目的: 冠突曲霉(Aspergillus cristatus)是一种同宗结合菌,它的产孢受渗透压调控,与构巢曲霉的光调控产孢机制存在较大差异。冠突曲霉的有性生殖主要受MAT1-1-1和MAT1-2-1调控,但MAT基因对该菌有性生殖的调控机制仍不清楚。期望筛选得到冠突曲霉MAT的互作蛋白,为深入研究冠突曲霉有性产孢机制奠定基础。方法: 利用GST pull-down联合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术筛选可能与冠突曲霉MAT1-1-1和MAT1-2-1互作的蛋白,结合ProteinPilot和冠突曲霉基因组注释结果进行互作蛋白的注释及GO分析,其中互作蛋白SI65_00917和SI65_03348利用RT-qPCR探索它们与有性发育的联系,并利用酵母双杂交技术初步验证它们与MAT蛋白的互作关系。结果: 成功构建了GST-MAT1-1-1、GST-MAT1-2-1表达载体,诱导表达纯化出目的诱饵蛋白,分别利用诱饵蛋白捕获冠突曲霉总蛋白中的互作蛋白,经分析、筛选共鉴定出与MAT1-1-1互作的蛋白56个,与MAT1-2-1互作的蛋白413个。GO分析表明,这些蛋白参与翻译调控、代谢过程、蛋白质转运及蛋白结合等生物学过程,具有核苷酸结合活性、催化活性、蛋白结合活性;RT-qPCR结果表明互作蛋白SI65_00917可能与有性发育相关。酵母双杂交结果表明,SI65_00917蛋白具有自激活作用,可能是转录因子;SI65_03348蛋白与MAT1-1-1、MAT1-2-1在酵母中均有互作。结论: MAT通过与其他蛋白直接或间接的相互作用调控其有性发育过程。
目的: 通过对尖孢镰刀菌中Folprp4基因的鉴定,揭示其在尖孢镰刀菌中的功能及致病相关性。方法: 基于同源重组原理,根据测定出的Folprp4基因序列,应用Split-Marker重组技术构建含有潮霉素抗性基因(hph)的基因缺失盒。将基因缺失盒经PEG介导转化到野生型原生质体中,在含有潮霉素B的TCC培养基上筛选转化子,通过PCR正负筛查获得Folprp4基因缺失突变株(ΔFolprp4)。构建含有Folprp4基因的载体pZDH1,并将其转化到敲除突变体中进行互补测验。结果: 与野生型(hm)和异位插入突变体(ecFolprp4)相比,敲除突变体菌丝生长受到严重阻碍,当野生型和异位插入突变体长满整个平板时,敲除突变体菌落呈小点状。敲除突变体的另一个显著变化是ΔFolprp4的分生孢子产量显著下降。侵染实验表明,ΔFolprp4对亚麻幼苗的毒力显著降低。互补实验表明,该互补载体的回复子(Folprp4-C)在菌落形态、生长速率、分生孢子产量和毒力方面均恢复到了野生型菌株。结论: Folprp4基因与尖孢镰刀菌的菌丝生长、分生孢子发生和致病性有关。
目的: 嗜盐菌分布广泛且适应能力极强,为加强对嗜盐菌耐盐机制的探索与研究,从盐单胞菌Halomonas alkaliphila DSM 16354T中筛选出潜在的与耐盐有关的基因,对其进行生物信息学分析,并验证相关蛋白的生理功能。方法: 利用基因文库筛选和功能互补相结合的方法,通过与大肠杆菌(Escherichia coli)盐敏感缺陷株KNabc(ΔnhaA、ΔnhaB、ΔchaA)的耐盐功能互补实验,筛选出具有耐盐功能的蛋白编码基因,并通过荧光猝灭恢复实验测定蛋白的逆向转运活性以及底物亲和力。结果: 筛选得到两个具有耐盐功能的蛋白编码基因,生物信息学分析结果表明该基因编码来自于DUF1538(domain of unknown function with No.1538 family)家族功能未知的膜蛋白,分别命名为duf1和duf2。