目的:通过膜表面修饰改造技术构建工程化外泌体(engineered exosomes,enExos),并以此介导巨噬细胞特异性清除膜表面富含表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)的肿瘤外泌体。方法:利用表面展示技术获得膜表面展示趋化因子(chemokine 8,CXCL8)的外泌体,同时在其磷脂双分子层上修饰EGFR核酸适配体制备工程化外泌体;纳米颗粒跟踪和纳米粒度电位分析enExos的尺寸、电位;CCK-8试剂盒检测细胞活力;透射电子显微镜观察enExos与高表达EGFR的肿瘤外泌体的特异性结合;荧光成像技术及流式细胞术分析探究enExos靶向趋化巨噬细胞吞噬高表达EGFR的肿瘤外泌体。结果:成功构建膜表面展示EGFR与CXCL8的工程化外泌体,enExos可以特异性识别并捕获高表达EGFR的肿瘤外泌体,同时利用其趋化因子CXCL8特异性靶向巨噬细胞膜表面趋化因子受体CXCR1/CXCR2,刺激巨噬细胞对肿瘤外泌体的捕获及清除。结论:工程化外泌体促进了特定肿瘤外泌体的清除,为后续深入研究工程化外泌体抑制癌症转移的作用奠定基础,并期望为癌症转移治疗提供新的研究方向。
目的:获得中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary cells,CHO)内稳定表达位点信息,为构建重组蛋白CHO稳定表达株、缩短研发时间线提供信息明确的稳定位点。方法:对慢病毒随机整合Zsgreen1基因的具有潜在稳定表达位点的CHO-K1-1d2细胞株进行连续传代培养,验证表达稳定性;通过染色体步移分析慢病毒载体整合位点,并利用CRISPR/Cas9技术验证位点的可编辑性。结果:CHO-K1-1d2细胞在连续贴壁培养20代、悬浮培养50代过程中,能够100 %发绿色荧光,且荧光强度稳定,能够稳定表达Zsgreen1蛋白;染色体步移分析测序结果表明,CHO-K1-1d2细胞中慢病毒载体整合于CHO细胞基因组NW-003614092.1上第1 159 463与1 159 467碱基间;共转染sgRNA与Cas9质粒后,测序结果表明,该位点可被CRISPR/Cas9技术编辑。结论:CHO细胞基因组NW-003614092.1内存在一个信息明确的、能够被CRISPR/Cas9技术编辑的稳定表达位点。
目的:生物法脱羧制备4-乙烯基衍生物具有诸多优势和良好的发展前景,研究解淀粉芽孢杆菌Q-426酚酸脱羧酶(BaPAD-Q-426)的酶学性质,为其进一步应用提供理论基础。方法:从解淀粉芽孢杆菌中克隆酚酸脱羧酶基因;以pET-28a(+)为载体,将重组质粒转化至E. coli BL21(DE3)中,实现酚酸脱羧酶BaPAD-Q-426的高效表达,利用Ni-NTA亲和层析进行纯化,并进行酶学性质鉴定。结果:酚酸脱羧酶BaPAD-Q-426在pH 7.0~9.0范围内保持良好的pH稳定性,最适pH为8.0;在25~40℃范围内保持着较高的酶活性,最适温度为35℃,在4℃时保持30 min后该酶依然保持95%以上的酶活性;K+对BaPAD-Q-426的酶活具有明显促进作用,酶活力提高60%;该酶在石油醚中具有良好的耐受能力,在40%石油醚存在下,仍保留50%以上的酶活力;BaPAD-Q-426的最适底物为阿魏酸,酶活力达到19.5 IU/mL。结论:与其他来源的酚酸脱羧酶相比,BaPAD-Q-426在低温时具有更好的稳定性,在弱碱性环境下对阿魏酸的催化脱羧能力最强。
目的:设计并构建新型冠状病毒(SARS-CoV-2)受体结合结构域(receptor binding domain,RBD)在毕赤酵母表面的展示体系,并对表面展示的RBD进行功能性评价,从而为以RBD为靶点的高通量药物筛选平台奠定基础。方法:将四种锚定分子与新冠病毒RBD融合,电转化至毕赤酵母中;通过细胞免疫荧光分析,筛选能够成功展示RBD的锚定系统;进一步分析其与血管紧张素转化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)受体的亲和力,证明展示在细胞表面RBD分子的功能。结果:仅Sed1p锚定分子能够有效呈递RBD至毕赤酵母细胞表面,展示效率约为70%;亲和力分析结果表明,ACE2受体和表面展示RBD的亲和力(KD = 30.42 nmol/L)与溶液中RBD的亲和力(KD = 16.00 nmol/L)较为接近。结论:这一体系能够在毕赤酵母表面高效地展示具有生物学功能的RBD,可用于抗新冠病毒RBD药物的高通量筛选和评价。
