世界一流科技期刊文章精选

不同类型新冠疫苗对突变株体液免疫应答情况

北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）谢晓亮课题组与合作者利用多种技术手段解析了新冠病毒灭活疫苗（科兴）和RBD亚单位重组蛋白疫苗（智飞）接种者及新冠感染康复者的血浆和诱导的中和抗体对于目前流行新冠突变株（例如南非株）的应答情况。相关成果发表于Cell Research。与中和抗体实验结果类似，康复者和灭活疫苗接种者的血浆对南非突变株均表现出中和活性下降的趋势。结果表明，如果未来新冠突变株大流行，特别是对于携带能改变NTD抗原热点蛋白构象突变的病毒株，注射第三剂RBD重组蛋白疫苗来加强免疫或是一种优化方案。

抗RBD和抗NTD中和抗体对新冠病毒N501Y突变株免疫应答情况（图片来源于北京大学新闻网）

病毒（T4型噬菌体）在土壤有机质矿化中的潜在作用研究

中国科学院亚热带农业生态研究所研究员吴金水团队在灭菌土壤中加入稀释不同梯度的未灭菌土壤悬浊液进行微宇宙培养试验，利用qPCR检测总细菌丰度和活性细菌丰度（叠氮溴化丙锭预处理去除非活菌DNA），利用g23标记基因丰度指示T4型噬菌体丰度，阐明T4型噬菌体与土壤有机碳矿化之间的关系。相关成果发表于Environmental Science & Technology。结果表明，g23基因丰度与总细菌16SrRNA基因丰度和活性细菌16SrRNA基因丰度之间存在显著的负相关关系，总g23基因丰度降低了活细菌16SrRNA基因比率。T4型噬菌体可以杀死土壤细菌，从而降低活性细菌的丰度，调控细菌的种群大小。

细菌鞭毛马达工作原理

浙江大学生命科学研究院朱永群教授团队与医学院张兴教授团队合作，联合揭示了沙门氏菌鞭毛马达的原子分辨率结构，通过对鞭毛马达扭矩传输机制的剖析，揭开了细菌跑得快的秘密。相关成果发表于Cell。细菌与人类等其他生物具有漫长的生物共进化过程，为了获得丰富的营养物质，避免被人类免疫系统追杀，或者为了成功找到适宜的生存和感染的位置，细菌进化出了快速“游动”的能力。鞭毛马达含有质子泵，通过转运氢离子，带动质子泵的转动，将化学能转变为机械能，继而将扭矩传给鞭毛马达的内膜环，促使内膜环的转动。鞭毛马达能将质子泵转化而来的机械能毫无损耗地迅速传给鞭毛丝，从而促进鞭毛丝高速转动。

针对肠道病毒D68型的高效单抗疗法及其作用机制

中国科学院上海巴斯德研究所黄忠课题组和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）丛尧课题组、广州市妇女儿童医疗中心龚四堂课题组合作，针对EV-D68病毒样颗粒制备了两个单抗2H12和8F12。相关成果发表于Nature Communications。研究表明，这两个抗体主要在病毒吸附细胞前起作用，并能阻止病毒与唾液酸受体作用介导的红细胞凝集的发生，提示抗体结合可以阻断受体结合。抗体8F12与EV-D68成熟病毒复合物的冷冻电镜结构表明，8F12与病毒的峡谷区（canyon）结合，进而对唾液酸受体结合产生空间位阻，并且这个区域是未报道过的EV-D68抗原位点。

候鸟禽流感病毒生态特征研究进展

中国科学院武汉病毒研究所/生物安全大科学研究中心陈建军研究员、刘翟研究员团队在长江流域越冬候鸟禽流感病毒生态学研究中取得重要进展。相关成果发表于Science Bulletin。自2013年以来，武汉病毒所研究团队与湖北省野生动物疫源疫病监测中心、武汉市蔡甸区沉湖湿地自然保护区管理局、湖北洪湖自然保护区管理局等单位合作，对长江流域越冬候鸟中的禽流感病毒进行了长期监测。研究揭示了长江流域越冬候鸟禽流感病毒的主要生态特征，研究结果进一步凸显出长江流域越冬候鸟可能在禽流感病毒生态分布中发挥着重要作用。该研究成果将为禽流感新毒株的突现提供早期预警。

