现代生物技术逐渐进入大规模产业化阶段,全球生物经济快速发展,工业生物技术作为生物经济的支柱,支撑生物制造、生物能源、生物农业、生物医药、生物环保和生物服务等产业发展。分析和展现了中国近期在工业生物技术领域基础研究、应用研究、技术转化与产业发展方面取得的进展和成就,反映了中国工业生物技术发展的现状与趋势,并提出了未来发展的挑战与机遇。
目的:探究糖基化对TNFR-Fc融合蛋白结构、稳定性和生物活性的影响。方法:经N-糖酰胺酶F(PNGase F)切除TNFR-Fc融合蛋白所连的糖链,用SEC-HPLC、傅里叶变换红外光谱法和荧光光谱法等方法分析N-糖基化和去糖基化后重组蛋白的结构变化,通过加速稳定性实验和毛细管电泳检测对比其酶切前后稳定性变化,其生物活性的差异经细胞杀伤实验进行比较。结果:去糖基化后TNFR-Fc融合蛋白质分子质量略有降低,其构象、荷电性质及生物活性没有明显差异;然而切除N-糖链,TNFR-Fc二聚体的稳定性降低,蛋白质降解物明显增加。结论:去N-糖基化对TNFR-Fc的构象、荷电性质和生物活性的影响并不显著,但会影响TNFR-Fc融合蛋白的稳定性。
目的:探讨人骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)在体内外诱导人脐带间充质干细胞(human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells,hUC-MSCs)成骨分化的作用研究。方法:设立Ad-BMP9处理组和Ad-GFP对照组感染hUC-MSCs,两组细胞分别于3天、5天、7天进行ALP活性检测,14天后采用免疫组织化学染色检测骨钙素(Osteocalcin,OCN)、骨桥蛋白(Osteopotin,OPN)的表达情况,21天后茜素红染色检测矿化结节的形成;然后收集不同分组hUC-MSC用于裸鼠皮下注射成骨模型的建立,4周后取出离体骨进行Micro-CT扫描和分析,并进行H&E、Masson Trichrome、Alcain Blue染色。结果:BMP9处理组的ALP活性和矿化结节形成明显高于对照组,免疫组化染色结果显示BMP9诱导组的OCN、OPG的阳性表达明显高于对照组;裸鼠皮下注射成骨模型的观察结果显示,空白对照组没有形成肉眼可见的皮下包块,仅感染Ad-BMP9的hUC-MSCs能生成异位骨,且形成的异位骨骨量明显,骨密度平均值为396.05±0.60;H&E染色结果显示BMP9诱导生成的异位骨中形成部分成熟的骨基质和骨小梁,Masson Trichrome染色结果显示BMP9明显诱导hUC-MSCs的基质矿化作用,Alcain Blue染色结果显示BMP9明显诱导hUC-MSCs的软骨内成骨作用。结论:BMP9成功诱导人脐带间充质干细胞的体内外成骨作用,为临床骨组织工程的细胞疗法提供了明确的可行性。
目的:研究Ⅰ型胶原(ColⅠ)/聚己内酯(PCL)/凹凸棒石(ATP)复合支架材料的生物相容性及体外骨诱导性。方法:采用溶液浇铸-粒子滤沥法制备三种不同ATP含量(0% wt、10% wt、30% wt)的ColⅠ/PCL/ATP复合支架材料;将D1细胞与三种支架材料共培养,扫描电镜、鬼笔环肽和H&E染色、CCK-8法评价支架材料的生物相容性;D1细胞复合三种支架材料培养7天、14天、21天后RT-qPCR检测其成骨相关基因(Runx-2、Osterix、ALP、Col I、OPN、OC)的相对表达量,分别评价比较三种支架材料的成骨诱导效应。