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用基因作曲?!研究新冠病毒還有這些“騷操作”

2020-10-31 20:55 作者:biokiwi  | 我要投稿

本文作者?無奶樹?| 公眾號?biokiwi


2020年我們經(jīng)歷了一場新冠疫情,影響了各行各業(yè),影響了我們每一個人,也影響了整個科學界。


可以說科學界是受新冠影響最大的領域之一了:一方面因為新冠疫情,各種需要實際實驗的研究紛紛被迫暫停,很多研究因為大家被困在家中也難以進行;而另一方面,也正因為新冠的出現(xiàn),使得科學,尤其是生物、醫(yī)學、健康方面的研究出現(xiàn)了井噴式的爆發(fā)。


新冠相關的研究論文已經(jīng)達到了109166篇以上 | 圖源:aminer.cn


而在上半年新冠病毒還在國內(nèi)肆虐的時候,我們就寫了好幾篇文章來講述各種各樣的研究,其中包括有:


新冠病毒動物來源的推斷(很可惜這個問題到現(xiàn)在還是沒有確切的答案);

新冠病毒的傳播問題:


但是從爆發(fā)到現(xiàn)在已經(jīng)過了差不多11個月了,相信大家其實對于新冠的研究以及相關的新聞已經(jīng)有些厭倦,所以我們今天的主題也不是這些比較基礎或者針對性的研究,我們找了幾個有趣的研究,看看不同領域的科學家是怎么用自己獨特的角度來探究新冠的吧!


病毒的傳播與空氣污染

早在8月份有一篇發(fā)表在《科學》雜志的文章,就探討了一個很有趣的問題:新冠疫情的影響下,空氣污染是否會發(fā)生改變?


他們通過監(jiān)測1月23日到2月13日大約3周的時間里,中國各地的二氧化氮排放量,以及各大城市里PM2.5、二氧化硫、臭氧的排放,并和往年的數(shù)據(jù)進行比較,不出意料的可以發(fā)現(xiàn),伴隨著人們出行的減少,像武漢、廣州、上海這些南方城市空氣污染都大大減小了,并且和以前過年時候相比都有不小的減幅。

不同時期的空氣污染對比 | 圖源:Le T, et al. Science

但是,同樣不出意料的,北方城市比如北京,伴隨著大家長期居家,PM2.5比以往更高,霧霾的程度也變得更加嚴重了。這也看出雖然我們在努力推行節(jié)能減排的措施,但是面對疫情時期的“停滯”,這些節(jié)能減排措施反而失效了。


而這個看似很嘩眾取寵的研究,其實警示了另一個巨大的問題:“霧霾+新冠”的組合會帶來更大的殺傷力


原因很好理解:新冠病毒最主要攻擊的人體器官是肺部,而霧霾最主要影響的器官也是肺部,如果霧霾加劇,就等于在這個疫情期間給予人們雙重的打擊。


這樣的相關性研究早在2003年SARS肆虐華南地區(qū)時就已經(jīng)進行了。通過評估空氣污染指數(shù)以及SARS死亡率,研究者發(fā)現(xiàn)SARS的病死的風險,隨著不同地區(qū)空氣污染的嚴重程度加重,會有成倍的增加。

2003年的SARS致死率與空氣污染指數(shù)相關性統(tǒng)計 | 圖源:Cui Y, et al. Environmental Health

因此也有研究通過統(tǒng)計各個國家地區(qū)的新冠死亡率和空氣污染,推算出全世界的新冠死亡率可能有15%是由于大氣污染導致的。雖然只是個估算的結果,但是這其實也反映了一個問題:如果我們能在以前就意識到大氣污染問題的防護,疫情的死亡人數(shù)可能就會降低不少。


在我們隔壁的印度封城停工期間,印度北部和尼泊爾地區(qū)的人們早上起來終于可以看到喜馬拉雅山的山峰,這可是幾十年來的頭一次。威尼斯人在停工期間也發(fā)現(xiàn),自家的運河突然變得清澈見底。這無疑都是經(jīng)濟停滯帶來的環(huán)境福利


但是伴隨著解封,空氣污染又再次回歸,印度冬季的空氣污染加劇。印度科學家已經(jīng)開始擔心這次污染的反彈將對新冠疫情產(chǎn)生更嚴重的影響。

印度的空氣污染 | 圖源:yicai.com

雖然現(xiàn)在再說節(jié)能減排是有點來不及了,但是我們以后也要認識到,環(huán)境問題可能并不是一個簡單的單一問題。


通過社交軟件的信息可以知道什么

疫情時期不得不困在家里,你和外界溝通使用最多的方式應該就是手機上的各種社交軟件了:或者是和親朋好友線上拜個年搶個紅包,或者發(fā)一個自己對疫情的感想與無奈,如果是武漢的朋友可能還會有更復雜的想法發(fā)布在網(wǎng)絡上……


其實這些想法,尤其是關于疫情的第一手信息,對于其他地區(qū)的人們是一種極佳的警告。


這樣一個角度清奇但卻也很重要的角度就有研究者進行探究:他們通過收集Facebook上美國不同地區(qū)人群和中國、意大利的關系鏈,再和這些地區(qū)后來實行的社交距離限制、出行限制等情況進行關聯(lián),發(fā)現(xiàn)了很有趣的結果:


那些和中國、意大利關系近的地區(qū),規(guī)定的出行限制和社交距離會更大,并且作者還進一步排除了這些結果不是由旅行者帶來的風險導致的。

與中國的Facebook社交關系指數(shù)(SCI)和實際規(guī)定的社交距離的關系圖 | 圖源:Charoenwong B, et al.

