目的:SARS-CoV-2病毒是引起COVID-19大流行的病原体,研究其感染机制对理解病毒致病过程及寻找潜在治疗靶点至关重要。研究表明,不同条件对病毒的感染能力可能起到重要的调节作用,如受体结合能力、缺氧环境及病毒复制效率。通过论证缺氧环境对SARS-CoV-2感染能力的影响,找到影响病毒感染的相关基因。方法:建立缺氧条件下病毒感染的细胞模型,通过双萤光素酶报告基因检测试剂盒检测萤光素酶强度,确定缺氧对病毒感染性的调控。用病毒液感染稳定表达ACE2的A549细胞和H1299细胞,进行转录组学和蛋白质组学分析,通过对表达差异基因进行基因注释、信号通路分析,找到影响病毒感染的通路及基因,进一步探究缺氧条件下基因对病毒感染的影响。结果:(1)不同氧气浓度对病毒感染性的影响不同,在10% O₂、5% O₂缺氧条件下升高病毒的感染性,1% O₂缺氧条件下降低病毒的感染性。(2)1% O₂缺氧条件下,对细胞的转录组学和蛋白质组学进行联合分析,发现279个差异蛋白,其中涉及核糖体通路及相关基因RPS19、RPL28等。(3)通过检测常氧和缺氧条件下细胞萤光素酶强度,证明在1% O₂缺氧条件下,敲低核糖体通路相关基因抑制病毒感染性, 过表达核糖体通路相关基因促进病毒感染性。结论:在1% O₂缺氧条件下,可通过调控核糖体相关蛋白及基因表达来抑制病毒感染性。

人间充质干细胞(hMSCs)是一类具有多向分化潜能和较强因子分泌能力的成体干细胞,已经被广泛应用于组织修复和再生医学研究中。增强人间充质干细胞的促血管新生作用成为其用于治疗缺血性疾病的研究热点。研究旨在构建一种基于神经钙黏素(N-cadherin)的新型融合蛋白基质材料,并将其用于人间充质干细胞的常规培养,观察其对人间充质干细胞黏附、增殖的影响,以期进一步研究其对人间充质干细胞促血管新生作用的调控作用。研究通过基因工程手段将神经钙黏素的胞外域EC1-EC2与IgG的Fc片段连接制备融合蛋白N-cad^1-2-Fc。利用Ca²⁺剥夺及抗体封闭实验解析人间充质干细胞在N-cad^1-2-Fc融合蛋白上的黏附机制;通过细胞黏附、细胞增殖实验评价N-cad^1-2-Fc融合蛋白对人间充质干细胞细胞黏附、增殖的影响;采用qPCR和Western blot检测N-cad^1-2-Fc融合蛋白对人间充质干细胞内源性神经钙黏素表达的调控作用;使用转录组测序筛选经N-cad^1-2-Fc融合蛋白处理后人间充质干细胞的差异表达基因,并进行富集通路分析。内皮细胞划痕愈合、迁移成管实验评价N-cad^1-2-Fc融合蛋白对人间充质干细胞的促血管新生作用。结果表明,N-cad^1-2-Fc融合蛋白可稳定固定于培养板表面,并通过激活神经钙黏素以及下游信号通路介导人间充质干细胞的黏附与增殖。作为一种新型培养基质材料,N-cad^1-2-Fc融合蛋白可介导人间充质干细胞的黏附与增殖,显著上调人间充质干细胞内源性神经钙黏素表达,并激活人间充质干细胞增殖与低氧适应相关信号通路。研究为后续定向调控人间充质干细胞的增殖功能及其在再生医学中应用提供了一定实验基础。

