盘点：那些打破教科书挑战常规的突破性进展！

目前教科书中的很多理论知识，以及日常生活中的传统认知仅限于科学家们当前的研究结论，而科学一直在发展，新的研究结论也层出不穷，教科书中的知识点会被覆盖更新，很多传统认知也会被替换。

本文中小编就盘点那些打破教科书或挑战常规理论的突破性研究成果。

【1】Cell子刊：打破教科书的发现：没有线粒体的微生物

doi：10.1016/j.cub.2016.03.053

根据已知的科学知识，真核细胞中线粒体（负责呼吸与能量转移的细胞器）是必需的细胞成分。可以把它想象成一个负责转移能量的微型电池，基于此细胞才可以正常工作。

如今，加拿大与捷克的科学家们发现了一个惊人的现象：一种真核细胞可以在没有线粒体的情况下存活。这一发现彻底打破了我们以往对细胞的认识，换句话说，生命远比我们想象的要灵活得多。

"一直以来，线粒体被认为是真核生物细胞中不可或缺的部分，也是真核细胞进化上的里程碑式的标志"，该研究组的领头人，来自不列颠哥伦比亚大学的Anna Karnkowska说道。

【2】Cell：改写教科书！缺失一些必需基因，细胞照样存活！

doi：10.1016/j.cell.2015.10.069

在一项新的研究中，来自新加坡科技研究局（A*STAR）的研究人员发现酵母细胞即便缺失某些“必需的”基因，也仍然能够存活下来。这一令人吃惊的发现在理解细胞如何适应充满挑战性的环境以及解决耐药性问题上产生重大影响。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Gene Essentiality Is a Quantitative Property Linked to Cellular Evolvability”。

在此之前，必需基因（essential gene）被定义为在细胞存活中起着至关重要作用的基因。这种教科书上的定义成为很多治疗方法的基础：药物被开发出来阻断癌细胞和致病性细菌中的必需基因，从而杀死这些危险的细胞。

如今，在这项研究中，来自A*STAR医学生物学研究所和新加坡免疫学组（Singapore Immunology Network）的Giulia Rancati、Norman Pavelka和及其同事们证实这种情形并不是如此明了。他们发现，在给定时间内，酵母细胞能够经历进化过程，从而允许它们适应某些之前被认为是必需的基因的缺乏。

【3】Science：颠覆教科书知识 首次发现不通过DNA转录翻译过程制造产生的蛋白质

doi：10.1126/science.1259724

翻开任何一本生物学教科书，首先我们要学习的就是机体的DNA可以给出制造蛋白质的指令，而蛋白质在机体多种功能的发挥中扮演着重要的角色；近日，一项刊登于国际杂志Science上的研究论文中，来自犹他州大学的研究人员通过研究首次揭示，制造蛋白质的氨基酸可以在没有DNA指令及信使RNA信息存在的情况下进行装配生成，该研究或将修改教科书中对蛋白质产生的说法。

研究者Peter Shen说道，这项研究非常有意义，同时其也反映出了生物学领域的博大精深。核糖体是蛋白质装配的机器，其可以根据特殊的遗传代码将不同的氨基酸连接起来，有时候当核糖体出错时其就会停止蛋白质的装配制造；本研究中，研究人员揭示了一种名为Rqc2的蛋白质的新角色，该蛋白质从酵母到男性等机体中都存在，在不完全蛋白质被循环之前，Rqc2可以促进核糖体将两种丙氨酸和苏氨酸（共20个）不断添加到不完全蛋白质上。

【4】Cell：“修改教科书的成果”：科学家发现DNA甲基化可遗传

doi：10.1016/j.cell.2013.04.041

在两性生殖的物种中，一个受精卵逐渐分裂，发育出不同的细胞，形成各种组织和器官，最终形成生物个体。科学研究发现，在生物体的发育过程中，仅有DNA是不够的。表观遗传信息控制着受精卵的发育，“调控”着哪些细胞发育成皮肤，哪些细胞发育成心脏，哪些细胞发育成骨骼……但科学家们无法确定的是，表观遗传信息能否遗传？

我国科学家的最新研究发现：表观遗传信息中重要的一类——DNA上的甲基化是可以遗传的，而且精子所携带的表观遗传信息被传递到子代，并调控着早期胚胎发育基因表达的“开关”。这是世界上首次在实验中证明某些表观遗传信息也可以被完整地遗传，并颠覆了早期胚胎发育主要由卵子决定的传统观点。这一被称为将“修改教科书的成果”，以封面文章的形式发表在最新一期国际著名学术期刊《细胞》（Cell）杂志上。

【5】Mol. cell：人类遗传物质中发现前核小体 有望修改生物教科书

doi：10.1016/j.molcel.2011.07.017

美国科学家在人类遗传物质中发现了一种新物质并将其命名为“前核小体”。科学家们认为，这种新物质是位于染色质和核小体之间的中间物质，新发现有望让生物教科书小小地“变脸”。相关研究发表在8月19日的《分子细胞》杂志上。

