目的:探究铁调节蛋白2 (IRP2)在铁过载模型巨噬细胞中铁代谢的调控作用。 方法:分别构建IRP2敲除或敲低的体内外模型,并进行高铁(2%羰基铁)喂养或柠檬酸铁铵(FAC)处理,分离IRP2敲除(Ireb2-/-)及野生型(wild-type,WT)小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDM)并观察其中铁蛋白(FTH1)和膜铁转运蛋白(FPN1)的表达。普鲁士蓝染色检测Ireb2-/-和WT铁过载小鼠脾脏中的铁沉积,免疫组织化学法检测Ireb2-/-和WT铁过载小鼠脾脏中FPN1的表达。在FAC处理下,Western blot方法检测IRP2敲低巨噬细胞系RAW 264.7细胞和THP1(PMA处理)细胞中FTH1的表达,并分析其细胞培养基中的铁含量。 结果:在FAC处理下,相比于WT小鼠,Ireb2-/-小鼠的BMDM中FTH1和FPN1的表达明显增多。同时Ireb2-/-小鼠脾脏中表现出更明显的铁沉积,而FPN1表达降低。体外结果显示,IRP2下调增加了巨噬细胞系Raw 264.7和THP1(PMA处理)细胞中FTH1的表达,并且细胞培养基中铁含量相对增加。 结论:在铁过载进程中,IRP2的缺失或减少导致巨噬细胞中铁蛋白增加,并加重了脾脏中的铁沉积。
目的:探究UM729化合物在肝细胞癌生长中发挥的功能及分子调控机制。方法:(1)利用CCK-8法测定肝细胞癌细胞的IC50值,初步确定实验浓度。(2)利用细胞生长曲线和平板集落形成实验检测UM729化合物对HepG2细胞和SMMC7721细胞增殖的影响。(3)利用Annexin V-FITC/PI双染法检测UM729化合物对HepG2细胞和SMMC7721细胞凋亡的影响,Western blot检测UM729化合物对细胞凋亡相关蛋白表达水平的影响。(4)利用BALB/c裸鼠检测UM729化合物对肿瘤生长影响的体内分析。结果:(1)HepG2细胞和SMMC7721细胞的IC50值分别为9.525 μmol/L和10.41 μmol/L。(2)UM729化合物以剂量依赖的方式在HepG2与SMMC7721细胞中发挥有效的抗增殖活性。(3)UM729化合物以剂量依赖的方式调节细胞凋亡相关基因的蛋白质水平来促进肝细胞癌细胞凋亡。(4)UM729化合物抑制体内肝肿瘤生长。 结论:UM729化合物通过调节凋亡相关基因的表达诱导细胞凋亡,从而在体内和体外抑制肝细胞癌细胞增殖。
目的:希瓦氏菌(Shewanella sp.)是革兰氏阴性菌,能够导致水生动物疾病和食品腐败。为了减少抗生素使用,分离鉴定了1株希瓦氏菌噬菌体,研究其用于噬菌体治疗的可能性。 方法:LB和TCBS培养基分离希瓦氏菌,双层平板法分离纯化噬菌体并计数,点板法鉴定噬菌体的宿主范围,一步生长曲线分析噬菌体的繁殖能力,抑菌曲线分析噬菌体的杀菌效率,平末端接头法分析基因组的末端序列,基因组测序及功能注释,蛋白质进化树构建。 结果:从淡水养殖的鲶鱼肠道中分离出1株希瓦氏菌Y2及相应的噬菌体phiY2。稳定性分析显示,在pH 4.0和pH 12.0的环境中,噬菌体phiY2的存活率分别为84.76%和67.96%;50℃处理噬菌体1 h后,存活率为23.13%;噬菌体phiY2对氯仿比较耐受,处理后其存活率为49.33%。