目的:构建癌细胞膜仿生的聚乳酸-乙醇酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA]纳米棒,负载化疗药紫杉醇(paclitaxel, PTX)用于肿瘤靶向治疗;探讨细胞膜伪装与纳米粒形貌对其肿瘤靶向能力与抑瘤疗效的影响,为仿生纳米递药系统的构建与优化提供实验依据。方法:制备两种长短径比的PLGA载PTX纳米棒,与CT26结直肠癌细胞膜共混并优化包膜工艺,构建细胞膜包覆纳米棒。采用透射电子显微镜、SDS-PAGE与Western blot表征包膜纳米棒形貌与表面膜蛋白保留情况。采用激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞术检测CT26细胞对纳米棒的摄取效率与摄取机制。构建CT26荷瘤小鼠模型,评估仿生纳米棒的肿瘤靶向能力、抗肿瘤药效及安全性。结果:成功制备长短径比为2和4的载PTX纳米棒(AR2和AR4)与包膜纳米棒(MN-AR2和MN-AR4)。包膜纳米棒可完整保留CT26细胞上黏附蛋白上皮钙黏素,通过同源靶向作用提升肿瘤细胞的摄取效率。通过细胞膜包覆与形貌效应的协同调控,高长短径比包膜纳米棒MN-AR4展现出最优肿瘤靶向富集能力和抗肿瘤效果,且生物安全性良好。结论:癌细胞膜仿生修饰与纳米棒形貌效应协同作用,可有效调控纳米递药系统的肿瘤靶向效率与抑瘤效果,所构建的仿生纳米棒MN-AR4具有良好的应用潜力,可为非球形仿生纳米递药系统的设计开发提供重要理论依据与实验支撑。

目的:多重耐药性鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)的流行已构成严峻公共卫生挑战。研究旨在分离并表征裂解耐药性鲍曼不动杆菌噬菌体,为噬菌体治疗提供储备资源。方法:以临床耐药性鲍曼不动杆菌Ab3为宿主菌,从医院污水中分离出噬菌体HHU4,对其形态、生长特性、稳定性、基因功能、系统进化、裂解谱和体内治疗效果进行考察。结果:透射电镜显示HHU4的二十面体头部直径为(52.89±2.30) nm、尾部长(159.42±2.40) nm。HHU4的最佳感染复数(multiplicity of infection, MOI)为0.01,其潜伏期为20 min,裂解期为60 min,裂解量为(185±23) PFU/cell。HHU4在4~50℃、pH 6.0~10.0条件下孵育2 h效价均无降低。HHU4基因组全长51 384 bp,GC含量为38.3%,编码66个开放阅读框(open reading frame, ORF),不含有毒力与耐药相关基因。系统发育分析表明HHU4与噬菌体 MD-2021a亲缘关系近。使用HHU4治疗(MOI=1)感染Ab3的大蜡螟(Galleria mellonella)可以使幼虫存活率提高90%。结论:从医院污水中筛选的噬菌体HHU4能治疗耐药性鲍曼不动杆菌引起的感染,丰富了鲍曼不动杆菌噬菌体库。

目的:为解决细菌纤维素(BC)生产成本高以及废弃烟梗环境负荷大的双重问题,以烟梗提取液为培养基,研究木醋杆菌在此培养基上发酵产BC的可能性及其所制得负载型银纳米材料的抑菌活性。方法:利用Plackett-Burman设计结合正交试验,确定了“低氮升pH”的代谢调控策略(柠檬酸1.5 g/L、pH 5.5、硫酸铵0.5 g/L),有效解除烟梗提取液对菌体的盐胁迫与酸抑制。结果:优化后的BC产量可达2.40 g/L,且产物完全保持原始的天然纤维素I型晶体结构及三维纳米网状结构;进而通过原位化学还原法制备得到BC-AgNPs复合材料,其中纳米银负载量高达8.84 wt%,对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌均有较强的抑菌作用并展现出良好的长效缓释性能。结论:废弃烟梗提取液可作为高效低成本的BC发酵培养基。精准控制氮源含量和起始pH即可有效消除底物自身生物毒害;由此所得的BC-AgNPs复合材料兼具优良的物理结构稳定性和持久性的抗菌效果,为烟草废弃物资源化利用提供了技术支持。

