目的：基于仿生学原理设计、合成具备黏附性能的阴、阳离子肽,并分析其混合后对黏附力的影响,为新型仿生黏附材料研制奠定基础。方法：分析贻贝足蛋白5(mussel foot protein 5,Mfp5)和沙堡蠕虫分泌蛋白3(cement precursor protein of the Phragmatopoma californica 3,Pc3)的结构特点,理性设计出黏附性能较好的阴、阳离子肽。通过拉力强度试验机、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)及石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)等对其黏附力和吸附量等参数进行检测,并从多肽组成和相互作用等方面分析其黏附机制。结果：阴、阳离子肽通过多肽固相合成法合成,纯度达到95%以上。拉力测试表明阴、阳离子肽的黏附力随固化时间增加而增大,最高分别达到174.04 kPa及180.11 kPa,并且两者混合后黏附力显著增强,等比例混合后高达347.81 kPa;QCM检测表明阳离子肽、阴阳离子肽混合物对金(aurum,Au)表面的吸附量可分别达到82.67 ng/cm2和151.53 ng/cm2;AFM检测阴、阳离子肽的平均微观黏附力分别为5.43 nN及4.95 nN,且两者等比例混合后可提高至18.54 nN。结论：基于贻贝和沙堡蠕虫构建的阴、阳离子肽具备良好的黏附性能,且其黏附力可通过静电力介导的复合凝聚显著提高,该结果为新型仿生黏附材料研制提供了依据。
2020版《中国药典》对重组人干扰素α-2b提出了新的质量标准,增加了相关蛋白的分析检测并明确了含量上限。而相关蛋白的结构与重组人干扰素α-2b的结构仅有微小差别,现有的常规分离方法难以去除。研究建立了重组人干扰素α-2b的反相层析纯化工艺,实现了重组人干扰素α-2b与其相关蛋白的分离。筛选和优化了反相层析填料、洗脱液乙腈浓度及上样量,确定了反相层析分离纯化工艺,包括层析填料:HPLCONE-10C18C3(300 ?,10 μm);洗脱条件:0.1% TFA-48%乙腈水溶液等度洗脱;上样量:不超过柱体积的1.6倍;检测波长210 nm。中试放大结果表明制备得到的重组人干扰素α-2b原液符合2020版《中国药典》的质量标准,原液活性高,纯度大于99%。该工艺分离效果好、成本低、工艺过程简单、易于大规模生产,为干扰素和其他生物大分子药物的生产企业提供了有价值的参考。
11α,17α-二羟基黄体酮(11α,17α-dihydroxy progesterone)作为甾体激素类药物的重要中间体,其生物合成主要以17α-羟基黄体酮作为底物转化生成。为探究不同微生物对17α-羟基黄体酮的转化能力,以11株具有甾体羟化能力的菌株为研究对象,通过全细胞生物转化实验,筛选得到了一株转化能力最强的菌株亚麻刺盘孢SF-307。通过单因素实验和正交设计进行菌株发酵培养基组分优化,确定了最适发酵培养基:15 g/L可溶性淀粉、1.8 g/L 氯化铵、0.6 g/L 氯化镁、3 g/L玉米浆。优化培养基后的亚麻刺盘孢SF-307转化产物唯一,当底物投料量为0.5 g/L,添加1%(V/V)乙醇进行助溶,转化56 h时,底物转化率为93.2%,11α,17α-二羟基黄体酮的最高浓度为224.1 mg/L,较优化前提高61.1%。上述结果表明:亚麻刺盘孢SF-307作为一株全新的17α-羟基黄体酮羟化菌株,发酵优化可显著增强17α-羟基黄体酮转化产物的选择性,缩短转化周期,对11α,17α-二羟基黄体酮的工业生产意义重大。