一步生长曲线结果显示,噬菌体phiY2的潜伏期约为12 min,释放量达95 pfu/infected cell;抑菌试验数据显示,噬菌体phiY2在所有感染复数条件下,均显著抑制宿主菌生长。高通量测序及基因组结构分析,发现噬菌体phiY2 的基因组为线状双链DNA分子,长度为45 066 bp,具有315 bp的正向末端重复序列,包括50个蛋白质编码基因。比较基因组学分析显示,噬菌体phiY2与目前已知的噬菌体基因组序列同源性极低,进一步分析噬菌体关键蛋白的亲缘关系,发现它们分别与弧菌Vibrio sp.噬菌体和噬琼脂海单胞菌Marinomonas sp.噬菌体的对应蛋白质高度同源。 结论:分离了1株新型希瓦氏菌噬菌体phiY2,能够高效裂解宿主菌,并且在多种胁迫环境中保持较高存活率。研究结果显示,噬菌体phiY2可以作为新型杀菌剂,用于防控希瓦氏菌的污染。
啶虫脒(acetamiprid,ACE)是一种新烟碱类杀虫剂。在啶虫脒污染土壤中分离得到的栖异地克雷伯氏菌(Klebsiella variicola)对该农药具有较强的降解能力。研究实现了该腈水解酶的重组表达,获得重组酶(rKv-NASE),并对其酶学特性与降解功能进行了系统分析。气相色谱测定结果显示,rKv-NASE的酶活性为41.2 U/mg,最适反应温度为37~40℃,最适pH为7.0。此外,Ni2+可显著提高酶活23%。通过高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)分析表明,rKv-NASE对啶虫脒的降解率为81%,并生成毒性低于啶虫脒的代谢产物N'-[(6-氯吡啶-3-基)甲基]-N-甲基乙酰胺。分子对接分析表明,其腈水解酶(Kv-NASE)中的催化三联体E48-C127-K163在该降解过程中起关键作用。研究为基于rKv-NASE的酶制剂开发提供了理论基础,在啶虫脒污染生物修复及应急处理方面具有应用潜力。
目的:为了获得高特异性结合靶标双链DNA(dsDNA)的全新AsCas12a突变体蛋白。 方法:利用Phyre2与Schrodinger软件对AsCas12a蛋白进行结构预测与分子对接,初步确定了突变位点为174R/282A/542R/548R;通过重叠延伸PCR对Cas12a蛋白进行定点突变,进而构建pET28b-four-Mut-AsCas12a 突变体原核表达重组质粒,并进行原核诱导表达,表达产物经镍柱亲和层析纯化;再利用全波长荧光分析仪验证纯化后目的蛋白的反式切割活性。 结果:获得纯度高于95%、浓度达4.844 mg/mL的AsCas12a四突变体蛋白,其反式切割活性为野生型(WT)蛋白的1.45倍;最后利用荧光偏振技术分析其结合靶标dsDNA与非靶标链(nontarget strand,NTS)互补单链DNA(ssDNA)的结合反应特征,结果显示该AsCas12a四突变体蛋白与靶标dsDNA的亲和力远高于结合NTS互补ssDNA,最大可达4倍以上(是野生型蛋白结合相同底物亲和力差异的3.1倍),提示其具有特异性结合靶标dsDNA不结合ssDNA的活性。 结论:全新AsCas12a突变体蛋白为今后拓展基于CRISPR/Cas12a的生物传感新技术的研究与应用奠定了基础。
目的:提高辅因子NADPH的供应水平,并解除碳、氮代谢相关转录因子对碳源与氮源吸收途径的限制。 方法:通过优化磷酸戊糖途径,同时增强异柠檬酸脱氢酶及NAD激酶基因的表达以增加NADPH供应;敲除 RamA、RamB及AmtR 转录因子,探究全局碳、氮代谢转录因子对碳源与氮源吸收途径的限制作用。 结果:与初始菌株相比,重组菌株的胞内NADPH含量提升80.2%,L-精氨酸产量提高35.2%。 结论:利用代谢工程提高NADPH供应以及改造转录因子有助于细胞碳、氮通量流向L-精氨酸积累方向。