系统发育树分析结果表明,来自盐单胞菌DSM 16354T中的DUF1、DUF2属于一个独立的分支,预测这两个蛋白可能是DUF1538家族转运蛋白的新成员。对DUF1和DUF2的生理功能进行分析,发现duf1和duf2单独表达时均不具有耐盐碱能力,而共同表达时则表现出显著的耐盐碱功能,表明DUF1和DUF2两个亚基共同支持了蛋白的耐盐碱功能。蛋白的逆向转运测定活性结果表明双组份蛋白DUF1-2具有Na+(Li+、K+)/H+逆向转运活性。结论: 筛选得到的基因duf1和duf2共同表达时具有盐碱耐受功能以及逆向转运蛋白活性,这为筛选出新的DUF1538家族转运蛋白基因和进一步探究DUF1538家族转运蛋白功能奠定了基础。
目的: 构建α1亚基诱导表达、β2和γ2L亚基稳定表达的人源α1β2γ2L-GABAAR-CHO(Chinese hamster ovary)细胞株。方法: 从人cDNA文库中扩增α1、β2、γ2L亚基编码基因,分别构建亚基表达载体;将三个亚基表达载体共转染CHO-K1细胞,通过抗性筛选、膜电位检测法进行稳定表达克隆筛选;通过qPCR、Western blot对亚基表达进行鉴定;以激动剂GABA、阳性变构调节剂地西泮(diazepam,Dia)、拮抗剂荷包牡丹碱(bicuculine)为工具药,采用全细胞膜片钳方法及膜电位检测法对稳定表达细胞的药理学功能进行鉴定。结果: 经克隆筛选获得表达量较高的α1β2γ2L-GABAAR-CHO并对其亚基表达鉴定,结果显示该细胞稳定表达α1、β2、γ2L亚基,构建的α1β2γ2L-GABAAR-CHO细胞仅在加入四环素(tetracyclin)诱导的情况下表达α1亚基并与β2、γ2L组装成具有功能活性的α1β2γ2L-GABAAR;对其进行全细胞膜片钳检测研究发现,GABA可对其产生激动效应,引起α1β2γ2L-GABAAR-CHO细胞产生氯离子通道特征性电流变化,Dia可剂量依赖性地增强GABA对α1β2γ2L-GABAAR的激动效应;在膜电位检测研究中,获得GABA激动效应EC50为(177.72 ± 15.92)nmol/L,Dia变构效应EC50为(3.63±0.52)μmol/L,拮抗剂Bicuculine拮抗效应IC50为(538.83±29.55)nmol/L。结论: 通过采用诱导表达策略,成功构建了α1β2γ2L-GABAAR-CHO稳定表达细胞株,该细胞株具有对激动剂、阳性变构剂、拮抗剂特异性检测的药理学功能。
目的: 提高地衣芽孢杆菌BF-002的芽孢产量,实现氮源流加过程的自动化控制,降低生产成本,为其他芽孢杆菌提高芽孢产率的研究提供一种思路。方法: 通过摇瓶做单因素实验,筛选最佳温度和碳氮源,在此基础上进行5 L发酵罐实验。初始添加不同浓度的氮源,探索芽孢形成与氮源的关系。提出相对氨基氮的概念,通过恒速补料、间歇补料和基于尾气CO2浓度反馈流加三个策略控制相对氨基氮浓度水平。采用Python语言编写计算机控制程序,实现基于尾气CO2浓度反馈流加策略的自动化控制。结果: 摇瓶筛选最佳温度及碳氮源分别为:37℃、葡萄糖、鱼粉蛋白胨、豆粕。上罐结果表明,相对氨基氮浓度越低芽孢率越高,采用基于尾气CO2浓度反馈流加能将相对氨基氮控制在8.42 mg/OD600水平,芽孢量可达4.25×109 cfu/mL。利用计算机程序自动控制低价氮源氯化铵的流加,可以使芽孢量达到1.87×1010 cfu/mL,是前期最优批次的4.4倍,同时降低原料成本。结论: 将相对氨基氮浓度控制在适宜水平可以得到芽孢量较高的培养液,自动流加氯化铵策略能降低生产成本并实现自动化控制,为研究芽孢杆菌产孢提供一种思路。