大肠杆菌表达体系因其表达量高、周期短、成本低等诸多优势特征而被广泛用作重组异源蛋白质的表达宿主。据统计超过30%的重组蛋白质药物和50%重组蛋白质的制备是使用大肠杆菌作为表达宿主。蛋白质错误折叠或未折叠以及包涵体形成是大肠杆菌表达体系更广泛应用的主要阻碍。因此,重组蛋白质在大肠杆菌体系中可溶性表达策略探索意义重大。综述了重组蛋白质在大肠杆菌表达系统中不可溶性表达的原因、机制以及影响大肠杆菌表达系统重组蛋白质可溶性的一些关键因素,并基于外源蛋白质在大肠杆菌中表达的各个步骤,总结了目前促进蛋白质在大肠杆菌表达系统中高效、可溶性表达的策略,为进一步拓展大肠杆菌表达体系在重组异源蛋白质可溶性表达中的应用提供参考。
HIV-1广谱中和抗体(HIV-1 bNAbs)是一类可以中和大多数流行株的抗体。HIV-1 bNAbs的研究可以为抗艾滋病药物提供候选分子和为艾滋病疫苗设计提供指导,是评估艾滋病疫苗效果的重要指标之一。HIV-1 bNAbs可通过传统筛选技术获得,如杂交瘤技术、EBV转化和展示库技术等。近年来,随着单细胞克隆和分选技术的发展,HIV-1 bNAbs的筛选效率和抗体特异性显著提高。多项技术结合的筛选手段和新型筛选技术LIBRA-seq,以及生物信息学辅助的筛选技术将抗体序列和功能信息统一起来,为HIV-1 bNAbs筛选和疫苗设计提供技术支持。除了HIV-1,这些筛选技术和方法也可用于其他病毒bNAbs的筛选,为疫苗设计和抗病毒药物开发提供了有益启示。综述了广泛应用于HIV-1 bNAbs的筛选技术和最新进展,为后续HIV-1或其他病毒 bNAbs的筛选提供参考。
抗病毒药物、中和抗体和预防性疫苗是应对新发、再发高致病性和高感染性病毒(如新冠病毒)最有效的策略。然而,涉及上述活病毒的实验操作必须在包含生物安全3级和4级设施的实验室中开展。为了便于评估上述抗病毒制品,研究者开发了基于人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)和水疱性口炎病毒(vesicular stomatitis virus,VSV)骨架的假病毒包装系统。该系统同时包含靶标病毒的囊膜蛋白表达质粒,使包装好的假病毒具备与野生型病毒相似的受体吸附和膜融合功能。鉴于此,在特定的包装系统中,囊膜蛋白的包装过程对假病毒产率和感染性影响巨大。研究发现膜相关泛素连接酶家族蛋白(membrane-associated RING-CH,MARCH)能够降解病毒囊膜蛋白,下调假病毒产率和感染性。讨论了囊膜蛋白胞内域赖氨酸修饰对假病毒产率影响的研究进展,以期提高囊膜蛋白表达量和加工成熟效率,促进抗病毒药物研发、抗体筛选、疫苗创制和病毒受体鉴定。
合成生物学的迅猛发展推动了微生物细胞工厂中多种复杂化学品的生物合成,但仍存在产量低、生产效率不高等诸多问题。基因编码型生物传感器可以感知细胞内外代谢物浓度及外界环境的波动,产生可测量的信号输出或调控通路中的基因表达水平,具有成本低、操作简单、可再生等优点。目前,基因编码型生物传感器已经成为合成生物学和代谢工程的重要组成部分,是微生物细胞工厂中代谢动态调控及理想表型进化/筛选的强大工具。概述了基因编码型生物传感器的组成及工作原理,重点介绍了基因编码型生物传感器在微生物代谢动态调控及高通量筛选中的最新研究进展,就基因编码型生物传感器设计与构建过程中面临的挑战进行探讨,并展望了其今后的发展方向。
酿酒酵母是生物乙醇领域应用和研究的常用菌。综述了酿酒酵母基因组序列比较在提高基因功能注释准确性、发现不同菌株间分子结构变异、提供遗传育种潜在靶标基因等的相关研究,以及揭示酵母种间遗传进化关系,探究基因型与表型之间关联的研究进展。探讨了面向生物乙醇生产的酵母遗传育种,以满足工业生产需求。展望了随着测序菌株数量增多,酿酒酵母基因组的资源挖掘、重要价值和研究前景。
