厉害了! 2021年中科大共发表11篇Cell/Nature/Science

2021-10-23 20:56:18 TOP大学来了

自2021年以来(截至2021年10月23日),以中国科学技术大学作为通讯单位的研究团队在CellNatureScience发表了11项研究成果,在物理学,化学,生命科学等领域取得重大进展,iNature系统盘点这些研究成果:

【1】2021年10月22日,中国科学技术大学梁海伟,林岳及北京航空航天大学水江澜共同通讯在Science在线发表题为“Sulfur-anchoring synthesis of platinum intermetallic nanoparticle catalysts for fuel cells”的研究论文,该研究发展了一种高温硫锚定合成方法学,实现了小尺寸金属间化合物(intermetallic compounds,简写为IMCs)燃料电池催化剂的普适性合成,成功构建出由46种Pt基二元和多元IMCs催化剂组成的材料库,并基于该材料库发现了IMCs电催化氧还原活性与其二维晶面应力之间的强关联性。

【2】 2021年10月21日,中国科学技术大学朱书及哈佛医学院吴皓共同通讯在Cell在线发表题为”Phase separation drives RNA virus-induced activation of the NLRP6 inflammasome“的研究论文,该研究表明 NLRP6 在体外和细胞中与双链 RNA (dsRNA) 相互作用后经历液-液相分离 (LLPS),并且 NLRP6 的内在无序聚赖氨酸序列 (K350-354) 对多价相互作用、相分离和炎症小体激活至关重要。 Nlrp6 缺陷或 Nlrp6K350-354A 突变小鼠在小鼠肝炎病毒或轮状病毒感染时显示炎症小体激活减少,表明 NLRP6 LLPS 参与抗微生物免疫。通过螺旋组装招募 ASC 固化了 NLRP6 凝聚物,并且 ASC 进一步招募和激活 caspase-1。脂磷壁酸是一种已知的 NLRP6 配体,也促进 NLRP6 LLPS,而 DHX15(NLRP6 诱导的干扰素信号传导中的解旋酶)与 NLRP6 和 dsRNA 共同形成缩合物。因此, 这些发现表明NLRP6 的 LLPS 可能赋予 NLRP6 多功能性以响应多种配体和/或使下游途径多样化,并阐明炎症小体中 PRR 的感觉和激活模式以及其他免疫信号通路。

【3】由于单光子在光纤传输中的指数级损耗问题,量子态在光纤中传输的距离被限制在百公里量级。为了建立起全国乃至全球的量子网络,需要采用量子中继方案。其基本思路是把长程纠缠传输的任务分解为多段短距离的基本链路,在基本链路上建立量子存储器之间的可预报纠缠,然后利用纠缠交换技术把量子纠缠扩展至目标距离。国际上已有的量子中继基本链路均基于发射型量子存储器构建,其纠缠光子是由存储器本身发射出来的。这种架构难以同时支持确定性光子发射和多模式复用存储,从根本上限制了纠缠分发的速率。理论研究表明,基于吸收型量子存储器的量子中继架构可以解决这一问题。这一架构把量子存储器和量子光源分离开来,故能同时兼容确定性光子源和多模式复用,是目前理论上通信速率最优的量子中继方案。2021年6月2日,中国科学技术大学李传锋及周宗权共同通讯在Nature在线发表题为“Heralded entanglement distribution between two absorptive quantum memories”的研究论文,该研究利用固态量子存储器和外置纠缠光源,首次实现两个吸收型量子存储器之间的可预报量子纠缠,演示了多模式量子中继。该成果为量子中继的发展研究开创了一个可行的方向,为实用化高速量子网络的构建打下基础。

【4】2021年4月16日,中科大潘建伟、陈帅和北京大学刘雄军共同通讯在Science在线发表题为“Realization of an ideal Weyl semimetal band in a quantum gas with 3D spin-orbit coupling”的研究论文,该研究通过对超冷原子进行3D自旋轨道耦合工程实现的IWSM波段的实验。通过平衡状态下的虚拟切片成像技术可以清楚地测量拓扑Weyl点,并在淬灭动力学中进一步解析。IWSM波段的实现为研究固体中难以接近的各种奇异现象开辟了一条途径(。

