目的:通过基因工程技术制备表面展示具有促进膜融合作用的水泡性口炎病毒糖蛋白G(vesicular stomatitis virus glycoprotein,VSVG)的外泌体VSVG-Exos,利用核酸探针介导DNA杂交链式反应在其膜表面修饰靶向树突状细胞间黏附分子-3-结合非整合素DC-SIGN的核酸适配体,构建功能化外泌体,通过重编程肿瘤细胞与树突细胞之间的靶向识别过程增强相互作用。方法:以小鼠乳腺癌细胞4T1和小鼠树突状细胞DC2.4为研究对象,通过共聚焦成像和流式细胞术等实验证明VSVG-Exos以膜融合方式特异性结合4T1细胞,以及DC-SIGN适配体具有特异性靶向DC2.4细胞的能力。结果:功能化外泌体可以重编程修饰4T1细胞,增强与DC2.4细胞之间的靶向识别效应。结论:功能化外泌体有效地输送具有特定功能的分子到肿瘤细胞表面,对其进行重编程修饰,提高免疫细胞精准定位和高效攻击肿瘤细胞的能力,为靶向清除肿瘤细胞提供了新的思路和策略。
目的:上皮细胞粘附分子(epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)在正常细胞中的表达局限于上皮基底外侧细胞,且具有隐蔽性,而在包括膀胱癌在内的多种上皮性癌症中过表达且处于易结合的状态,是抗肿瘤治疗的特异性有效靶标之一;以EpCAM作为膀胱癌靶向治疗的靶点,探索高效、安全的膀胱癌新型治疗方法。方法:在分子水平利用柔性肽GGGGS将EpCAM单链抗体4D5MOCB与毒素PE38KDEL连接设计制备免疫毒素,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行表达,并研究其与膀胱癌细胞的结合和对癌细胞生长的抑制作用。结果:4D5MOCB介导的免疫毒素具有良好的选择性,与EpCAM高表达的膀胱癌细胞5637结合良好,其结合率约为阴性细胞结合率的169倍,并能有效抑制癌细胞生长,IC50最低可达0.5 pmol/L,同时能够抑制细胞克隆形成和细胞迁移,诱导细胞凋亡;免疫毒素与EpCAM阴性细胞HeLa不结合,也不具有抑制细胞活性的作用。结论:制备的基因工程免疫毒素具有较好的选择性,能够有效抑制阳性癌细胞的增殖和转移,且比相同抗原的抗体药物偶联物(antibody-drug conjugates,ADC)的制备更简单,均一性更好,为免疫毒素应用于实体瘤的治疗提供了实验基础。
目的:由于强化流加培养工艺(intensified fed batch of ultra-high seeding density,uHSD-IFB)的接种密度与运行密度较高,传统低密度培养工艺的流加策略往往不能提供充足的营养物质用于该过程的细胞维持与产物表达,最终导致过程产率低、经济性下降;通过优化流加培养基以及补料方案,成功建立CHO细胞强化流加培养过程,从而提高目的蛋白产量。方法:以一株表达单克隆抗体的CHO-K1细胞株为研究对象,通过代谢动力学与化学计量学分析,设计出以葡萄糖为控制模型的两阶段动态反馈流加策略,并结合实验设计(design of experiment,DoE)筛选并优化流加培养基中关键微量元素的营养浓度。结果:优化设计后的uHSD-IFB过程有效缓解了uHSD-IFB过程营养物质的耗竭与代谢副产物累积之间的矛盾,实现了超高接种密度培养工艺的细胞生长与产物合成的目的;累积产量相较于优化前提高了95%,日体积产量提高了约97%。结论:该补料策略有助于快速建立高细胞密度、高产物表达的高接种密度强化流加培养过程。
CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR associated proteins)系统来源于细菌和古细菌的适应性免疫系统,是近年来被广泛应用于基因组编辑的一项新兴技术。目前,CRISPR系统已被大量挖掘,其中Ⅱ类CRISPR/Cas9作为基因组编辑工具已被广泛应用于微生物、植物和动物。除了CRISPR/Cas9,同属于Ⅱ类的CRISPR/Cas12a技术由于具有独特的优势,受到越来越多的关注。介绍CRISPR/Cas12a的特点、与CRISPR/Cas9作用机制的差异、CRISPR/Cas12a基因组编辑技术的开发及其在合成生物学和医学研究中的应用,为CRISPR/Cas12a基因组编辑技术的发展和应用提供参考。
代谢物在细胞生命周期中具有重要作用,包括为细胞生命活动提供能量及合成原料、参与生物信号转导等。已有研究表明,活性代谢物可通过体内自发化学反应共价修饰蛋白,调控蛋白质结构和功能,进而影响细胞生命活动的各个环节。近年来,发展迅速的蛋白质组学技术能够捕获这类非酶促修饰的靶蛋白,继而阐明代谢物对靶蛋白功能的调控机制。由活性代谢物产生的非酶促共价修饰,分为可逆和不可逆两种类型。详细介绍代谢物衍生的非酶促翻译后修饰的形成机理,并列举蛋白质组学技术如何鉴定这类修饰进而揭示代谢调控机制的经典研究案例。
