScale）、通用核聚变（General Fusion）成熟期：新型核裂变反应堆到 2020 年代中期有望实现大规模应用；核聚变反应堆仍需至少十年时间。这个东西多牛逼不用多解释了吧？一旦我们成功突破核聚变，能源问题将得到一劳永逸的解决。这其中，我们中国也扮演着重要的角色。在过去的一年中，新型核反应堆发展势头强劲，核能的使用将会变得更安全，成本也更低。新型反应堆的发展包括：颠覆了传统设计的第四代核裂变反应堆小型模块化反应堆核聚变反应堆的突破第四代核裂变反应堆的开发者，比如加拿大的 Terrestrial Energy 和总部位于华盛顿的泰拉能源（TerraPower），已经开始与电力公司建立研发合作关系，力争在 2020 年代之前实现并网发电（这个估计可能有些乐观）。3.早产预测重大意义：每年有 1500 万婴儿过早出生，这是 5 岁以下儿童死亡的主要原因主要研究者：Akna Dx成熟期：可在 5 年内进入临床测试。借着早产预测，简单的验血可以预测孕妇是否有过早分娩的风险。在过去几年中，研究人员开始通过从血液中检测肿瘤细胞的 DNA，以及通过血液检测对孕妇进行唐氏综合症等疾病的产前筛查。这些检测依赖于寻找 DNA 中的基因突变。另一方面，RNA 是调节基因表达的分子物质，能够决定从基因中产生多少蛋白质。通过对母亲血液中的自由漂浮的 RNA 进行测序，筛选出与早产有关的七种基因表达的波动，可以识别可能过早分娩的女性。一旦警告，医生可以采取措施避免早产，并给予孩子更好的生存机会。4. 肠道显微胶囊重大意义：一种小型的、可吞咽的设备，不使用麻醉也可以捕捉到肠道的详细图像，婴儿、儿童也适用。这一设备让肠道疾病的探测和研究变得更为容易，其中包括使贫困地区的数百万儿童发育不良的一种疾病。主要研究者：麻省总医院成熟期：目前在成人体内使用；婴儿试验在今年进行。环境性肠功能障碍（EED）可能是你从未听说过的花费最高昂的疾病之一。以肠道发炎、肠道泄露和营养吸收不良为特征，这一疾病在贫穷国家广泛传播，这也是这些地区许多人营养不良、发育迟缓、未能达到正常身高的原因之一。没有人知道引起 EED 的具体原因是什么，也没有人知道怎样预防或治疗这一疾病。切实可行的检测手段迫在眉睫。目前唯一的办法是：麻醉患者，并将内窥镜插入喉咙。这种方法昂贵、不舒服，还不一定有用。因此，麻省总医院（MGH）的病理学家和工程师 Guillermo Tearney 研发了一种小型设备，这种设备能够检测 EED 的表现症状，甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同，它在基础保健检测过程中应用简单。5. 定制癌症疫苗 重大意义： 通过识别各肿瘤的特异性突变，激发人体的天然防御能力，从而对癌细胞进行针对性破坏。传统化学疗法对健康细胞有很大影响，而且对肿瘤的治疗效果并不总是理想。主要研究者：BioNTech 、Genentech成熟期：已在临床试验目前，科学家正处于将首支个性定制疫苗商业化的关键时刻。如果效果真如预期的话，该疫苗就的确能够通过肿瘤独特的突变，触发人体免疫系统对其进行识别，从而有效地阻止多种癌症的发生。更重要的是，与传统化学疗法不同，疫苗是通过使用人体的天然防御系统来选择性地破坏肿瘤细胞的，对健康细胞的损害较有限。6. 人造肉汉堡 重大意义：实验室培育的人造肉和植物制成的素肉，能在不破坏环境的情况下接近真实肉类的味道和营养价值。人造肉的出现，可以缓解畜牧业生产造成的毁灭性的森林砍伐、水污染和温室气体排放。主要研究者：美国人造肉企业Beyond Meat成熟期：目前已经有成形的植物性素肉；2020年左右可研制成功实验室人造肉。根据联合国的预测，世界人口数量将在 2050 年达到 98 亿，人口富裕水平也会上升。但这于对气候变化来说可不是什么好事——人类一旦脱贫致富，就往往要吃掉更多肉。据预测，到 2050 年，人类吃掉的肉会比 2005 年多 70%。事实证明，饲养供人类食用的动物，是对环境的最大伤害之一。