目的:水蛭素(hirudin,HN)是一类来源于医用水蛭唾液腺的天然抗凝多肽,为获得更接近生理加工路径的重组水蛭素并建立可复现、可扩展的哺乳动物细胞表达与功能评价流程,构建水蛭素哺乳动物表达载体pcDNA3.1-HN-3FLAG,在HEK293T细胞中进行瞬时表达并开展系统鉴定。方法:采用RT-qPCR检测转录水平,Western blot检测细胞裂解液及浓缩培养上清液中的蛋白质表达。采用免疫型ELISA检测培养上清液中重组水蛭素含量,功能型ELISA检测其功能性效价,并结合Chromozym TH生色底物法评价其对凝血酶的抑制效应。同时基于残余酶活性剂量-反应关系计算半数抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC₅₀)。结果:构建的表达载体可在HEK293T细胞中驱动水蛭素基因高效转录,mRNA表达量较对照提高约5×10⁴倍;通过Western blot在细胞裂解液及浓缩培养上清液中均检测到特异性条带。免疫型ELISA检测培养上清液中重组水蛭素含量为84.6 ng/mL,功能型ELISA检测培养上清液中重组水蛭素效价为148.3 U/mL。生色底物法结果显示培养上清液对凝血酶具有明确、可量化的抑制作用,换算得到的效价约为47.85 ATU/mL,并获得半数抑制浓度约为49.52 ATU/mL,表明该体系可在功能活性层面对重组水蛭素产物进行定量表征。结论:pcDNA3.1-HN-3FLAG可在HEK293T细胞中实现重组水蛭素的有效表达并产生具有凝血酶抑制活性的功能性产物;建立的评价流程实现了对重组水蛭素从分子表达至功能强度的连续量化,为后续表达体系优化及进一步功能评价提供技术基础。

无细胞蛋白质合成(cell-free protein synthesis, CFPS)系统是一种通过在体外环境重构转录与翻译机器,实现目标蛋白高效合成的技术。相较于传统的活细胞表达体系,CFPS突破了细胞膜屏障与细胞生理稳态的限制,具有反应体系开放、参数可编程、研发周期短、适于高通量筛选和可与自动化平台耦合等优势。系统综述了不同来源无细胞蛋白质合成CFPS系统的基本特征与适用范围,比较了原核与真核底盘在产量、成本、翻译后修饰及复杂蛋白质表达方面的差异;重点剖析了大肠杆菌无细胞系统在能量再生、抽提物制备、模板保护、蛋白质成熟及体系稳定性提升等关键环节的技术进展;进一步补充了无机/有机因子、物理调控和材料学固定化等前沿优化策略。围绕智能生物制造主题,还讨论了CFPS与微流控、自动化实验平台、机器学习和人工智能蛋白质设计相融合后,在蛋白质定向进化、代谢途径重构、即时诊断、复杂基因线路和人工细胞构建中的创新应用。通过从理论、工艺优化到数据驱动应用的系统梳理,旨在为该技术的持续改进及多领域智能化应用提供参考。

益生菌能够调节肠道微生物群落、增强肠道屏障功能及产生有益的代谢物,使人类健康获益。近年来,基于益生菌的功能性制剂在生物医用领域展现出巨大潜力。然而,胃肠道极端的酸性环境、消化酶和胆汁酸是益生菌递送面临的巨大挑战,传统的封装技术不能为益生菌提供精确保护,使益生菌疗法受限。目前,工程化改造益生菌,包括层层自组装、生物矿化、静电吸附、基因工程等技术,可保护和功能化益生菌,提高益生菌在人体内外复杂环境中的活性。细菌工程化改造为益生菌引入新的功能,大幅提高了益生菌在消化道的环境抗性,并促进益生菌在目标部位的有效定植。综述益生菌在递送及定植过程中面临的挑战及益生菌功能化技术及封装策略,提出益生菌工程化的益处、局限性以及未来的发展方向,以期能够为开发多功能集成的工程化益生菌提供新见解和思路。

病毒样颗粒(virus-like particles, VLP)是由病毒结构蛋白自组装形成的非感染性纳米颗粒,因其能有效模拟天然病毒构象并激发强效免疫应答,已成为下一代疫苗研发的核心平台,尤其在应对新发突发传染病及恶性肿瘤等重大疾病防控中展现出广阔前景。哺乳动物细胞表达系统能提供精确的蛋白质折叠与翻译后修饰,是生产高质量VLP的理想平台。然而,该系统面临多蛋白质组装效率低、糖基化影响、出芽效率有限以及与宿主外泌体难以分离等工程挑战。系统梳理了哺乳动物细胞表达VLP的核心技术问题,从基础研究到工程应用视角,探讨如何通过分子工程手段优化VLP的结构、组装与生产,旨在为实现高产、高质、高一致性的VLP制备提供参考,推动其在疫苗及药物递送领域的转化应用。