染色质是细胞周期间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，是DNA(脱氧核糖核酸)在细胞中的天然状态，也是调节生物体新陈代谢、遗传和变异的物质基础。而生物教科书认为，核小体是构成染色质的基本单位，其形状类似于一个扁平的碟子或一个圆柱体，染色质由一连串的核小体所组成。

但是，美国加州大学圣地亚哥分校的生物学家却指出，他们在最新研究中发现了一种组成染色质的新奇粒子，其介于DNA和核小体中间，尽管这种新奇粒子的外表类似于核小体，但它实际上是另外一种不同的粒子，是核小体的前体。他们将这种粒子命名为“前核小体”。

【6】Nature：挑战常规，绝大多数人肠道细菌能够在体外培养

doi：10.1038/nature17645

微生物几乎在地球每个环境中蓬勃生长，但是令人吃惊的是，已知当在实验室中培养时，只有一小部分能够茁壮成长。因此，研究人肠道微生物组主要采用基因组方法。如今，在一项新的研究中，通过将微生物培养实验和基因组方法结合在一起，来自英国韦尔科姆基金会桑格学院研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）等机构的研究人员及其同事证实与广泛接受的观念---大多数微生物在体外是“不能培养的（unculturable）”---相反的是，大多数已知的肠道微生物物种能够在体外培养和保存。这些研究结果揭示出很多之前“不能培养的”肠道微生物属于新的群体，而且为了在人体外存活下来，它们当中将近60%形成孢子。相关研究结果于2016年5月4日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Culturing of ‘unculturable’ human microbiota reveals novel taxa and extensive sporulation”。

美国北卡莱罗纳大学微生物学教授James Oliver（未参与这项研究）说道，“这真地是一项非常完美的研究，它面面俱到，作出重要贡献。”

【7】EMBO Rep：挑战几千年传统中草药疗法效率 科学家认为中草药疗法或存在健康威胁

doi：10.15252/embr.201642375

全球数百万人目前都在使用中草药健康疗法，而草药疗法要追溯到几千年以前了，很多人认为中草药疗法比较安全，因为该疗法已经使用了很多年了；但近日来自贝勒医学院和石溪大学的研究人员通过联合研究发现，长期使用中草药疗法或许并不安全，相关研究刊登于国际杂志EMBO Reports上。

文章中，研究者发现，马兜铃属植入可以引发机体患马兜铃酸肾病（aristolochic acid nephropathy），而这类疾病的患者往往会经历间质性肾炎、肾功能衰竭和及泌尿道癌症等疾病。据国家处方数据库数据显示，在台湾，1997年至2003年间有800万人都进行了包含马兜铃属植物的中草药疗法，而相关的对肾衰竭及癌症患者的研究数据则显示，数百万人都有患马兜铃酸肾病的风险。

【8】IJC：新研究挑战老观点——“姨妈”大战卵巢癌？

DOI：10.1002/ijc.30144

最近一项研究表明，月经周期紊乱的女性晚年发生卵巢癌以及因卵巢癌死亡的风险更高。这项研究首次表明女性月经周期在非正常情况下变长或无月经与卵巢癌风险增加之间存在关联，同时对之前关于随着女性排卵总数增加，卵巢癌风险也逐渐增加的假说提出了挑战。

相关研究结果发表在国际学术期刊International Journal of Cancer上。

普遍认为排卵周期少是避免卵巢癌的一种保护性因素。因此服用特定类型的避孕药，妊娠以及输卵管结扎等终止排卵的措施也被认为能够帮助降低卵巢癌风险。

虽然在所有患癌女性中，卵巢癌患者仅占3%，但卵巢癌是所有妇科癌症中的头号杀手。所有诊断为卵巢癌的女性中只有不到一半的病人存活超过5年。一些卵巢癌的早期症状经常被病人忽视或被误诊为其他疾病，并且目前还没有用于卵巢癌常规筛查的方法和标记物，因此多数病人发现病情的时候已经错过最佳治疗时机。

【9】Cell：挑战常规！体腔中的巨噬细胞直接促进组织快速修复

doi：10.1016/j.cell.2016.03.009

尽管科学家们多年来已知道有细胞生活在诸如心脏、肺部和肝脏之类的多种器官周围的空腔中，但是它们的功能一直是未知的。在一项新的研究中，来自加拿大卡尔加里大学卡明医学院（Cumming School of Medicine）的研究人员研究了这些细胞，并且发现它们在组织快速修复中起着不可或缺的作用。相关研究结果发表在2016年4月21日那期Cell期刊上，论文标题为“A Reservoir of Mature Cavity Macrophages that Can Rapidly Invade Visceral Organs to Affect Tissue Repair”。

在体腔中发现的几种类型免疫细胞中，这项研究特别地研究巨噬细胞---在清除体内有害的物质和微生物（如毒素和细菌）以及清除死亡组织中发挥着关键性作用的免疫细胞。在研究肝脏周围的腹腔时，这项研究证实巨噬细胞在腹腔内巡逻，一旦发现器官损伤，就将它们自己附着到受损区域以便快速修复损伤。