结果:SEM、鬼笔环肽和H&E染色显示D1细胞在三种支架材料表面均呈现良好的黏附;CCK-8结果显示,细胞在ATP含量30% wt的支架材料上增殖率显著高于其他两组,RT-qPCR检测结果显示,与0% wt、10% wt ATP相比,30% wt ATP组的Runx-2相对表达量在7天时显著升高, 14天、21天降低;ALP相对表达量在14天时显著升高,21天时显著降低;Osterix、Col I、OPN、OC的相对表达量随时间和ATP剂量的增加显著上调(P<0.05)。结论:ColⅠ/PCL/ATP复合支架材料具有良好的生物相容性及骨诱导性,有望成为一种理想的骨组织工程支架材料。
目的:观察干扰MMP-9和FAK双基因对恶性黑色素瘤高转移细胞B16F10体内转移的影响。方法:构建PGV102-MMP9-siRNA、PGV102-FAK-siRNA重组质粒载体,脂质体TM2000介导转染小鼠黑色素瘤B16F10细胞,RT-PCR检测基因的干扰效果;建立C57BL/6小鼠皮下移植瘤模型观察细胞在体成瘤和肿瘤的生长情况,常规组织切片,H&E染色观察肿瘤组织病理学特征;经C57BL/6小鼠尾静脉注射细胞5×105个/只,24天后计数小鼠肺转移结节数评价肿瘤细胞在体迁移能力。结果:RT-PCR结果表明,重组质粒转染细胞组的MMP-9和FAK的mRNA水平显著低于正常细胞组(P<0.01),转染细胞组C57BL/6小鼠皮下成瘤的肿瘤生长速率、黑色素瘤肺转移结节数明显低于正常细胞组(P<0.01)。结论:干扰B16F10细胞MMP-9和FAK双基因可明显抑制小鼠体内恶性肿瘤的生长和迁移。
目的:在原核表达抗黄曲霉毒素B1(aflatoxin B1,AFB1)单链抗体(single chain Fv fragment,scFv)研究的基础上,为进一步了解和提高抗AFB1 scFv的活性,利用Sf9昆虫细胞表达抗AFB1 scFv,并对其活性进行探索研究。方法:构建pFastBac 1-scFv2E6VHVL重组质粒,将重组质粒转化Escherichia coli (E. coli) DH10Bac细胞,进行蓝白斑筛选,挑取阳性克隆。提取相应的重组杆状病毒穿梭载体Bacmid侵染Sf9昆虫细胞,表达scFv,利用镍亲和层析法纯化scFv,并以ELISA检测scFv活性。结果:蓝白斑筛选后,经菌落PCR和测序验证挑取的白斑阳性单克隆含有正确的单链抗体基因。提取相应的重组杆状病毒穿梭载体Bacmid侵染Sf9昆虫细胞,通过Western blot检测得知抗AFB1 scFv在Sf9昆虫细胞中成功表达。AFB1对scFv的抑制中浓度(IC50)为30μg/ml。结论:与E. coli BL21(DE3)表达系统相比,scFv灵敏度转好,但仍有较大提升空间。
从麻疯树cDNA中克隆到一个与拟南芥AGG3同源的基因,命名为JcAGG3。该基因开放阅读框为834bp,编码277个氨基酸,软件预测等电点为8.61,分子质量为30.514kDa。亚细胞定位预测显示其定位于细胞质膜上。在该基因的顺势作用元件上发现了与胚乳发育、激素调节、光响应和逆境胁迫相关的启动元件。荧光定量PCR(qPCR)检测发现, JcAGG3在根、茎、叶和种子中均有表达,在发育中的种子中表达量最高,幼叶中的表达量显著高于老叶,在茎中只检测到极微量的表达;对麻疯树的幼苗进行黑暗处理后JcAGG3基因表达显著下调,脱落酸(ABA)和干旱胁迫处理下JcAGG3表达量显著增加。
