封面故事 & 特刊：乳腺癌

A Race Still Unfinished

二十年前，一组研究人员对BRCA1进行了克隆及测序；BRCA1是一个人类肿瘤的抑制基因，当该基因发生突变时会使人罹患乳腺癌和卵巢癌的风险增加。相关的癌症易感基因——BRCA2——也在之后不久得到分离。自那以后，有超过1百万人接受了BRCA1和BRCA2的测试，这一筛检过程挽救了许多人的生命。然而，这些基因的确认也导致了有关基因检测伦理的激烈辩论。（例如，就在去年，美国最高法院作出裁决：公司不能对自然发生的基因拥有专利。）为了凸显BRCA1和BRCA2的重要性——以及向前推动癌症研究——这一期《科学》特刊包括了一则引言、一篇相关的社论、三篇《观点栏目》文章以及一组新闻及信息图片。《科学-信号传导》及《科学-转化医学》也推出了与该专题有关的研究。

在三篇《科学-观点栏目》文章的第一篇中，Mary-Claire King重点介绍了克隆BRCA1基因的为期4年的“竞赛”；在至少十几个不同实验室中的100多位研究人员为此耗力费神地工作。她说，当竞赛开始的时候，研究人员是以手工来对基因组进行测序的，但到该竞赛结束时，科学家们已经研发出了一套工具，这些工具可被用作现代基因组学的构建模块。在另外一篇《观点栏目》文章中，Fergus Couch及其同事描述了目前可供体内有BRCA1或BRCA2突变的女性使用的（以及正在研发中的）临床策略。文章的作者讨论了迄今为止已经报告的在BRCA1中的1800种罕见的变异体，以及报告的在BRCA2中的2000种罕见的变异体；他们强调了与将这些变异体结合到“个性化”医学之中有关的挑战。最后，由Ashok Venkitaraman撰写的一篇《观点栏目》文章将BRCA1和BRCA2描绘为“染色体托管者”，其责任是在细胞周期中维持某个细胞染色体的健全。据该作者披露，这一提议的功能可帮助解释该基因的肿瘤抑制行为。

《科学》杂志的获奖新闻团队也为此杂志特刊提供了有关针对导管癌的新方法的文章，以及其它的自BRCA基因克隆以来被曝光的乳腺癌易感基因及全国乳腺癌联盟主席Fran Visco所进行的奋斗；导管癌是一类不总是会导致乳腺癌的肿瘤。特别的新闻栏目也将包括说明全球乳腺癌发生最频繁地区以及那些乳腺癌最致命地区的信息图片。（DOI: 10.1126/science.343.6178.1451）

全脑图将神经元与行为挂钩

Discovery of Brainwide Neural-Behavioral Maps via Multiscale Unsupervised Structure Learning

将神经元回路与某种活的生物体的特定行为挂钩已被证明是出了名地困难。但是，Joshua Vogelstein及其同事研发出了一种用于调查这类神经元回路以及受到这些回路激发的行为的新技术，他们用该技术创建了一个在果蝇幼虫的神经元参考图谱。据这些研究人员披露，这一图谱将果蝇幼虫的神经元中的一大部分与29种果蝇的一般行为，如“后退”、“转身-避开”或“逃逸”等挂钩，而且它为在动物王国中调查选择并控制这些独特行为的基础机制提供了一个宝贵的起点。Vogelstein及他的团队在3万7780个果蝇幼虫的脑中使用了一种会对光做出反应的被称作视紫红质通道蛋白的蛋白质来选择性地激活1054个不同的神经元通路。高速摄像机捕捉到了该神经元在刺激之前、之中及之后果蝇幼虫的形状及运动的视频，而最先进的软件将这些运动归类为不同的“行为类型”，或者说是行为的基本族及亚族。研究人员的光遗传学筛检方法确认了会影响通过自然刺激所触发的日常行为以及从前没有被记录过的行为类型的神经元。他们说，将来，它也许也能适用于其它的生物体。（DOI:10.1126/science.1250298）