2013—2017年长江流域越冬候鸟禽流感病毒基因组多样性（图片来源于中国科学院武汉病毒研究所网站）

2013—2017年长江流域越冬候鸟禽流感病毒亚型多样性（图片来源于中国科学院武汉病毒研究所网站）

葡萄球菌生物被膜研究进展

清华大学生命学院方显杨课题组揭示了葡萄球菌生物被膜相关蛋白开关调控功能性淀粉样纤维，以及生物被膜形成的结构机制。相关成果发表于The EMBO Journal。人们很早就在奶牛源金黄色葡萄球菌中发现一种被称作生物被膜相关蛋白（Biofilm associated proteins）的细胞表面蛋白Bap，Bap介导葡萄球菌生物被膜的形成。该研究深入分析了Bap蛋白N末端BSP结构域的1.9Å的高分辨率晶体结构。BSP的N末端包含重复串联的结构模块，可作为支架蛋白介导液液相分离，并通过液固相变聚集为淀粉样纤维。这是发现的第一个可经由相分离形成功能性淀粉样纤维的细菌细胞表面蛋白，表明相分离过程在细菌功能性淀粉样纤维的形成过程中发挥重要作用。

弧菌交流通信分子机制研究

华东理工大学生物工程学院王启要教授课题组深入研究海洋弧菌LuxR能够高度灵活地激活或抑制众多靶基因表达的分子机制，阐明了病原弧菌如何感知菌群密度或其他理化信号进行协同调控群体行为、导致病害暴发的原因。相关成果发表于Nucleic AcidsResearch。海洋弧菌中存在复杂的群体感应系统，介导进行细菌种内和种间、细菌-藻类、细菌-动物宿主等多种信号交流机制，最终通过TetR家族的中枢调控元件LuxR蛋白同步控制下游多达600多个QS基因的表达，产生菌群行为。该研究首次解析了LuxRDNA复合物结构，揭示了LuxR与激活型和抑制型DNA不同的结合机制，阐明了弧菌交流通信、产生群体行为的分子基础。

细菌集群运动的涌现动力学研究

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心彭毅与美国明尼苏达大学程翔等人合作，发现向活性湍流中加入失活细菌会阻碍集体运动的形成，这定性地说明流体力学相互作用起主导作用。相关成果发表于Science Advances。利用光控大肠杆菌改变细菌速度，触发细菌从无序态变为湍流态，实时观察湍流的涌现过程。单个细菌速度在几秒内即可响应光强变化，但高浓度的细菌需要更长的孵化时间才能变为稳定的新相。在相变点附近，在小尺度出现一些高动能的有序流，这些有序流变大变多，整个过程中流体序参量和能量同时增长；在远离相变点处，流场先变得有序，而动能随后慢慢升高，最终形成高能量的有序流。

基于生态因子对水力学参数适应阈值的水文连通性评估

中国科学院南京地理与湖泊研究所张奇研究员团队的谭志强、李云良等科研人员基于已有研究开发了一个新的水文连通性评价工具CAST1.0。相关成果发表于Water Research。全球气候变化背景下，筑坝、围堤、建库等人类活动削弱甚至阻隔了湖泊与江、河的连通，并造成严重的生态影响。因此，需要一套稳健、易操作的工具实现对水文连通性的定量评估。CAST1.0是一个以参数/阈值推荐、数据预处理、连通性分析和结果预览为主要功能，耦合干湿变化及水鸟、鱼类、浮游藻类和大型底栖动物适宜的水深、流速、水温阈值的“有效水文连通性”定量评估软件。目前，该系统在鄱阳湖得到成功应用。

水文连通及相关生态因子概念图（图片来源于中国科学院南京地理与湖泊研究所网站）

耦合生态因子适应性阈值的水文连通性评估方法框架（图片来源于中国科学院南京地理与湖泊研究所网站）

铁介导的土壤有机碳循环机制研究

天津大学地球系统科学学院陈春梅副教授与美国佐治亚大学、爱荷华州立大学、特拉华大学的同行合作，在铁介导的土壤有机碳循环机制研究取得新进展。相关成果发表于Nature Communications。土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分。土壤矿物与有机碳的相互作用对土壤有机碳稳定储存至关重要，其中铁氧化物的作用尤为关键。铁循环对土壤有机碳稳定存储的综合影响亟待评估。研究结果显示，在氧化还原交替的土壤中，铁介导的有机碳分解可以抵消铁氧化物对有机碳的保护作用，因此铁不能从本质上保护有机碳；活性铁矿物需要通过自身的物理化学保护来促进有机碳在土壤中的稳定性。