中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl-PHA)是一大类由微生物合成的天然生物聚酯,因具有可再生性和生物降解性越来越受到人们的关注。Mcl-PHA可由一些假单胞菌类利用自身的脂肪酸合成途径或β-氧化途径来合成。耶氏解脂酵母具有很好的脂/脂肪酸分解代谢能力,但是它体内缺乏PHA合成酶不能合成mcl-PHA。采用代谢工程策略构建重组解脂酵母,外源表达来自铜绿假单胞菌PAO1(Pseudomonas aeruginosa PAO1)的PHA合成酶。在PHA合成酶的C端添加PTS1过氧化物酶体定位信号序列,使其在过氧化物酶体内发挥功能,并对其编码基因PhaC1进行密码子优化得到oPhaC1。利用pINA1312载体构建表达框,借助载体上的zeta序列元件将oPhaC1基因表达框整合至酵母基因组,完成基因的稳定表达。重组菌PSOC在葡萄糖为唯一碳源的培养基中几乎不产PHA,添加0.5%的油酸时可合成占细胞干重0.67%的mcl-PHA。在含三油酸甘油酯的培养基中发酵72h产生1.51% mcl-PHA(wt%)。实验结果充分证明重组解脂酵母作为有潜力的微生物细胞工厂可以用于生产mcl-PHA,也为将来利用富含油脂和其他营养的餐厨垃圾水解液等廉价资源生产mcl-PHA打下基础。
目的:从Aeromonas sp. XJ-6中克隆双加氧酶基因,初步探索该酶的功能,为芳香烃化合物的生物降解提供基因资源。方法:PCR扩增双加氧酶基因dio6,并实现该基因在大肠杆菌(Escherichia coli)中的诱导表达。产物经Ni-NTA柱纯化后,通过薄层层析(TLC)和HPLC检测双加氧酶dio6对Tyr的降解效果,再结合LC-MS检测降解产物,并分析其可能的降解途径。结果:Aeromonas sp. XJ-6双加氧酶基因dio6大小为1194bp;通过金属鳌合亲和层析(MCAC)纯化后dio6表达产物的大小为44.9kDa。双加氧酶dio6对Tyr具有较强的降解作用。TLC和HPLC检测表明,在60μl酶量和30℃反应温度等条件下,Tyr降解较快;Mg2+、Ca2+略微抑制酶促反应,Mn2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Ca2+促进底物降解,其中Mn2+对双加氧酶影响最大。LC-MS分析表明,在双加氧酶dio6作用下,Tyr被降解为延胡索酸。结论:Aeromonas sp. XJ-6双加氧酶dio6是一种苯环开环酶,为芳香烃化合物的生物降解提供了良好的基因资源。
目的:在莱茵衣藻细胞中构建并筛选鞭毛组装缺陷突变体,克隆缺陷基因,探索其对鞭毛组装的影响。方法:使用带有巴龙霉素(Paromomycin)抗性的基因片段随机插入衣藻细胞基因组中,通过性状筛选和基因序列分析获得与CrPP2C(Chlamydomonas reinhardtii type 2C protein phosphatase)基因相关的鞭毛异常突变体,根据突变体基本生物学性状和生化分析对CrPP2C基因的功能进行分析。结果:采用电转法成功获得衣藻细胞鞭毛缺陷相关突变体,部分细胞具有短鞭毛,部分细胞则不具有鞭毛;通过RESDA-PCR(restriction enzyme site-directed amplification PCR)对突变体基因序列分析,鞭毛缺陷性状由CrPP2C基因遭到破坏导致;把含有完整CrPP2C基因的重组质粒通过电转法导入突变体后,其鞭毛几乎恢复为野生型长度,并可检测到PP2C-HA融合蛋白的表达;观察鞭毛再生,突变体鞭毛只能再生为原有长度;使用药物处理使鞭毛缩短,突变体鞭毛能正常解聚;电镜检测突变体的鞭毛显微结构,发现过渡区的Y形结构缺陷。结论:CrPP2C基因的破坏导致鞭毛过渡区结构缺失,影响鞭毛组装过程,不组装鞭毛或组装短鞭毛。