间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具备多向分化、免疫调控和靶向迁移的能力,在再生医学领域一直备受关注。但是,随着供体年龄的增长和体外培养时间的延长,MSCs通常表现出衰老特征。MSCs衰老以及功能衰退被认为是机体衰老和相关退行性疾病发展的重要诱发因素,同时也制约着MSCs在再生医学领域中的应用。自噬是溶酶体依赖途径介导细胞内物质的降解和再循环过程,是真核细胞的非核(细胞质)部分得以更新的有效途径,对维持细胞稳态至关重要,是调节MSCs衰老的潜在调控靶标。对MSCs衰老的表型特征、功能变化和分子机制,以及自噬与衰老之间的关系进行综述,为促进MSCs临床应用提供理论基础。
2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种因胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗而引起的慢性代谢疾病,T2DM患病人数的快速增长使治疗和预防T2DM成为世界上亟待解决的医学问题。随着微生物组学技术的进步,肠道菌群及其代谢产物与T2DM的研究亦逐渐深入,肠道菌群可能成为治疗和预防T2DM的靶点。肠道菌群及其代谢产物作用于T2DM的潜在机制,主要是参与体内炎症反应、增加肠道短链脂肪酸产量、调节肠道胆汁酸的代谢、调节支链氨基酸的代谢等。目前,治疗T2DM的药物可能会产生一些副作用,而基于肠道菌群干预T2DM的措施相对安全无害。例如,可通过严格控制的特定结构饮食长期摄入或增加益生菌的长期摄取控制血糖,或通过口服可影响肠道菌群生态结构的降糖药物(二甲双胍、阿卡波糖)有效地调控血糖水平。综述基于肠道菌群及其代谢产物诱发T2DM的潜在机制,研讨基于肠道菌群干预T2DM的措施,从肠道菌群的新视角探索治疗T2DM的新方法,为彻底治疗T2DM提供一种新可能。
近些年来,治疗性重组蛋白类药物是生物制药领域研究的热点。工业化生产中常用于重组蛋白表达的细胞系是中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞。传统CHO细胞系的表达大多数基于随机整合的方式,这可能会使目标基因整合到异染色质区域或者不稳定的染色质区域,导致CHO细胞表达不稳定,需要多轮筛选才能获得理想的表达细胞系。最新研究表明,外源基因在CHO细胞预测/特定的基因组位点中进行特异性整合,可以使重组CHO细胞的表达保持长期一致性和稳定性。CHO细胞基因组中高效稳定的转录整合位点被称为热点(hot spot)。阐述CHO细胞基因组稳定的hot spot位点近几年的研究进展,其中包括热门的hot spot位点,以及如何研究新的hot spot位点的方法。总结如何将外源基因高效定位于预测的CHO细胞hot spot位点,实现高水平稳定的表达重组蛋白,为发现新的有效的hot spot位点,构建稳定表达CHO细胞系提供参考。