日环食对低频时码授时的影响

中国科学院国家授时中心冯平课题组关于日环食对低频时码授时的影响研究取得了新进展。相关成果发表于Sensors。研究人员分析了日环食对低频时码信号的影响，排除了太阳活动和地磁场变化的影响，确认信号场强变化是由日环食对电离层影响导致。当日环食发生时，由于太阳被遮挡，导致电离层的电离度（离子和电子）降低，其愈合逐渐加速，底层高度随之提升。这一变化使低频时码信号在传播过程中衰减变小，到达地面时得到增强。复圆后，随着太阳射向地球的带电粒子密度恢复，低电离层反射高度逐渐降低，低频时码信号场强也缓慢恢复到参考日值。

城市电动汽车大规模发展过程中电池利用率和能耗评估

北京理工大学电动车辆国家工程实验室孙逢春院士、王震坡教授团队与美国加州大学伯克利分校终身教授、香港大学副校长申作军合作，在大规模电动汽车评估领域取得重要进展。相关成果发表于PNAS。评估城市电动汽车动力电池利用和能量消耗情况具有重要意义。该研究通过结合大规模城市电动汽车数据、统计学方法和人工智能算法，报告了电动汽车大规模应用与小规模应用所不同的重要规律，如动力电池利用率差异性和电动汽车能量消耗季节性波动。引入气候数据，将模型拓展到世界多个地区，对比分析了电动汽车动力电池利用率、能耗相关重要规律在世界不同地域的差异性。

纳米材料环境生物效应精准预测研究

南开大学环境科学与工程学院胡献刚教授团队在拓展机器学习算法预测纳米材料的生物效应，以及通过增强机器学习的可解释性，在探索纳米材料生物效应的机理方面取得新进展。相关成果发表于Science Advances。作者提出了一个基于树的随机森林特征重要性和特征网络交互分析框架（TBRFA），该框架通过多指标重要性分析方法，利用随机森林的工作机制建立了特征交互网络，揭示了潜在的影响纳米材料生物效应的交互因素。这项研究为纳米材料的生态环境安全性评估提供新的策略；该机器学习算法除了适用于纳米材料环境效应分析，也可用于重金属、有机物污染等环境生物效应的预测、评估。

TBRFA框架示意图（图片来源于南开大学新闻网）

沿海城市清洁条件下大气PM2.5中硫酸盐的形成机制

中国科学院城市环境研究所陈进生研究团队研究了COVID-19封锁期间我国东南沿海城市大气PM2.5主要来源，并探讨了清洁大气条件下PM2.5中硫酸盐形成的新机制。相关成果发表于Environmental Pollution。COVID-19封锁期间，沿海城市大气污染物浓度下降了27.3%～67.8%，而O3浓度则上升了28.1%。基于正矩阵因子分析（PMF）模型的高时间分辨率（逐小时）源解析结果显示，COVID-19封锁期间交通源、扬尘源和工业源对PM2.5的贡献分别减少9.0%、8.5%和8.0%，二次生成和燃烧源的贡献明显增加。另外，COVID-19封锁期间大气SO2浓度下降67.8%，而PM2.5中硫酸盐浓度维持在封锁前的较高水平。

升温加剧西藏粮食作物产量的减产效应

中国科学院青藏高原所生态系统功能与全球变化团队斯确多吉、朴世龙等联合北京大学、美国科罗拉多州立大学等单位学者，利用西藏粮食作物产量（以下简称“作物产量”）统计数据及气候变化观测数据，定量解析1985—2015年升温对西藏作物产量的影响，预估升温对西藏作物产量作用的未来变化。相关成果发表于Engineering。20世纪80年代至20世纪末，升温对西藏作物产量无显著影响；但自21世纪初以来，升温显著降低了西藏作物产量，气温每升高1℃，作物产量下降0.22±0.14吨/公顷。总体来看，升温对西藏作物产量的负面作用随温度增加而加剧。进一步预估，在未来升温的情景下，西藏作物产量的温度敏感性可能加剧。

孟加拉国东北部洪水应急疏散规划研究

中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所陈宁生研究员与国内外合作者开展了孟加拉国洪水应急疏散规划研究。相关成果发表于Geoscience Frontiers。研究者应用MCLP模型分析了整个研究区内紧急避难中心的最佳分布，提出了改进举措，以确保更好地覆盖所有需求点。结果表明，重新配置紧急避难中心分布可以在10分钟的时间尺度内满足47.88%的隐患点需求，比之前提高了19.7%，在60分钟的需求时间尺度时可达到全覆盖（可满足全部62147个需求点）。MCLP模型优化了孟加拉国洪灾紧急避难规划，提升了应急效率，可有效减少洪水受灾区人员伤亡和财产损失。