生命早期的干预计划可帮助贫困儿童在成年后有较好的健康结果

Early Childhood Investments Substantially Boost Adult Health

一项新的研究提示，在生命的头5年中经历过高品质干预计划的贫困儿童在成年时会比那些没有得到高品质干预计划的贫困儿童有更好的身体健康结果。在美国医疗费用飞涨以及强调延缓起病时间与疾病发生后治疗疾病同样重要的背景中，这项研究揭示了在孩提时代早期进行干预以预防疾病与促进健康的潜力。先前的研究已经显示，那些在生命早期有着不良条件的人中在成年时更加会出现健康问题。研究人员一直知道，在那些高风险青少年中实施早期儿童计划可减少其犯罪、提高其赚钱能力、并且会鼓励这些孩子留在学校学习，但研究人员就这些计划对其健康的影响，尤其是对这些参与者成年后的影响，则一直没有清晰的看法。如今，引述来自美国最早的儿童早期干预计划之一——Carolina Abecedarian Project (ABC) ——的数据，Frances Campbell及其同事证明参与该计划是如何确实导致了这些人在成年时会有更好的身体健康；Carolina Abecedarian Project (ABC) 的创立是为了评估一种富有促进作用的环境可在贫困儿童中防止轻度的发育迟缓。在1972年至1997年间出生的四个群组的儿童参与了该项计划（该5年计划在2002年时在每个孩子身上的花费大约为6万7000美元）。在多个间期中对这些参与者进行了追踪，直到他们进入35岁左右；在该时间点，他们接受了心血管及代谢风险因子的生物医学调查。与那些在出生及5岁之间没有接受过ABC计划的一开始就贫困的35岁左右的人相比，那些参与ABC计划的人的这2种风险因子都较低。例如，在接受过治疗的男性中，其平均收缩压较低，而接受过治疗的女性也较少可能受到腹部肥胖的影响。尽管生命早期的经历会影响成年时期健康的确切机制尚未确定，但这项工作显示了关注儿童生命头5年的高品质干预的重要性；如果没有这些干预，这些孩子会在缺乏某些促进作用或营养的情况下成长。尽管只对少数儿童进行了评估，但这项研究提示，在孩提时代进行早期干预是健康政策的一个大有可为的途径；且如果对其的构思变得更具缩放性，它也许还是一个更富有成本效益的政策。（DOI:10.1126/science.1248429）

合成生物学的“珠峰”——第一个真核生物染色体

Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome

据一项新的研究报告，研究人员第一次合成了一个真核细胞染色体。该染色体来自一种在地球上被研究得最透彻的生物之一：发面酵母或酿酒酵母。酵母已被用来制造啤酒、生物燃料及药物，但它们一旦配备了全套合成的且可变的染色体时，比如在此项研究中所设计的染色体，这种单细胞生物就可以生产出这些重要商品的更好的版本，其中包括新的抗生素或对环境更友善的生物燃料。尽管研究人员在该研究中仅仅合成了该酵母菌的16条染色体中的1条，但他们的努力是通往构建一个完整的真核细胞生物基因组的关键性的一步。这样一种基因组不仅可作为一种高度灵活的工具并用于生产商业物质，它也可帮助研究人员更多地了解基因组生物学--其中包括基因组是如何构建的、它们是如何组织的，以及是什么让它们能够运作。

在近些年中，DNA合成技术得到了快速地改善。凭借这些技术，科学家们能够组装原核生物的基因组（如细菌），但组装真核生物基因组在此之前仍然是一个未完成的工作。作为真核生物的发面酵母的基因组是由1200万个核苷酸组成的；核苷酸是基因字母，它们以一种特别的顺序被串在一起。由Jef Boeke和Narayana Annaluru领导的一个小组将目标对准该酵母菌的染色体III，后者由超过2.5%的这些核苷酸所组成。他们用软件来对其做出小的变动；尤其是移除某些基因间重复及较少使用的DNA区域。接着他们通过将个体核苷酸串联在一起而构建了一种真实的染色体版本；核苷酸是基因的构建模块。重要的是，他们在被认为不重要的基因旁边放置了小的被称作loxPsym位点的标记，这样他们便能改变或删除被标注的基因以观察该酵母菌是否能够存活。

研究人员在活体酵母菌细胞内放入他们的人工合成的染色体并测试了这些改变的细胞在不同营养物及在不同条件下生长的能力。在每种情况下，配备有某种合成染色体版本的酵母菌功能与天然酵母菌的功能没有差别。研究人员通过激活不同的loxPsym位点以改变或删除基因，从而进一步地操纵酵母菌细胞。他们发现，某些细胞的生长会更为缓慢。而其它某些具有不同基因组合的细胞则会非常快速地生长。例如，通过以不同方式重组DNA，研究人员希望能够设计出可比天然酵母菌制造更多乙醇的或在困难的环境中生长得更好的酵母菌。这项工作确立了酵母菌这种选定的真核生物可作为设计合成真核生物基因组生物学的基础。（DOI:10.1126/science.1249252）