目的:优化便携式高通量测序平台文库构建和测序流程,提高现场低质量核酸样本的数据产出。 方法:基于MinION MK1C平台,选用标准化微生物样本模拟现场条件下的低质量样本,从文库构建角度出发,设计并评估三种提升测序产出的策略。一是采用不同比例的外源核酸辅助建库,二是采用多靶标富集进行靶向扩增,三是对非腺苷酸化RNA样本进行Poly(A)尾人为富集。测序后使用fastp、NanoStat、minimap2和samtools等工具进行数据质量控制和比对分析,对数据产出量、覆盖均匀性等进行定量评估。 结果:外源核酸按1∶2掺入可显著提升测序产出;多靶标扩增策略9 h测序获得150.17 k比对读长(reads),覆盖率79.74%,四种目标病原体均稳定检出;Poly(A)尾处理使非腺苷酸化RNA测序数据从245 Mb增至637 Mb,映射率99.99%,读长和质量评分明显提升。 结论:外源核酸辅助建库、多靶标靶向扩增和Poly(A)尾富集三种策略均能有效提升低质量核酸样本的测序表现。现场应用中,Poly(A)尾处理适用于RNA样本且浓度较高情形;靶向扩增适用于已有病原提示的低量DNA样本;而在病原不明、样本复杂的情境下,建议将靶向扩增与外源核酸掺入策略并行使用,以兼顾检测灵敏度与测序数据量获取,为快速病原识别提供全面支持。
免疫细胞疗法、干细胞疗法等细胞疗法已被广泛应用于多种疾病的临床前及临床研究,但其应用仍受限于疗效不足及安全性问题。纳米、微米及宏观尺度的药物递送系统可通过优化药代动力学、增强细胞功能与活性、防止细胞耗竭及降低免疫原性等方式,提升细胞疗法的效能。综述了不同尺度药物递送系统的工程化策略,旨在改善治疗性细胞的生物学功能,调控组织微环境以促进其存活与功效,实现移植细胞的靶向药物递送,并为体内细胞提供保护屏障。同时概述了整合药物递送系统的细胞疗法在临床转化中的国内外关键进展,并结合实例重点分析了其规模化生产面临的核心挑战。
多肽-药物偶联物(peptide-drug conjugates, PDCs)是一种新兴的靶向递药策略,这种偶联技术将多肽的生物学功能与药物的诊疗能力结合到一起,为新型药物递送系统的研发提供了参考。归巢肽、连接子、有效载荷是PDCs的重要组成部分,多肽的生物学活性改善了药物的细胞渗透能力,并使药物能够更加精准的富集在肿瘤部位,提高了药物的治疗效果。同时,连接子能够使药物有选择的释放,极大程度上避免了药物的脱靶效应,减少了传统化疗药物对正常组织细胞的损伤。目前,PDCs广泛地应用于生物医药、生物传感以及成像探针等领域。因此,对PDCs在药物递送领域中的应用进行了介绍,同时对PDCs技术的发展进行了系统叙述,并阐述了其在临床诊疗中的实际应用以及未来仍需攻克的一些局限性问题。