根据动物种类的不同，以西方工业化方法生产一磅肉类蛋白要比生产等量植物蛋白多用 4 到 25 倍的水，6 到 17 倍的土地，6 到 20 倍的化石燃料。而问题在于，人肯定不会马上就戒掉肉类。也就是说，实验室培养的人造肉和植物制成的素肉可能是抑制环境恶化的最好办法。实验室人造肉的过程，是从动物身上提取肌肉组织，然后放入生物反应器进行培育。虽然最终成品的口感可能有待提高，但外形上已经与我们正常吃的肉差不多了。7. 捕获二氧化碳重大意义：实用且经济地从空气中直接捕获二氧化碳的方法，可以吸走超量排放的温室气体。从大气中去除CO2可能是阻止灾难性的气候变化最后的可行方法之一。主要研究者：Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat成熟期：5到10年即使我们降低目前的二氧化碳排放速度，温室气体造成的变暖效应依然会持续数千年之久。为防止气温攀升至危险范围，联合国气候变化委员会当前得出的结论是，在本世纪，全世界将需要从大气中去除高达 1 万亿吨的二氧化碳。如今，一种叫做直接空气捕获（Direct Air Capture，DAC）的方法，理论上可以将机器捕集二氧化碳的成本降低到每吨 100 美元以下。8. 可穿戴心电仪重大意义： 随着监管机构的批准和相关技术的进步，人们可以轻松通过可穿戴设备持续监测自己的心脏健康。可检测心电图的智能手表可以预警如心房颤动等潜在的危及生命的心脏疾病。主要研究者：苹果、AliveCor、Withings成熟期：现在手上有Apple Watch的富友，这个技术你比我更清楚啦~心电监测智能手表已经问世，它具有可穿戴设备的便利性，并且能够提供接近医疗设备的精度。硅谷初创公司 AliveCor 推出了一款与苹果手表兼容的腕带，该腕带可以检测出心房颤动，这是导致血栓和中风的常见原因。去年，苹果发布了带有心电图 (ECG) 功能的 Apple Watch，并且该功能已经通过 FDA 认证。随后，健康设备公司 Withings 也宣布计划发布一款配有心电图功能的手表。现阶段的可穿戴心电图监测设备仍然只有一个传感器，而真正的心电图设备则有 12 个传感器。目前还没有任何一种可穿戴设备能够诊断心脏病，但这种情况可能很快就会迎来转机。9. 无下水道卫生间 重大意义： 节能厕所可以在没有下水道系统的情况下使用，并且可以就地分解粪便。23亿人缺乏安全的卫生设施，并许多人因此死亡主要研究者：杜克大学、南佛罗里达大学、Biomass Controls、加州理工学院成熟期：1-2年全球大约有 23 亿人没有良好的卫生条件。由于缺乏卫生的厕所，人们将粪便倾倒在附近的池塘和溪流中，这会传播细菌、病毒和寄生虫，从而导致腹泻和霍乱。全世界每 9 名儿童中就有 1 名死于腹泻。现在，研究人员正在努力开发一种新型厕所，这种厕所对发展中国家来说也足够便宜，不仅可以处理粪便，还可以对其进行分解。2011 年，比尔·盖茨提出重新发明厕所挑战，并设立了 X 大奖。自从挑战开始以来，有几个团队已经将设计的厕所原型投入使用。所有的粪便都是就地处理的，不需要用大量的水把它们送到遥远的处理厂。所以，现在的挑战是如何让这些厕所更便宜，更能适应不同规模的社区。10. 真·可以聊天的 AI 助手 重大意义：捕捉单词之间语义关系的新技术正在使机器更好地理解自然语言。人工智能助手现在可以执行基于对话的任务，如预订餐厅或协调行李托运，而不仅仅是服从简单命令。主要研究者：谷歌、阿里巴巴、亚马逊成熟期：1-2 年后我们已经习惯了人工智能助手——智能音箱的语音助手，Siri 在你的手机上为你定闹钟——但它们并没有真正做到所谓的智能，还有点“弱智”。但这一切正越来越好。OpenAI 、谷歌的团队正加速推进，你也可能联想到，小米手机的AI已经可以和你连续对话了，这都是进步。这些改进加上更好的语音合成系统，让我们从简单的向人工智能助手下指令转向与它们交谈。它们将能够处理日常琐事，如做会议记录、查找信息或网上购物。在我们中国，很多人正在习惯阿里巴巴的小蜜，小蜜能通过电话帮你跟快递小哥沟通，还可以与顾客讨价还价。今年的十大科技突破，有哪几样震撼到你了呢？