呼吸道病毒传播迅速、变异快且免疫逃逸严重,对全球公共卫生安全构成持续威胁。减毒活疫苗能够模拟天然感染并诱导多重免疫应答,是呼吸道病毒防控的重要策略之一。然而,传统经验性传代减毒存在机制不明、遗传稳定性低及毒力回复风险等问题。合成生物学的发展为减毒活疫苗的理性设计提供了全新路径。基于反向遗传学、基因组合成及设计-构建-测试-学习的工程循环,结合温度敏感突变、microRNA限制复制、密码子/密码子对去优化、蛋白质靶向降解等理性减毒策略,可实现病毒复制能力、组织嗜性和免疫原性的精准调控。同时,人工智能辅助设计、自动化高通量平台、生物铸造厂及器官芯片等新技术的发展,进一步推动减毒活疫苗研发由“经验驱动”向“理性设计”的工程化转变。系统综述合成生物学驱动的呼吸道病毒减毒活疫苗研发中的工程化技术平台、理性减毒策略及其在流感病毒、呼吸道合胞病毒和新冠病毒等典型呼吸道病毒中的应用进展,分析遗传稳定性、生物安全及监管面临的挑战,并展望呼吸道病毒减毒活疫苗的发展趋势,为新一代呼吸道病毒减毒活疫苗的研发提供参考。

口服益生菌在多种疾病治疗中展现出显著潜力,但其在胃肠道中面临强酸、胆盐、酶解及机械挤压等多重屏障,严重制约了活菌的存活率与肠道定植效率。为突破这一瓶颈,研究者开发了多种肠道递送系统。系统综述了益生菌肠道递送技术的研究进展,重点介绍了微纳米材料包封、水凝胶载体递送、金属多酚网络涂层及菌藻共生系统装载等策略的设计原理、核心优势及局限性,并探讨了微流控、3D打印及基因工程等新兴技术在益生菌精准递送中的应用前景。研究表明,通过材料选择、结构设计及功能修饰的多层次优化,可显著提升益生菌在复杂生理环境中的存活率与靶向富集效率。然而,当前递送系统在规模化生产中的安全性、批次均一性及质量可控性仍是临床转化的核心挑战。未来,多策略融合、功能智能化及临床转化导向将成为益生菌递送系统发展的重要方向。

铁是细菌代谢必需辅因子,环境中生物有效铁的匮乏与胞内游离铁的氧化毒性构成细菌生存所面临的双重挑战。结合细菌代谢机制与环境生物技术进展,聚焦细菌铁摄取与储存系统的协同机制及其应用价值展开解析。系统阐述铁载体作为细菌的“触手”,依靠高亲和力突破环境缺铁限制的分子机制、细菌铁蛋白作为胞内“蓄水池”借纳米笼结构实现铁的快速矿化封存、按需释放及缓冲铁浓度波动的生物学基础,二者在全局调节因子(如铁摄取调节蛋白Fur)统筹下形成的“摄取-转运-封存-利用”闭环网络也得到梳理。这一协同机制既是细菌适应环境的生存策略,也为重金属生物修复提供了新思路。论述了铁载体与细菌铁蛋白在不同领域的应用进展,结合胞内铁精细分配等尚未阐明的科学问题,对未来细菌铁稳态研究的发展方向进行了展望。

固定化金属离子亲和色谱(immobilized metal ion affinity chromatography,IMAC)凭借高选择性、易规模化及低成本优势,近年来在生物分离纯化领域应用广泛。其工作原理为通过配基将过渡金属离子固定于基质表面,利用金属离子与靶分子的特异性相互作用形成稳定复合物,再经竞争性洗脱实现靶分子的富集与纯化。综述了棉纤维、纳米材料、微球、整体材料、膜、复合材料等基质的IMAC研究进展,阐述了该技术在金属蛋白及抗体纯化、磷酸肽富集、重组蛋白(以His标签蛋白为主)纯化领域的应用。针对IMAC应用中面临的金属离子泄漏、蛋白质吸附容量相对较低等问题展开分析,最后对IMAC技术的未来发展方向进行展望。