自然杀伤细胞(natural killer cell,NK cell)是一种固有淋巴样细胞,在免疫系统中发挥至关重要的作用,通过NK细胞介导的免疫治疗已成为一种很有前途的癌症治疗方法。其中,NK细胞衔接器(natural killer cell engagers,NKCEs)是一类通过靶向NK细胞表面受体和肿瘤相关抗原,将NK细胞重定向于肿瘤细胞,促进NK细胞活化以增强肿瘤杀伤的蛋白质分子,是当下肿瘤免疫治疗中极具研究前景的策略之一。虽然NKCEs展现出良好的发展潜力,但是一些来自肿瘤微环境的挑战和NKCEs结构本身的缺陷,使其在抗肿瘤的临床应用中存在一些困境。综述了目前根据不同NK细胞受体靶点正在开发的NKCEs最新研究进展,并讨论了这些产品的临床前和临床进展,详细叙述NKCEs在临床治疗中遇到的挑战和克服这些限制的方法,强调了优化NKCEs治疗效果的重要性,以期为其在肿瘤免疫治疗领域的发展和应用提供思路。
炎症性肠病(IBD)作为一种慢性复发性肠道炎症,其发生发展与肠道微生态失衡密切相关,尤其是菌群结构和功能的紊乱已成为当前治疗的难点。近年来,研究发现,IBD患者肠道中噬菌体总量显著升高,且温和型与裂解型噬菌体比例失调,提示“病毒组-细菌组-宿主”互作在IBD发病机制中具有重要作用。噬菌体通过高度特异性的宿主识别与裂解作用,精准清除致病菌,并借助水平基因转移等方式调控菌群结构与功能,恢复短链脂肪酸等有益代谢物,增强肠屏障完整性;同时,噬菌体经TLR9/IFN-γ等免疫通路调节宿主免疫应答,缓解肠道炎症。多项动物实验证实,靶向黏附侵袭性大肠杆菌(AIEC)或肺炎克雷伯菌的噬菌体鸡尾酒可显著减轻结肠炎;早期临床试验也表明口服噬菌体具有良好的安全性和肠道定植稳定性。噬菌体疗法具高效、特异、低耐药等优势,但仍面临标准化制备、免疫原性控制及个体差异应对等挑战。未来需加强多学科交叉合作,推动噬菌体疗法在IBD治疗中的临床转化。系统综述了噬菌体通过调控肠道菌群与免疫微环境在IBD发病机制中的机制与潜力。
微生物细胞工厂是实现绿色生物制造的核心,但其产业化进程易受到“代谢博弈”,即细胞生长与目标产物合成间资源竞争的制约。为此,系统梳理了已有文献报道,归纳出三类“代谢博弈”权衡策略:“刚性”策略采用基因敲除、过表达等不可逆手段重构代谢网络,强制引导代谢流,简单直接但常伴随代谢负担与鲁棒性下降;“柔性”策略采用基于转录调控动态机制的基因表达时空调控,实现生长与生产代谢的解耦,灵活性强但对调控元件依赖性与靶点选择性要求高;“刚柔融合”策略融合二者优势,以刚性改造搭建高产框架,以柔性调控实现精细优化,从而兼顾合成效率与细胞活力。最后,展望了人工智能辅助的元件设计、多组学驱动的网络解析及智能调控系统的引入,有望加速“代谢博弈”问题的解决,最终实现微生物细胞工厂的精准、高效与智能化构建。
随着全球抗生素耐药性问题日益严峻,开发新型抗菌技术已成为当前医学研究的重要方向。金属纳米材料凭借其独特的物理化学特性和多重抗菌作用机制,在抗感染治疗领域展现出巨大潜力。近年来,组学技术的快速发展为深入理解金属纳米材料的抗菌机制提供了全新视角,使研究者能够从转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多个层面进行系统性解析。现有研究表明,组学方法在阐明金属纳米材料诱导的氧化应激反应、代谢网络调控异常、细胞膜结构破坏以及生物膜形成抑制等关键过程中发挥着重要作用。尽管该领域已取得显著进展,但仍面临诸多挑战。未来研究将趋向于整合多组学数据、结合人工智能技术以及发展精准纳米材料设计策略,这些创新方法有望推动金属纳米抗菌材料向更高效、更安全的方向发展,为其临床应用奠定坚实基础。