【5】2021年3月21日,中国科学技术大学田志刚、彭慧、孙汭及法国马赛大学EricVivier 共同通讯在Science发表题为“Liver type 1 innate lymphoid cells develop locally via an interferon-γ-dependent loop” 的研究论文,该研究发现成年肝脏造血前体细胞向1型天然淋巴细胞(肝脏ILC1,即肝脏定居NK细胞)的分化潜能及调控机制,揭示天然淋巴细胞的骨髓外发育新路径()。

【6】2021年3月4日,中国科学技术大学汪义丰及利福尼亚大学洛杉矶分校Kendall N. Houk共同通讯在Science在线发表题为"Sequential C–F bond functionalizations of trifluoroacetamides and acetates via spin-center shifts"的研究论文,该研究发展了一种三氟甲基逐级可控脱氟官能团化反应。该反应从廉价易得的三氟乙酸衍生物出发,通过spin-center shift的过程,选择性切断一个和两个碳-氟键,然后转化为结构多样的功能性双氟和单氟产物。该方法以廉价易得的三氟乙酸或者三氟乙酸酐为起始原料,为制备功能性的单氟和双氟化合物提供了更为经济实用的途径()。

【7】2021年2月26日,中国科学技术大学王兴安教授课题组与中国科学院大连化学物理研究所孙志刚研究员和杨学明院士课题组合作在Science在线发表题为“Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction”的研究论文,该研究报告了有关电子自旋和轨道角动量在F + HD→HF + D反应中的影响的实验和理论研究的组合。使用高分辨率成像技术,该研究在前向散射方向周围的产品旋转状态分辨的微分截面中观察到了特殊的马蹄铁形图案。当考虑到完整的自旋轨道特性时,只有通过高精度的量子动力学理论才能正确解释这种异常的动力学模式。理论分析表明,马蹄铁形很大程度上是自旋轨道分裂-部分波共振具有正负平衡的量子干扰的结果,这提供了自旋轨道相互作用如何有效影响反应动力学的独特例子(点击阅读)。

【8】2021年2月19日,中国科学技术大学侯建国,王兵及谭世倞共同通讯在Science在线发表题为”Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit“的研究论文,该研究结合了扫描隧道显微镜(STM),非接触原子力显微镜(AFM)和尖端增强拉曼散射(TERS)来表征假定的非活性体系,即Ag(110)表面上的并五苯。该研究能够通过特定的碳氢键断裂,明确关联三种并五苯衍生物的结构和化学异质性。STM-AFM-TERS联合策略为确定广泛存在于表面催化,表面合成和二维材料中的化学结构提供了全面的解决方案()。

【9】2021年2月3日,北京大学,中国科学技术大学,海军军医大学,首都医科大学等40多家单位联手合作,张泽民,周鹏辉,蒋庆华,黄志伟,贝锦新,卞修武,刘新东,程涛,赵平森,王福生,苏冰,王红阳,张政,瞿昆,王晓群,陈捷凯,金荣华等共同通讯在Cell在线发表题为“COVID-19 immune features revealed by a large-scale single cell transcriptome atlas”的研究论文,该研究对来自196名COVID-19患者和对照的284个样品应用了单细胞RNA测序,并创建了一个拥有146万个细胞的全面免疫环境。大型数据集能够确定不同的外周免疫亚型变化与COVID-19的年龄,性别,严重性和疾病阶段等不同的临床特征有关。SARS-CoV-2 RNAs存在于多种上皮和免疫细胞类型中,并伴随病毒阳性细胞内的转录组显著变化。S100A8 / A9的系统性上调主要由外周血中的巨核细胞和单核细胞引起,可能导致重症患者中频繁观察到的细胞因子风暴。该研究数据为了解COVID-19的发病机理和制定有效的治疗策略提供了丰富的资源()。

【10】2021年1月6日,中国科学技术大学潘建伟,彭承志及陈宇翱共同通讯在Nature在线发表题为”An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres“的研究论文,该研究演示了一个集成的空对地量子通信网络,该网络结合了包含700多个光纤QKD链路和两个高速卫星对地面自由空间QKD链路的大规模光纤网络。使用可靠的中继结构,地面上的光纤网络覆盖了2,000多公里,为实际设备的缺陷提供了实用的安全性,并保持了长期的可靠性和稳定性。对于典型的卫星通行证,卫星对地面QKD可以实现平均47.8 kb / s的平均密钥速率,比以前的速率高40倍以上。此外,其信道损耗可与对地静止卫星和地面之间的信道损耗相比,从而使通过地球同步卫星构建更通用和超长的量子链路成为可能。最后,通过集成光纤和自由空间QKD链路,QKD网络扩展到了2600公里以外的远程节点,使网络中的任何用户都可以与其他任何用户进行通信,总距离可达4600公里()。