萜类化合物具有抗炎、抗氧化、抑制肿瘤细胞增殖等药学活性,在医药行业应用广泛。近年来,利用微生物合成萜类化合物受到广泛关注。在微生物中高效合成萜类化合物离不开代谢途径的调控与优化,其中细胞区室化是常用的调控策略之一,在微生物细胞工厂的构建中发挥着重要作用。代谢途径的细胞区室化具有许多优点,如增加酶和底物的局部浓度,抑制其向副产物转移和减少有毒中间体积累等,可实现萜类化合物的高效合成。近年来利用细胞区室化在微生物中合成萜类化合物的研究逐步展开,但目前对于区室化工程在构建细胞工厂中的应用总结较少。因此,围绕代谢途径区室化的作用,各种细胞器的生理特性及其在调控萜类化合物微生物合成中的应用进行了综述,讨论细胞区室化调控策略的发展、存在的问题及前景,以期为萜类化合物的高效微生物合成提供参考。
芳香族氨基酸脱羧酶(aromatic L-amino acid decarboxylases,AADCs)在生物体内的作用是将芳香族氨基酸脱羧转化为芳香族单胺(aromatic monoamines),磷酸吡哆醛(pyridoxal 5'-phosphate,PLP)是其行使催化功能时必不可少的辅酶。AADCs催化芳香族氨基酸产生的芳香族单胺,主要包括多巴胺、血清素、酪胺、色胺等,这些芳香族单胺在生物体内是维持正常生理功能的神经递质,也是参与合成某些化合物的重要前体,还可作为药物中的活性成分参与治疗多种人类疾病,具有广阔的应用前景。作为生物合成芳香族单胺所必需的酶,有关AADCs的研究也越来越深入,基于AADCs的芳香族单胺生物合成也取得了长足进步。对几种主要AADCs进行综述,为AADCs更好应用于芳香族单胺的生物合成提供参考。
目的：我国医药制造业的发展存在着区域差异,通过分析医药制造业在各省(区、市)的区域分工,了解和把握其分工规律和发展趋势,为构建我国生物医药产业高质量发展的可行路径提供决策依据和可行建议。方法：基于2010-2020年可获得的医药制造业相关指标及数据,从区域经济学角度出发,运用集中度和区位熵等量化指标,分析我国医药制造业的区域分工和集聚情况。结果：2010-2020年京津冀地区、长三角地区、粤港澳大湾区和成渝地区的产业集中度整体表现为增长趋势,呈现出较高程度的产业聚集。东部地区各省份的区位熵整体表现为增长趋势,规模集中度不断提升,区域聚集效应表现较优。中部地区各省份的区位熵表现为相对稳定的发展趋势;西部地区和东北地区的区位熵整体表现为减少趋势。医药制造业未来有望成为江苏省和山东省的二级主导专业化部门,是北京、江西、湖北和四川4省(市)可选择的主导专业化部门。结论：医药制造业已经成为我国部分地区经济发展的支柱产业,其集聚化趋势逐步显现,区域分工呈现东、中、西部差异化。期望通过国家层面的战略规划、顶层设计、制度供给和服务管理,实现我国生物医药产业链分工和专业化发展,促进其高质量发展。
合成生物学在科技、医学、工业等领域对微生物的改造促进了经济、社会的发展,随着合成生物技术的快速发展,自然界中存在的高危害性病原体可能成为合成对象,通过生物技术对已知病原体进行改造,其对人类宿主的影响将难以预料,具有比天然病原体更大的危险性,这些情况增加了总体国家安全观范畴中需要关注的生物安全要素。通过对近年来已知病毒合成生物学、已知细菌合成生物学、已知病毒使能安全风险、已知细菌使能安全风险、未知病原体合成生物学等方面的生物安全风险和要点梳理,综合国际前沿科技态势和先进科技发展理念,分析和提出生物安全应对策略和科学建议,为合成生物学健康发展提供咨询建议,并为国家生物安全政策制定提供智库参考。