基于环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)的微流控芯片是一种新型核酸检测方法。该方法能够将核酸提取、等温扩增和反应结果集成在厘米级的芯片上,具有灵敏度高、特异性强、不易污染等特点,并且可以实现“样品-答案”的快速检测,已成为当前检测领域的研究热点。综述LAMP的反应原理、微流控芯片的种类、LAMP微流控芯片在病原微生物和肿瘤检测中的应用,并分析LAMP微流控芯片目前存在的问题及未来发展前景,以进一步拓展对新型检测技术的认识,加快其在现场快速检测中的推广和应用。
非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASFV)感染猪而引起的一种急性、烈性传染病。2018年,我国发生的ASF疫情对养猪业造成了严重经济损失。目前尚无有效药物和疫苗用于治疗和预防ASF,主要通过临床诊断和扑杀感染动物来控制疫情传播。建立快速、精准和高效的诊断方法对于疫病防控至关重要。综述当前国内外ASF诊断方法的研究进展,重点阐述诊断靶标的选择以及病原学、血清学检测方法的研究现状,为ASF新型诊断方法的研发提供参考。
金属酶由金属辅因子和蛋白骨架构成。金属辅因子提供催化活性,是金属酶发挥功能的关键,而蛋白骨架为金属辅因子提供附着位点,同时提供手性环境。天然金属酶种类较多,可催化羟基化、环氧化等反应,其辅因子主要以金属离子或金属配体的形式存在,所含金属元素以Fe、Cu、Zn居多,部分天然金属酶也含Mn等金属元素。然而,由于天然金属酶难以催化非天然底物,且部分金属酶体外催化效率低、自身稳定性较差,无法得以广泛应用。近年来研究发现,通过对起催化功能的金属辅因子和提供酶促反应微环境的蛋白骨架进行理性设计构建人工金属酶(artificial metalloenzymes,ArMs),可提高金属酶的催化效率或使其能够催化多种天然和非天然反应。此外,利用纳米技术修饰人工金属酶可以提高金属酶的稳定性和可调控性,为人工金属酶的优化提供了新思路。总结近年来人工金属酶领域取得的成果,着重介绍构建人工金属酶策略方面的研究进展,包括金属辅因子的改造、蛋白骨架的设计、基于纳米技术的修饰等,并展望了设计改造人工金属酶所面临的机遇和挑战,以期为人工金属酶的设计和应用提供参考。
蓝细菌是重要的光合自养微生物,可利用太阳能将二氧化碳转化成高附加产值化学品,且具有营养需求低、生长迅速以及遗传背景简单等优势。伪枝藻素是一种脂溶性芳香族生物碱色素,由少数蓝细菌在胁迫环境下形成,具有很强的紫外吸收、抗炎以及抑制癌细胞增殖的活性,在日化和医药健康领域具有巨大的开发潜力和应用前景。目前,伪枝藻素的合成和调控机制在蓝细菌念珠藻Nostoc punctiforme PCC 73102等中已得到初步解析,但由于天然宿主在遗传改造和工程应用层面存在多重瓶颈,仍无法实现稳定、高效、绿色的生产。随着合成生物学和代谢工程技术的发展,有望通过异源合成及调控实现伪枝藻素的高效生产。总结伪枝藻素的结构、化学性质、功能应用、生物合成途径、调控机制和环境胁迫影响等相关研究进展,并对其未来发展前景进行展望。
以类胡萝卜素为主的四萜类化合物普遍具有抗氧化、抗炎、抗癌等特性,因此被广泛应用于医疗、食品等领域。传统的从天然产物中提取和化学合成四萜类化合物的方法存在颇多局限,如成本较高、产物活性和纯度较差等。随着基因编辑等技术的发展,微生物合成的方法逐渐被应用于合成高价值产品。介绍生物合成类胡萝卜素的主要途径,综述近年来不同类型底盘菌种的类胡萝卜素合成研究进展,总结当前研究中使用的主要优化策略。对比不同菌种合成类胡萝卜素的策略和产量,指出进一步提高目标产物滴度的研究方向,以期为微生物合成类胡萝卜素的相关研究提供更多参考。
苦马豆素(swainsonine,SW)是由真菌合成的一类吲哚里西啶类生物碱,可以引起哺乳动物疯草病,同时也是一种具有潜力的抗癌药物。SW在不同真菌中的合成途径各不相同,主要通过多基因调控的次生代谢途径产生。早期研究发现酵母氨酸还原酶基因sac可促进真菌合成SW,疯草内生真菌中的吡咯啉-5-羧酸还原酶(pyrroline-5-carboxylate reductase,P5CR)可催化合成哌啶酸,哌啶酸是合成SW的底物,真菌中的SWN基因簇各基因所编码的酶催化从哌啶酸到SW的各步反应。综述豆类丝核菌(Rhizoctonia leguminicola)、罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii)及疯草内生真菌中的SW合成途径及相关基因的研究进展,为深入揭示真菌SW的生物合成途径与调控机制提供重要参考,同时对未来疯草SW的控制和利用也具有一定重要意义。
目的:基于生物医药高价值专利,对我国部分省(市)的生物医药产业技术创新能力进行评价。方法:基于国家知识产权局提出的标准,对高价值专利进行界定;根据高价值专利的特征,构建生物医药产业技术创新能力评价指标体系。结果:利用构建的指标体系,分三个阶段对江苏、北京、广东、山东、浙江和上海的生物医药产业技术创新能力进行评价,发现江苏和广东的生物医药产业技术创新能力在不断提升,山东和浙江呈现波动状态,北京和上海则呈下降趋势。结论:虽然不能完全凭借专利信息对生物医药产业技术创新能力进行整体评价,但基于高价值专利视角的生物医药产业技术创新能力评价可以为我国生物医药产业的发展提供参考和借鉴。