目的:PiggyBac(PB)转座子是一种可移动的遗传元件,采用“剪切和粘贴”机制在载体和染色体之间进行转座;通过将转座子元件和转座酶表达框整合到一个表达载体中,构建简便易用的二合一PB转座系统。方法:通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)获取PiggyBac转座系统所需转座子元件和转座酶表达框,利用T4 DNA连接酶将转座酶表达框插入到pUC18载体上,再利用Gibson同源重组技术将转座子元件与重组载体结合构建二合一PB转座系统;使用该系统携带的增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)以及功能性损伤抑制蛋白(damage-suppressing protein,DSUP)检测其有效性及可靠性。结果:在所有筛选获得的嘌呤霉素抗性细胞中,EGFP都是明亮可见;利用此二合一PB转座系统成功获得了可高效表达功能性损伤抑制蛋白的稳定细胞系,证明外源基因可被有效整合到基因组DNA中并表达。结论:成功构建了新型二合一PB转座系统,使稳定表达细胞系的建立更加经济简便。
恶性肿瘤是影响人类生命健康的重大疾病之一,药物治疗是常见的治疗手段。近年来,“精准治疗”已经成为肿瘤治疗的趋势。要实现对恶性肿瘤有效、精准的药物治疗,药物筛选模型至关重要。肿瘤类器官是近年来新兴的一种三维细胞模型,具有经长期传代还保留亲本肿瘤的特征和异质性、培养成功率高、周期短和能够高通量筛选药物等优点,已被用于药物筛选、预测患者对治疗的反应以及为个性化用药提供指导等。重点介绍了肿瘤类器官在药物筛选及个性化用药中的研究进展和面临的挑战。
中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary cells,CHO)表达系统因具有较高密度培养、高表达和相对完整的蛋白质糖基化修饰系统等特点,成为生产糖蛋白广泛应用的宿主表达细胞之一。目前已产生不同的CHO细胞系和各种功能细胞株以满足对糖蛋白的大量生产和其他实验需求。近年来,随着基因工程、蛋白质工程、细胞工程和发酵调控等技术的发展应用,由CHO细胞生产糖蛋白的产量和糖基化修饰程度取得了突破。然而,随着生物制品市场对于糖蛋白的需求增加,如何获得大量、均质的糖蛋白也成为急需解决的问题。综述了不同工程CHO表达系统的研究、应用、糖基化修饰系统,以及影响外源糖蛋白在CHO系统表达和糖基化修饰的理化因素,结合文献总结并预测了未来CHO细胞表达系统研究的四个具有重大意义的研究方向,以期在未来可以改善由CHO细胞表达糖蛋白的产量和质量。
单克隆抗体生产过程中二硫键的还原是生物制药领域中的一个常见技术难题,可产生低分子量碎片,影响产品质量,导致蛋白纯度降低、稳定性下降,影响药物的安全性和有效性。抗体二硫键还原实质上是由细胞内的硫氧还蛋白系统和谷胱甘肽系统引起的可逆氧化还原反应,并与具体生产过程参数有关。近年来,随着抗体药物和哺乳动物细胞培养工艺规模的发展,二硫键还原问题频繁发生。为解决此问题,研究人员不断尝试并建立了多种预防方法以保证产品质量。概述了抗体二硫键结构、二硫键还原的主要成因及生产过程中的形成因素,重点阐述了消除或减缓抗体二硫键还原的方法、对策,并列举了几种可行的过程分析技术,以期为单克隆抗体药物生产制造工艺的进一步优化提供参考。