目的:构建多基因表达载体,在大肠杆菌中同时表达AFP单链抗体(scFv)和蓝藻别藻蓝蛋白α亚基脱辅基蛋白(apcA)组成的融合蛋白(scFv-apcA)、藻胆蛋白裂合酶(cpcS)及藻红蛋白生物合成酶(Ho1和pebS),获得共价结合藻红胆素的融合蛋白(scFv-apcA-PEB)。方法:利用融合PCR将scFv和apcA基因连接起来,形成scFv-apcA融合基因,并将该融合基因与cpcS克隆到表达载体pCDFDuet-1中;将Ho1和pebS基因克隆到表达载体pRSFDuet-1中。将两种载体共转化到大肠杆菌中,IPTG诱导重组蛋白表达,经亲和层析获得重组蛋白,通过光谱学分析和抗体竞争性抑制法,测定重组蛋白的生物学活性。结果:成功表达融合蛋白scFv-apcA-PEB,分子质量约为45kDa,与理论值相符,其最大吸收峰为549.5nm,最大荧光发射峰为560nm,竞争抑制ELISA法初步鉴定活性,竞争抑制率达到48%。结论:利用大肠杆菌表达系统,获得了同时具有荧光特性和免疫学活性的重组蛋白。
芋螺毒素(Conotoxins,CTxs)是一类特异作用于离子通道和膜受体的小分子多肽,是研究受体结构和功能及其相关疾病的重要工具。MrIA是进入临床研究可用于镇痛治疗的一种T超家族的芋螺毒素。传统获取芋螺毒素是通过化学合成的方法,成本高、产量低。实验利用串联表达技术,构建原核表达载体,在大肠杆菌(Escherichia coli,E. coli)中成功表达了芋螺毒素MrIA(recombinant MrIA,rMrIA)。通过溴化氰切割和纯化,最终1L菌液可获得纯度高达95%的rMrIA 30mg。小鼠热板实验表明,rMrIA具有较好的镇痛活性。这为大量获得MrIA以及其他芋螺毒素小肽的表达提供了方法。
活性维生素D3具有广泛生理活性及药用价值,利用分子操作技术,在大肠杆菌细胞中重组表达VD3羟化过程的关键酶体系,是实现活性维生素D3生物法合成的有效手段。构建了来源于自养无枝酸菌(Pseudonocardia autotrophica)VD3羟化酶(Vdh, EC 1.14.13.159)及来源于不动杆菌(Acinetobacter sp. OC4)的铁氧还蛋白Fdx及铁氧还蛋白还原酶FdR的重组表达载体pET28b-Vdh、pET28b-FdR-Fdx,以大肠杆菌为宿主细胞,体外诱导表达并通过镍柱纯化三种蛋白质,通过CO差光谱法评价羟化酶Vdh体外活性,并利用2,6-二氯靛酚钠(DCIP)和细胞色素c作为电子受体评价电子传递链FdR-Fdx对NADH和NADPH的氧化活性及与羟化酶Vdh的偶联作用,最后利用Vdh及其电子传递链催化维生素D3的选择性羟化合成25(OH)VD3。
能够耐受纤维素预处理中抑制剂的酿酒酵母对高效、经济生产纤维素乙醇至关重要。利用诱变结合驯化工程选育了一株可耐受复合抑制剂(1.3g/L糠醛、5.3g/L乙酸及1.0g/L苯酚)的工业酿酒酵母YYJ003。在pH 4.0的含有抑制剂的培养基中,耐受菌株乙醇产率是原始菌株的7.8倍,糠醛转化速率提高了5倍。在pH 5.5的复合抑制剂条件下,YYJ003发酵时间(16h)比野生菌株发酵时间(22h)缩短6h。在pH 4.0的未脱毒的玉米秸秆水热法预处理水解液中YYJ003的乙醇产率达到0.50g/g(乙醇/葡萄糖),乙醇产速达到4.16g/(L·h),而对照菌株无乙醇产出。
癌症是严重危害人类健康的重大疾病之一,寻找高效可行的癌症治疗方法一直是医学研究的重要课题。继外科手术、放疗、化疗、免疫治疗之后,随着人们对基因组学的深入了解及分子生物学技术的不断发展,基因治疗作为一种全新的治疗理念已被证明具有显著临床疗效及优势。对癌症基因治疗的原理及几种新技术的应用进行介绍,并对基因治疗未来在临床上的应用加以展望。