在“碳达峰、碳中和”国家战略目标驱动下,生物合成技术作为绿色制造体系的革新力量,正推动工业生产模式从化学合成向生物合成的变革。生物合成依托生物催化体系,具有条件温和、环境兼容性好等优势,为化工医药产业的低碳转型开辟了新路径。然而,作为生物催化的核心功能单元,工业酶元件仍主要依赖于从自然环境中分离,由于天然酶在工业场景中普遍存在热稳定性不足、催化活性偏低等问题,难以满足规模化生产需求。因此,通过酶工程改造,突破天然酶的性能瓶颈,已成为生物合成技术产业化的关键突破口之一。重点系统梳理了酶工程改造的技术体系,整合各类计算辅助工具在酶设计中的应用。探讨人工智能(AI)技术在高通量筛选与性能预测方面的创新应用。同时,介绍了酶的从头设计策略,旨在为工业酶元件的智能化设计提供理论支撑与方法学参考。
阿魏酸酯酶属于羧酸酯水解酶的一个亚类,可水解植物细胞壁中酚酸类化合物与木质素、纤维素等之间的酯键,同时生成具有高附加值的阿魏酸、对香豆酸等,其在食品、化妆品、造纸、医药等领域具有广泛的应用。目前已经在微生物和植物中发现了大量的阿魏酸酯酶,但天然来源的阿魏酸酯酶存在催化活性弱、表达水平低、热稳定性差等问题,严重制约了其应用前景。因此,基于分子改造阿魏酸酯酶的活性口袋,有针对性地探究其结构与功能之间的构效关系及解析其催化机制,对开发高效阿魏酸酶制剂以及推动木质素资源可持续利用具有重要意义。总结了近年来阿魏酸酯酶的分类、空间结构、催化机制和分子改造等方面的研究进展,进一步探讨了其改造策略及发展方向,为高催化活性阿魏酸酯酶的挖掘和应用提供参考。
环境微生物检测常面临样本中共存抑制物的干扰与目标核酸丰度低两大技术难题。数字PCR(digital PCR,dPCR)技术通过将反应体系分割至单分子水平,从而有效降低抑制物影响,并实现了无须标准曲线的绝对定量。凭借其高灵敏度、高精确度及优异的抗抑制性等优势,dPCR在过去十余年间已迅速成为环境微生物学研究的一项重要检测技术。旨在系统梳理dPCR从芯片式到微滴式的技术发展脉络,重点综述其在水体环境病原体的低浓度预警、利用宿主特异性标记物进行微生物污染溯源,以及抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARGs)和关键功能基因丰度与传播风险评估等领域的应用进展。最后,归纳了dPCR技术的核心优势,并对其在分析通量、成本控制及方法学标准化等方面面临的挑战与未来发展方向进行了探讨与展望。
粮食安全是国家安全的重要基础,实现高产与生态保护协同发展已成为现代农业的核心目标。过去五十年,作物增产主要依赖遗传改良技术,转基因技术在棉花、玉米和大豆等作物中发挥了重要作用。三十年的安全应用的实践表明,在科学规范管理的前提下,转基因技术并未带来高于传统育种的额外风险。2023年伦敦皇家学会发布政策简报,支持英国《精准育种法案》,并明确提出应以产品性状而非育种方法本身作为监管依据。本文借该政策简报中文版的发表之际,探讨其对我国农业科技治理与制度完善的现实启示。简报系统梳理了多项具有应用潜力的技术路径,包括叠加免疫受体基因增强抗病性、拓展Bt蛋白应用范围、提高抗逆性,以及优化光呼吸过程以提升产量等。这些技术与我国农业实践密切相关。近年来,中国在抗病基因跨物种应用、光合效率改良和人工智能辅助蛋白设计等方面取得重要进展,但在政策衔接与产业化路径上仍有提升空间。随着基因编辑与转基因技术不断演进的,现行以技术路径为划分依据的监管模式已难以充分适应创新发展的需求。因此,有必要在科学审慎的前提下推动遗传技术监管的制度优化,为保障粮食安全与农业可持续发展提供更加有利的制度支撑。