【10】Nat Microbiol：挑战常规！抗生素通常并不促进耐药性基因扩散

doi：10.1038/nmicrobiol.2016.44

在一项新的研究中，来自美国杜克大学等机构的研究人员证实除了一些特殊的情况外，抗生素并不像之前所认为的那样促进细菌抗生素耐药性扩散。相关研究结果于2016年4月11日在线发表在Nature Microbiology期刊上，论文标题为“Antibiotics as a selective driver for conjugation dynamics”。

毋庸置疑地，过度使用抗生素是不断增加的全球危机的关键所在，但是这项新研究提示着存在差异的细菌细胞产生率和死亡率而不是DNA交换才应该受责备。这些结果对设计抗生素治疗方案避免细菌耐药性扩散产生影响。

论文通信作者、杜克大学工程学副教授Lingchong You说，“在这个领域，人们都知道过度使用抗生素的巨大问题。认为抗生素通过增加细菌彼此之间分享抗药性基因的速率促进耐药性扩散是相当诱人的，但是我们的研究证实它们经常不是这样的。”

【11】Cell：挑战常规！揭示表观遗传记忆跨代传递新机制

doi：10.1016/j.cell.2016.02.057

根据表观遗传学---研究可遗传的基因变化，其中这种基因变化并不是由我们的DNA直接编码的---的说法，我们的生活经历可能传递给我们的孩子和我们的孩子的孩子。对创伤事件存活者的研究已提示着遭受应激（exposure to stress）可能确实持续地影响子孙后代。但是这些表观遗传“记忆”是如何传递的呢？

在一项新的研究中，来自以色列特拉维夫大学的Oded Rechavi博士和他的团队精确地阐明让环境影响遗传“开启”和“关闭”的机制。他们揭示出决定哪些表观遗传反应（epigenetic response）会被遗传以及持续多长时间的规则。相关研究结果发表在2016年3月24日那期Cell期刊上，论文标题为“A Tunable Mechanism Determines the Duration of the Transgenerational Small RNA Inheritance in C. elegans”。

【12】Science：挑战常规！高水平HDL不一定有益！

doi：10.1126/science.aad3517

在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院等多种机构的研究人员推翻一项人们普遍接受的医学观点：高水平的HDL胆固醇（HDL-C）是有好处的。他们注意到编码一种结合到高密度脂蛋白（HDL）上的细胞受体蛋白的基因当发生一种特定突变时会阻止这种受体发挥功能，并证实由于一种遗传原因增加的HDL-C水平可能实际上是不好的。这种突变导致冠状动脉心脏病风险增加，即便是在HDL-C（编者注：HDL-C是与HDL结合的胆固醇，当HDL水平高时，HDL-C水平也会升高，因而被认为是“好的”胆固醇）水平增加的情形下，也是如此。相关研究结果发表在2016年3月11日那期Science期刊上，论文标题为“Rare variant in scavenger receptor BI raises HDL cholesterol and increases risk of coronary heart disease”。

之前的研究已提示着HDL可能并不像心脏学家通常所认为的那样如此良好地防止心脏病，特别是在几项针对提高HDL的药物的临床试验已证实很少有或根本没有这种保护效果之后，尤其如此。论文通信作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院遗传学系主任Daniel J. Rader博士说，“关于HDL的这种观点最近已变成它可能并不直接防止所有心脏病的看法。我们的结果表明提高HDL水平的一些原因实际上会增加心脏病风险。这次首次证实提高HDL水平的一种基因突变反而会增加心脏病风险。”

【13】Nature子刊：传统表观遗传学遭挑战 或开启遗传疾病治疗新思路

doi：10.1038/ng.3381

多细胞生物的细胞含有相同的遗传物质（基因组），但它们的结构安排和功能却有很大的差异。不同细胞类型的这种变化，来自于基因的差异表达，这受控于细胞内不同调控因子之间的相互作用，如转录因子、转录机制、DNA上发生的“表观遗传学”修饰（不改变根本的遗传代码）和染色质内的蛋白因子。

最近，由巴塞罗那基因组调控中心（CRG）首席研究员和巴塞罗那庞培法布拉大学（UPF）教授Roderic Guigó，和巴塞罗那大学（UB）遗传学系、UB生物医学研究所（IBUB）的Montserrat Corominas共同指导的一项研究表明，染色质标记，对发育过程中准时表达的基因调节来说，是无关紧要的。这项研究的结果与目前普遍接受的一种观点形成鲜明对比，该观点认为，这些表观遗传标记在基因表达的调节过程中，起着关键作用。

该项目是基于来自modENCODE项目的基因表达数据，旨在为科学界提供一个全面的、模式生物基因组功能元件的百科全书。在这种情况下，研究人员利用来自秀丽隐杆线虫和黑腹果蝇的基因组表达数据。