固有免疫系统利用模式识别受体识别病原相关分子模式。近期研究发现,外源DNA能够被宿主细胞中多种DNA受体识别,激活多种信号通路,上调Ⅰ型干扰素和促炎性细胞因子的表达。基于DNA的免疫识别在激活宿主抗感染免疫过程中起重要作用,因此仅对现已报道的DNA受体进行概述,同时对DNA的免疫识别与自身免疫病之间的关系进行探讨。
大肠杆菌表达重组蛋白相比真核细胞具有成本低廉、大规模发酵容易、条件易于自动化控制等优点,通过大肠杆菌表达重组蛋白是一种高效、经济的途径,重组蛋白表达量可达到大肠杆菌总蛋白质量的50%。具有正常生化活性的重组蛋白通常为可溶性形式,因而对于以得到活性产物(如抗体、酶等)为目的的研究,通常采用可溶性表达途径。目前已有多种以可溶性重组蛋白为活性物质的治疗性药物经批准上市,但并非所有外源基因均能实现可溶性高表达,因此重组蛋白的可溶性高表达具有重要研究价值。在总结近年提高经大肠杆菌可溶性表达重组蛋白产率研究的基础上,从启动子的选择、SD序列的引入、信号肽的优化、宿主细胞的选择、共表达其他蛋白质,高密度发酵等方面阐释在大肠杆菌中提高可溶性重组蛋白表达产率的方法。
MicroRNA(miRNA)是广泛存在于植物基因组中的一类非编码小分子RNA,长度为20~24个核苷酸(nucleotides,nt),作为一类重要的负调控因子,广泛参与植物的生长发育和逆境胁迫响应的调控。真核生物启动子是基因表达不可缺少的重要调控元件,包含转录起始位点(transcription start sites,TSS)、TATA框(TATA box)和上游的顺式作用元件。miRNA基因上游启动子与植物miRNA的组织、发育时期和胁迫诱导的表达特异性密切相关,而研究植物miRNA基因的启动子是揭示miRNA特异性表达的分子基础。因此,有必要系统阐述miRNA启动子的特点、核心元件和顺式作用元件的鉴定方法及植物中miRNA启动子研究的最新进展,进而分析植物miRNA启动子研究中存在的问题,为探讨miRNA介导的植物基因表达调控分子机制提供参考。
蜘蛛丝是一种高分子蛋白纤维,具有高强度、高弹性等许多重要的优良特性,在军事、医学、工业、建筑、纺织等领域具有广泛而巨大的应用。然而蜘蛛的产丝量小,且无法高密度养殖以获取大量的蜘蛛丝,难以满足实际应用的需要。于是人们只能着眼于生物工程方法,即将蜘蛛丝蛋白基因转入其它生物体来表达生产蜘蛛丝蛋白,经过多年的研究,已取得很多重要的进展。对蜘蛛丝蛋白在微生物、植物、哺乳动物及家蚕等不同生物载体中表达的研究进展进行重点阐述,并探讨了已有研究的不足和今后研究展望,为进一步探索和研发蜘蛛丝的规模化生产方法提供借鉴与参考。
细胞药物是以不同细胞为基础的用于疾病治疗的制剂、药物或产品的统称,是继放疗、化疗之后又一种临床有效的治疗手段,可实施个性化治疗。细胞药物的种类很多,按其生物学特性可分为传统体细胞、免疫细胞以及各种不同的干细胞等。经体外操作过的细胞群,如肝细胞、胰岛细胞、软骨细胞、树突状细胞、细胞因子诱导的杀伤细胞、淋巴因子激活的杀伤细胞、体外加工的骨髓或造血干细胞和体外处理的肿瘤细胞(瘤苗)等。细胞药物已在一些难治性疾病中得到应用,包括血液系统疾病、心血管系统疾病、消化系统疾病、神经系统疾病、免疫系统疾病和抗衰老等。细胞治疗涉及的细胞种类很多,且不同细胞或不同治疗方法各有特点。运用不同的细胞药物来修复病变细胞,以重建受损的功能细胞和组织,恢复其生物学功能,为细胞丢失或损伤性疾病的防治提供了崭新的思路。