近年来,转运RNA(transfer RNA,tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNA,tsRNAs)被认为是一种新的、潜在的非编码RNAs(non-coding RNA,ncRNAs)。根据在前体或成熟tRNA上切割位置的不同,tsRNAs主要被分为两种类型,即tRNA halves(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNAs)和tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRFs)。越来越多的证据表明,tsRNAs参与翻译起始抑制、基因沉默和调节核糖体发生等多种细胞代谢过程,并在癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病和病毒感染等相关疾病的发生、发展中都起着重要的作用。综述tsRNAs生物学功能和作用机制及其在相关疾病中的潜在应用,总结tsRNAs研究目前存在的问题和未来的研究方向。
鉴于遗传密码子的简并性能够将基因遗传信息的容量提升,同义密码子使用偏嗜性得以在生物体的基因组中广泛存在。虽然同义密码子之间碱基的变化并不能导致氨基酸种类的改变,在研究mRNA半衰期、编码多肽翻译效率及肽链空间构象正确折叠的准确性和翻译等这一系列过程中发现,同义密码子使用的偏嗜性在某种程度上通过精微调控翻译机制体现其遗传学功能。同义密码子指导tRNA在翻译过程中识别核糖体的速率变化是由氨基酸的特定顺序决定,并且在新生多肽链合成时,蛋白质共翻译转运机制同时调节其空间构象的正确折叠从而保证蛋白的正常生物学功能。某些同义密码子使用偏嗜性与特定蛋白结构的形成具有显著相关性,密码子使用偏嗜性一旦改变将可能导致新生多肽空间构象出现错误折叠。结合近些年来国内外在此领域的研究成果,阐述同义密码子使用偏嗜性如何发挥精微调控翻译的生物学功能与作用。
随着人造肉热潮的兴起,血红素作为其呈色物质也愈发引起研究者的兴趣。血红素是一种含Fe2+的卟啉类化合物,以5-氨基乙酰丙酸为唯一前体物,在生物体中分别通过粪卟啉依赖性、原卟啉依赖性和西罗血红素依赖性三个途径合成,被认为是一种理想的补铁剂和着色剂。与化学合成法和生物提取法相比,微生物合成法具有操作方便、环境友好等优点,因此是一种非常有前景的血红素生产方法。介绍血红素的合成途径,总结微生物以5-氨基乙酰丙酸为唯一前体物合成血红素的最新进展,并简要分析其面临的挑战和前景。
微藻细胞可以积累大量油脂、蛋白质、多糖、色素、不饱和脂肪酸等物质,在能源、食品、饵料、保健品及药品等行业有巨大的应用价值。然而,微藻在传统光自养模式下很难实现高密度培养来大量生产这些重要的物质,进而限制了微藻的实际应用。相反,微藻在异养模式下生长速度快、生物质浓度高,可以短时间内获得大量微藻生物质。因此,异养高密度培养微藻具备大规模、高效率培养微藻生产目标产物的巨大潜力。阐述微藻异养培养的优缺点及相应技术难点的解决思路、影响微藻异养生长及目标产物积累的主要营养因子和环境因子、微藻异养高密度培养的方式及微藻异养高密度培养的当前发展水平。结合文献报道分析微藻异养高密度培养的四个具有极大发展潜力的发展方向,以期更好地利用异养模式来高效率、低成本培养微藻生产大量目标产物,满足上述多个行业对微藻原材料的巨大需求,从而加速微藻产业的发展。
木聚糖是一种在自然界中含量仅次于纤维素的丰富的可再生资源,木聚糖酶是一类可以将木聚糖水解成单糖和寡糖的酶,利用木聚糖酶将木聚糖分解后的产物被广泛应用于食品、造纸以及纺织等行业。木聚糖酶按其对酸碱环境的耐受能力分为碱性木聚糖酶、中性木聚糖酶和酸性木聚糖酶,其中碱性木聚糖酶适合应用于造纸工业中,尤其在造纸的制浆、促进漂白及废纸脱墨等多种工艺中,可以显著提高纸张质量,有效降低氯气排放量,从而减少对环境的污染。随着生物技术的进步,利用基因工程技术可以对碱性木聚糖酶进行分子改造,以提高其耐碱、耐热能力,扩大其在工业应用中的条件范围。介绍碱性木聚糖酶在分子改造方面的研究进展以及其在造纸漂白和制浆、废纸脱墨中的应用。
