生物学家对构成细胞壁和纺锤体的微管进行逆向工程

来自美国宇航局Aqua卫星的红外图像显示，热带风暴埃里克受到风切变的冲击，其最强风暴位于夏威夷大岛的南部。预报员使用其他NASA卫星找到埃里克的中心。

在国家飓风中心(NHC)8月2日上午11点(美国东部标准时间15点)对Erick的讨论中，Forecaster Jelsema指出，NHC利用两颗NASA卫星的数据找到了Erick的中心。讨论中指出“尽管由于高层云层覆盖在低水平的流通中心，隔夜很难找到中心，但及时的GPM(全球降水测量任务)在美国东部时间上午7:36(1136Z)通过并且可见红外成像辐射计套件(VIIRS)于美国东部时间上午7:40(1140Z)通过，协助定位中心。“ VIIRS是NASA-NOAA的Suomi核电站卫星上的仪器。

此外，美国宇航局的Aqua卫星使用红外线来分析风暴的强度，并发现其中大部分位于埃里克的西南象限，以及夏威夷大岛的南部。。红外数据提供温度信息，高达大气层的最强雷暴具有最冷的云顶温度。云顶温度低，表明强风暴可能产生强降雨。那些最强烈的风暴位于细长环流中心的南部和东南部。

8月2日美国东部时间上午7:50(1150 UTC)，在美国宇航局的Aqua卫星上飞行的中等成像光谱仪或MODIS仪器发现，最强风暴的云顶温度低至零下80华氏度(零下62.2摄氏度)。

NHC注意到“深度对流已经成功地在今天早上暴露了Erick的低水平环流中心(LLCC)后，该中心暴露了大部分的夜晚。强烈的西 - 西南垂直风切变继续影响热带气旋。”

美国东部时间上午11点(HST / 1500 UTC)，热带风暴埃里克中心位于北纬16.8度和西经157.4度附近。那是夏威夷希洛西南约250英里(405公里)。埃里克在14英里/小时(22公里/小时)附近向西北偏西移动，预计这一一般动作将持续到今晚。预计周末向西北方向转弯，前进速度将下降。在预测轨道上，今天和今晚，埃里克的中心将经过夏威夷群岛的南部。估计的最小中心压力为1,000毫巴。

最大持续风速接近50英里/小时(85公里/小时)，阵风较高。预计未来几天会逐渐减想象一下，站在一个木材厂，被要求建造一个房子 - 没有蓝图或任何形式的指示。这些材料都在你的面前，但这并不意味着你首先想到如何从A点到达B点。

这就是普林斯顿生物学家所面临的情况，他们从头开始构建细胞骨架。

“我们认为不可能，”分子生物学助理教授萨宾·皮特里说。多年来，Petry和她实验室的研究人员用他们所谓的“生命的烟花”的视频使生物世界眼花缭乱，这些视频显示了这些微观结构的分支和生长。“从制作烟花到制作烟花如何制作的配方?我们已经想象并集思广益了五年。” 在那个时候，她的团队辛苦地确定了烟花的成分，一次一个蛋白质，研究生Akanksha Thawani提出了序列的模型，但测试它似乎是不可能的。

但是，该杂志的评论员告诉他们，除非他们通过实验证明，否则他们无法发布他们的模型。

“不可否认，在看了Akanksha这么长时间的工作之后，当裁判要求做更多工作时，我怀疑我们能否在任何合理的时间内理清分子附件的顺序，”普林斯顿大学的Donald R. Dixon '69说道。和Elizabeth W. Dixon机械和航空航天工程教授和Thawani的联合顾问。“但是Akanksha专注并且训练有素，并且系统地处理了确定分子附件顺序的实验。跟随她的侦探工作真是太棒了。”

“他们问我们，我们想把它发布出来，这就是诀窍，”Petry说。“评论过程受到很多不好的影响，但审稿人有时会把你推到一个新的水平。” 他们的工作成果出现在eLife期刊上。

建造没有蓝图的房子

微管是细胞的砖和砂浆，用于构建细胞壁和有丝分裂和减数分裂的纺锤体 - 没有它们，即使是单细胞生物也无法复制 - 但直到现在，还没有人确切地知道微管是如何相互分离的。十年来，研究人员已经知道，随着微管彼此生长而引起的分支是组装锭子和在细胞组件之间建立连接的关键。

“十年左右的缺失就是这种微管分支 - 微管不能直线生长，但它们实际上是分支的，它们可以一次又一次地分支，产生那些烟花，”Petry说。

虽然Petry的团队已经确定了构建微管所需的组件，但他们还没有将序列 - 配方 - 在分子水平上详细说明如何组装它们，以使锭子生长并分支成烟花。在大多数情况下，这很好。生物学为他们做了。如果他们把正确的组件放在一起，烟花就会增长。