而排除掉研究中可能存在的數(shù)據(jù)主觀或者非隨機的因素,我們還是可以深刻感受到互聯(lián)網(wǎng)這種信息豐富的交流在我們這次疫情中起到的作用。


而除了這項研究的這個分析角度之外,諸如這一切開始之前李元亮醫(yī)生的警告,或者是中南醫(yī)院張笑春醫(yī)生在朋友圈呼吁使用CT作為診斷手段,都是從社交軟件走出來的最重要的信息,不應該被我們所忘記。


而這項研究也提到了這些信息中其實存在著各種謠言或者陰謀論,反而對疫情防護起到了反作用。而疫情之初我們這群科普人也深刻認識到什么叫“造謠一張嘴,辟謠跑斷腿”,但也正是辟謠平臺的建立,才使得沒有更多的虛假信息傷害到更多的人。

圖源:央視網(wǎng)新聞


新冠病毒聽起來會是什么樣子

你要是向一位生物信息學家或者基因組學家請教新冠病毒,ta可以給你從組成病毒基因組的堿基對ATCG講起,并給你展示一堆可能完全看不懂的復雜“天書”,而這些還只是病毒的冰山一角。

是的,這只是三萬個堿基對的冰山一角 | 數(shù)據(jù)來源:NCBI

“woc!這是人能看的嗎?!”


莫急,這不有一位奇思妙想的科學家就想著要把病毒的基因組改造一下:


這位科學家嘗試將復雜的基因組先轉(zhuǎn)化成氨基酸序列(還記得三個堿基可以對應一個氨基酸的規(guī)則嗎?)再給這些氨基酸編上特定的音節(jié),以此來組成一段神奇的音樂,讓人們可以聽到蛋白質(zhì)。

底下的縮寫代表不同的氨基酸,對應的氨基酸會有不同音高的音符,以此來組成這段音樂 | 圖源:Markus J. Buehler

那么問題來了:這樣的研究會有什么意義???就科學藝術嗎?顯然不會這么簡單。


這位Markus J. Buehler其實本職就是研究蛋白質(zhì)結構的,并且會根據(jù)蛋白質(zhì)結構去有針對性地設計蛋白質(zhì)藥物。顯然這樣的一位專家應該不會單純只是做著玩而已。


而其想法的來源其實也是蛋白質(zhì)本身:其實我們從初中高中就學過很多的化學分子式,并且也畫過那些一橫一折的結構式,或者說上課老師給我們看的那些小球球小棒棒組成的化學結構。但其實這些結構并不是簡單的一動不動的,他們雖然有一個我們假象的樣子,但他們也有自己的想法——它們會改變自己的結構,不斷處于變化之中,而這些不是冷冰冰的數(shù)據(jù)能展現(xiàn)出來的


而Buehler就想到了樂譜和音樂,它們也是類似的:一個冷冰冰的但卻是正確的,而同樣的樂譜彈奏出來的音樂可能就會完全不同。所以才會有想要用音樂來研究蛋白質(zhì)結構的想法:它們都是在不斷變化的。

而實際上他們在19年就已經(jīng)發(fā)表了這樣的一種研究蛋白質(zhì)結構與蛋白質(zhì)相互作用的方法,并且取得了不小的成果。而他也是趁這個時機做了一次宣傳,讓大家了解了這種蛋白質(zhì)研究方式的奇妙之處。

圖源:Yu C H, et al.

其實有意思的新冠研究遠不止這些,給大家展示這些一方面只是希望大家不必總是拘泥于疫苗、疫情等等嚴肅的問題,另一方面也是想展示科學有趣而又不為人知的一面。


也許你開發(fā)一下自己的腦洞,就會出現(xiàn)一個讓科學家都意想不到的全新課題呢?


(感謝 @郭明瑞 @李佩儒 提供給我們的有趣選題內(nèi)容)


參考資料

  • Le T, Wang Y, Liu L, et al. Unexpected air pollution with marked emission reductions during the COVID-19 outbreak in China[J]. Science, 2020, 369(6504): 702-706.

  • Andrea P, Francesca D, Andy H, et al. Regional and global contributions of air pollution to risk of death from COVID-19[J]. Cardiovascular Research, cvaa288,?doi.org/10.1093/cvr/cva

  • Cui Y, Zhang Z F, Froines J, et al. Air pollution and case fatality of SARS in the People's Republic of China: an ecologic study[J]. Environmental Health, 2003, 2(1): 1-5.

  • Hodges K, Jackson J. Pandemics and the global environment[J]. 2020.

  • Charoenwong B, Kwan A, Pursiainen V. Social connections to COVID-19-affected areas increase compliance with mobility restrictions[J]. Available at SSRN, 2020.

  • Yu C H, Qin Z, Martin-Martinez F J, et al. A self-consistent sonification method to translate amino acid sequences into musical compositions and application in protein design using artificial intelligence[J]. ACS nano, 2019, 13(7): 7471-7482.

  • Venugopal V. Scientists have turned the structure of the coronavirus into music[J]. Science, 2020.

  • If a virus could sing | Markus J. Buehler | TEDxBasel?youtube.com/watch?


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