奇数链脂肪酸(odd-chain fatty acids,OCFA)在自然界分布广泛但含量低,在食品、医药健康和工业等领域有着巨大的应用潜力。目前获取OCFA的方法主要为提取法和化学合成法,但成本高、效率低,而通过微生物发酵有望实现OCFA大规模工业生产。总结OCFA的应用范围和天然合成OCFA的微生物种类,详述微生物合成OCFA的代谢途径,并从基因工程策略和发酵调控策略两方面综述目前提升OCFA产量的研究现状,旨在为利用合成生物学策略改造和提升微生物合成OCFA的能力提供较为系统的理论依据。
近年来,合成生物学借助工程化在人工生命系统的设计与构建方面取得了长足进展,特别是“细胞工厂”的开发和应用为天然产物的合成带来了深刻变革。环脂肽是一类新型的天然表面活性剂,因其特殊的结构和功能亦可作为抗生素使用。目前,合成环脂肽最理想的微生物底盘是芽孢杆菌。因此,许多研究者致力于通过合成生物学技术来提升芽孢杆菌作为环脂肽细胞工厂的性能。首先,对芽孢杆菌中环脂肽的非核糖体肽合成途径进行概述;其次,重点介绍与环脂肽合成相关的调控因子;再次,从底盘细胞的选择、基因编辑工具的开发、合成路径的优化及发酵过程的优化等四个方面对合成生物学指导下环脂肽的相关研究进展进行总结;最后,讨论环脂肽合成中可能存在的挑战,并就未来研究趋势进行展望,以期为高效环脂肽细胞工厂的开发提供参考。
目的:揭示3D生物打印产业技术研发态势和专利布局,以期为相关机构提供竞争情报,为行业发展提供数据支撑。方法:基于3D生物打印领域产业调研和技术分解,构造检索式获取数据,多维度量化分析领域专利。结果:3D生物打印产业发展可分为孕育期、萌芽期和高速发展期;该产业集中度较低,处于分散竞争阶段;申请人多依据地缘因素选择合作对象,合作方之间多为不同类型的机构;中国申请人的专利申请量占全球的比重已接近50%,但美国申请人的专利篇均被引频次仍远超中国;美国申请人更关注海外市场。结论:3D生物打印产业尚未形成规模效应,有必要整合业内资源,打造产业集群;中、美两国在该产业都具有优势地位,中国亟待加强海外专利布局;综合权衡专利数量和质量,美国申请人的专利竞争力仍高于中国,中国需培育更多核心专利。
全球数据量快速增长,成为数字经济发展的核心引擎,但传统数据存储介质受到功耗、体积、成本等限制,难以满足不断增长的数据存储需求。以脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)分子作为存储介质的新型存储方式引起了国内外高度重视,世界主要国家均对其研究进行了顶层规划,部署了一系列重要科研计划。但是,DNA数据存储作为一个新兴交叉研究领域,其发展的“源”与“流”仍存在需要深入分析的问题。针对该问题,从信息、半导体与合成生物学交叉融合的角度深入挖掘DNA数据存储发展的源头,对近年来国际上主要国家与地区在DNA数据存储领域的发展规划进行分析归纳,梳理国内外的科研项目规划布局,尤其是美国“半导体合成生物学联盟”推动的基础研究项目、美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)与美国情报高级研究计划局(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)推动的面向应用的集中攻关项目、欧盟的地平线2020计划以及我国的重点研发计划等。通过比较可发现,美国主要采用政府部门主导、应用目标导向的研究模式,欧盟与我国在“十三五”期间及时跟进;我国在“十四五”期间设立了重点研发计划“生物与信息融合(BT与IT融合)”,致力于推动DNA数据存储等领域的发展,实现DNA数据存储发展带动生化仪器乃至生物经济、数字经济的发展。探索DNA数据存储发展的“源”和“流”,为从事该领域的研究者识别真正制约该领域发展的“真问题”提供参考,也为科技管理部门研判DNA数据存储的国际发展趋势提供参考。
国家自然科学基金项目对科学研究具有扶持、引导作用,其资助和成果情况可在一定程度上反映出我国前沿科技领域的研究重点和发展趋势。选取2010—2021年国家自然科学基金资助微生物组基础研究情况为分析对象,对资助年度、资助金额、资助类别、资助单位、项目成果等内容进行统计分析,反映国家自然科学基金资助微生物组基础研究的现状、特点以及资助效果,为微生物组相关领域的研究和管理人员提供参考和支撑。