但究竟是怎么发生的呢?这是在Thawani唠叨的问题，他是一名化学和生物工程研究生，在Petry实验室做研究。

“在最长的时间里，我一直盯着他们，想知道这是如何运作的，从头开始，”Thawani说，他最近在最后一年赢得了着名的夏洛特伊丽莎白普罗克特奖学金研究生。“我们从根本没有微管开始，然后，在15分钟内，我们就拥有了这些美丽的结构。你如何从那些纳米尺寸的蛋白质中产生一种结构?它们的结合动力学或它们的组织是什么导致了我们看到的结构?“

Thawani在解决这些问题方面具有独特的优势，他花了数年时间研究化学工程和物理以及分子生物学。她基本上在三个领域之间发明了一个新的专业。“在学科之间的交叉点 - 这是下一个最好的科学所在的地方，”她说。

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这段延时视频显示了微管的生长和分支，被称为“生命的烟花”，因为这些微观结构构成了细胞的骨架。研究生Akanksha Thawani和三位教授 - 生物学家Sabine Petry，工程师Howard Stone和生物物理学家Joshua Shaevitz--成功地对这些烟花的制作进行了逆向工程。经过的时间以秒为单位显示，白色标尺显示为10μm。(作为参考，人发是50到100微米。)信用：普林斯顿大学的Akanksha Thawani

在网上生活纸站在那不寻常的十字路口：他们四个人，所有除Thawani是主要研究者自己的研究实验室(PIS)，在三个通常不相关的领域：佩特里生物学; 石材工程; 和Joshua Shaevitz，物理学教授和Lewis-Sigler综合基因组学研究所。

“我不知道有很多例子，其中有一个第一作者，然后是三个PI，”Petry说。“我认为这是普林斯顿大学的一个优势。我不知道其他任何地方让三位教授聚在一起做项目很容易。”

Thawani意识到，关键在于创建一个基于精确测量微管生长模式的计算机模型。这需要使用全内反射荧光(TIRF)显微镜对烟花进行成像，这是Petry实验室的一项优势，该实验室开发了光学隔离样品的100纳米厚区域的技术，以便在背景海中可以看到分支微管分子。(作为参考，人的头发比它宽约500倍。)

但即便如此，相机记录的每个像素都包含数千个分子。Thawani必须找到一种方法来分解视觉数据以进行单分子观察，这需要数月的复杂图像分析 - 并且在Shaevitz的帮助下进行了多年的图像分析。

最终，Thawani准确测量了单个蛋白质与现有微管结合的时间和地点，以开始新的分支，以及它的生长速度，一次观察一个分子。

“传统的方法，你改变分支反应中不同分子的数量，不允许你弄清楚事情需要发生的顺序，”Shaevitz说，他也是NSF资助的联合主任生物功能物理中心。“通过观察单个分子，我们可以随心所欲地观察组件。”

然后Thawani使用这些参数创建了一个计算机模型。其他科学家之前曾尝试对微管分支进行建模，但没有人能够获得这种精确测量来测试其模型输出。然后，她测试了研究人员多年来头脑风暴的各种序列，并且模型排除了除了其中一个之外的所有序列。

所以现在研究小组的成分蛋白质称为TPX2，augmin和γ-TuRC-以及步骤顺序，但计算机无法告诉他们何时添加哪种蛋白质。任何从头开始组装套件家具或烤面包的人都知道，不按顺序执行这些步骤是行不通的。

最后的转折

审查人员要求的实验表明，Thawani和Petry的期望完全倒退。“我们认为它必须首先是augmin然后是TPX2，但事实证明它是相反的，”Thawani说。“那就是扭曲。”

通过这一发现，研究人员得到了产生微管烟花的完整配方：如果TPX2沉积在现有的微管上，然后用γ-TuRC结合augmin，则新的微管将成核和分支。

作为最后一步，他们证实蛋白质将与Thawani计算机模型预测的速度精确结合。“这是第三次突破，”Petry说，“这些数字相匹配，她的模型在计算机中的预测对于生物学来说是正确的。”

“来自Petry的这项工作实际上是一项重要的补充，将有助于推动该领域向前发展，”应用物理学教授Gordon McKay和哈佛大学分子与细胞生物学教授Daniel Needleman说。“我认为这项工作，结合我的小组和JanBrugués(德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所)的研究结果，确实澄清了纺锤体中微管成核的”规则“ 。下一步将会找出管理这些规则的分子过程.Petry和大学已经建立了一个真正有助于实现这一目标的系统。“

回顾过去，Petry说，这项工作“充满了惊喜，无论是实验还是实现目标以及如何实现。重新审视这一长期存在的问题，将三个领域的教授纳入审查过程 - 整个系统都运转良好“。

弱。预计埃里克将在周日成为热带低气压，并在周日晚上成为热带残余的低潮。

埃里克产生的膨胀将继续影响今天的夏威夷群岛，产生危险的冲浪条件，主要是沿着东部和东南部的海岸。此外，与埃里克相关的降雨将在周六(8月3日)早些时候继续蔓延到夏威夷群岛的部分地区，从而带来局部暴雨的可能性。总降雨量可能为4至8英寸，本地化水量较高。

埃里克预计将在周日减弱为热带低气压，并在周日晚上成为后热带残余低潮。现在预计到周一晚上会消散到低谷(细长的低压区域)。