【11】2021年5月6日,中国科学技术大学潘建伟及朱晓波共同通讯在Science在线发表题为“Quantum walks on a programmable two-dimensional 62-qubit superconducting processor”的研究论文,该研究设计和制造了一个由62个功能性量子位组成的8x8二维方形超导量子位阵列。 该研究使用此设备演示了高保真单粒子和两个粒子的量子步态。此外,由于量子处理器的高度可编程性,该研究实现了一个Mach-Zehnder干涉仪,其中量子步进器在干涉和射出之前相干地沿两条路径运动。通过调整进化路径上的障碍,该研究观察到了单行和双行的干扰条纹。该研究的工作是该领域的重要里程碑,使未来的大规模量子应用更接近在这些嘈杂的中型量子处理器上实现()。

由于成果较多,如有遗漏,请告知我们。

先天免疫系统协调多种生殖系编码模式识别受体 (PRR) 以感知病原体相关分子模式 (PAMP) 和损伤相关分子模式 (DAMP)。典型炎症小体是参与先天免疫的胞质多蛋白复合物。它们主要通过核苷酸结合域 (NBD) 和富含亮氨酸重复序列 (NLR) 的蛋白质组装,例如 NLRP1、NLRP3、NAIP 和 NLRP6。

激活后,这些传感器蛋白直接或间接通过接头 ASC 或 NLRC4 募集 pro-caspase-1,从而导致 caspase-1 的二聚化和激活。随后半胱天冬酶介导的白细胞介素原 (IL)-1β、IL-18 原和成孔蛋白 Gasdermin D (GSDMD) 的加工导致这些细胞因子的成熟和释放,以及细胞焦亡。

NLRP6 通过承担大量看似无关的炎症小体依赖性和独立功能,在宿主防御中发挥重要作用。据报道,在肠上皮细胞中,NLRP6 可感知微生物群相关代谢物,形成 ASC 依赖性炎症小体,用于下游 IL-18 释放和抗微生物肽的分泌。同时,NLRP6 已被证明通过 RNA 解旋酶 DHX15 与病毒 RNA 结合,以通过干扰素途径限制肠道病毒的感染。在骨髓细胞中,NLRP6 通过负调节核因子-κB (NF-κB) 信号传导来抑制炎症反应。遗传分析已确定 NLRP6 是脂磷壁酸 (LTA) 的炎性体传感器,脂磷壁酸是革兰氏阳性菌的细胞壁成分。生化研究表明,大肠杆菌表达的 NLRP6 与脂多糖 (LPS) 相互作用,脂多糖是革兰氏阴性菌的外膜成分。然而,这些潜在配体中是否有任何一个直接与 NLRP6 结合尚不清楚。

包括 NLRP6 炎症小体在内的几种炎症小体在激活时会在细胞中形成斑点。这些斑点依赖于 ASC 接头的 pyrin 结构域 (PYD) 和半胱天冬酶募集结构域 (CARD),它们利用螺旋对称性进行寡聚化。

在这里,该研究提供了生化和细胞证据,表明由许多病毒产生的双链 RNA (dsRNA) 可以直接与 NLRP6 相互作用形成动态的、类似液体的凝聚相(也称为液-液相分离 [LLPS] ]),而不是有序的程序集。在生理上,NLRP6 的一个对 LLPS 很重要的带正电荷区域的突变会影响 dsRNA 诱导的 NLRP6 斑点形成、GSDMD 切割和细胞死亡,并削弱小鼠的抗微生物防御能力。

文章模式图(图源自Cell )

该研究发现 LTA 还诱导 NLRP6 LLPS,并且 DHX15 与 NLRP6 在 dsRNA 诱导的液体冷凝物中共定位。这些发现表明NLRP6 的 LLPS 可能赋予 NLRP6 多功能性以响应多种配体和/或使下游途径多样化,并阐明炎症小体中 PRR 的感觉和激活模式以及其他免疫信号通路。

参考消息:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01115-6

审核、编辑:大可

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