抗生素耐药性已成为全球人类健康面临的重大威胁,医药、工业、农业生产以及生态等领域均受到多重耐药菌的严重威胁。多重耐药菌感染逐渐呈现高发病率、高死亡率的趋势。噬菌体可以特异性裂解多重耐药病原菌,然而由于噬菌体宿主谱狭窄、基因组中含有不利基因等因素的制约,当前只有部分噬菌体成功应用于防治多重耐药菌感染等领域。噬菌体基因工程具有可编辑、高效等优势,为拓宽噬菌体宿主谱、设计“安全、绿色、高效”的新型噬菌体提供了理论基础。综述了噬菌体基因工程技术的研究进展,以及噬菌体在临床抗耐药菌感染、农业生产和生态环境等方面的实际应用,为噬菌体的定向改造及其在各领域中的有效应用提供了理论支持和参考。
水力压裂技术在高效开采页岩油中具有独特优势,但其中所含的化学物质对地下水有较高的污染风险。利用页岩油内源功能菌系所产发酵液作为生物压裂液,参与页岩油的绿色开采,能够显著提高页岩油采收效率并减少对环境的负面影响。利用血平板初筛功能菌株,再以表面活性剂产量等作为评判标准,确定3株功能菌株并进行16S rDNA测序鉴定种属信息。按1、2、3 μL的不同接种量比例,对3株菌株复配成等体积的不同菌系,获得最优菌系配比。通过单因素实验筛选出最适因素,再采用正交法及响应面法进一步优化,获得高产培养条件。结果发现,3株高效功能菌株分别为假单胞菌属、芽孢杆菌属和陶厄氏菌属,复配比例为2∶2∶1。最适培养配方为乳糖浓度13.87 g·L-1、过硫酸铵2.13 g·L-1、亚硫酸铁1.75 g·L-1、pH 6,该条件下菌系的表面活性剂产量为315.51 mg·L-1,相比初始产量(187.30 mg·L-1),增长了59.37%。研究结果为页岩油生物压裂液的开发提供了参考。
微生物发酵中药材属于传统中药炮制中一种获得新药的重要技术方法。目前,现代生物技术的发展逐渐对微生物发酵中药的机制和工艺进行了解析,然而,难以找到合适的发酵菌种、微生物发酵中药的机制不明晰、中药发酵的终点不易判定、缺乏质控指标、发酵工艺规范不统一等问题依然凸显。因此,从微生物发酵中药的种类与功能、微生物发酵中药材机制及微生物发酵中药工艺三个方面对现有的研究进展进行了综述,总结了微生物在中药发酵过程中的具体发酵机制,并对微生物发酵中药的发展远景进行展望,为中药发酵菌种的选择、发酵终点的判定、质量标准的制定、工艺的进一步规范及中药产业链新药物的研发和升级提供理论依据和技术参考。
玉米是重要的粮饲兼用作物,盐胁迫严重影响其生长发育,导致产量和品质下降。茉莉酸及其衍生物(jasmonates, JAs)是与植物防御相关的天然植物激素,基于模式植物的研究表明,JAs在响应盐胁迫中发挥重要作用。为探究玉米中JAs介导的盐胁迫响应的具体机制,分别对100 μmol·L-1 MeJA和200 mmol·L-1 NaCl处理6 h玉米幼苗的地上和地下部组织进行转录组测序,交叉分析得到JA诱导且响应高盐胁迫的差异表达基因(differential expression genes, DEGs),并挑选8个DEGs通过RT-qPCR进行验证。结果发现地上和地下部组织中分别共有362和803个基因差异表达,GO和KEGG富集分析显示这些基因涉及糖的合成转运、防御性次生代谢物合成、抗氧化酶合成以及脱落酸和乙烯信号通路。研究结果提示JA信号通路诱导玉米高盐胁迫响应的潜在关键基因和代谢途径,为进一步挖掘JA信号通路调控抗盐性的具体分子机制提供了线索。
生物技术药物在肿瘤、自身免疫性疾病及其他复杂疾病的治疗中取得了日益显著的治疗效果。使用生物技术药物进行治疗时存在免疫原性风险,导致药物疗效和治疗效果降低,甚至产生严重的不良反应。在保持生物技术药物药代动力学特性和治疗效果的基础上,降低或去除其免疫原性成为药物开发过程的重要环节。了解驱动生物技术药物免疫原性的复杂机制以及制定有效的策略降低免疫原性风险对于提高药物疗效和安全性至关重要。综述了生物技术药物免疫原性产生机制的研究进展,讨论了影响免疫原性的因素,重点阐述了在药物开发过程中降低免疫原性的策略,以期为生物技术药物的研发提供参考。
基于转基因技术生产药用工业用生物制品的植物生物反应器是转基因研究和应用中增长最快的生物技术产品之一。植物越来越多被用作生物反应器,生产抗体、疫苗、治疗蛋白、激素和细胞因子等高质量的生物制品,以及化妆品、食品和化学工业的生物产品,它们在医药和工业领域可作为药品和生物材料。探讨了利用转基因技术将植物作为生物工厂的巨大潜力,总结了有关植物源生物制品的最新研究进展,强调了植物源生物制品在医药、工业、农业等不同领域的多功能性。综述了药用工业用转基因植物在美国、欧盟等国家中的安全性评价与监管政策,以期为我国的药用工业用转基因植物的安全性评估与监管提供借鉴。
亚精胺(spermidine,Spd)是一种广泛存在于生物体内的三胺类代谢物,然而天然生物体内亚精胺丰度极低,传统化学合成法步骤繁琐且环境负担较大,导致现有生产模式难以满足日益增长的市场需求。系统综述了亚精胺的生物合成机制,重点解析了三条亚精胺合成途径,包括经典的精胺合酶(spermidine synthase,SPDS)途径、基于羧氨丙基胍(carboxyaminopropylagmatine,CAPA)的合成途径及基于天冬氨酸半醛(L-aspartate-4-semialdehyde,L-Asa)途径,并对其中关键途径酶的差异、前体物质代谢流分配和跨膜转运效率等进行了探讨,总结了代谢工程与酶工程策略在亚精胺途径优化中的研究进展,剖析了当前亚精胺生物合成体系存在的瓶颈问题,旨在为构建高产细胞工厂和推动亚精胺工业化生物制造提供理论支撑与技术参考。
利用生物信息学方法和蛋白性质预测模型挖掘新型GH45家族纤维素酶,实现其在里氏木霉中的高效表达,以期为畜牧饲料加工提供新的酶源。通过Preoptem蛋白模型预测工具结合公共数据库Uniparc,筛选得到Thielaviopsis punctulate来源的GH45家族纤维素酶TpCel45A。将其编码基因进行合成后构建表达载体,通过原生质体转化里氏木霉菌株,表达纯化获得重组TpCel45A蛋白并进行酶学性质测定。结果显示,重组TpCel45A的最适温度为55 ℃,最适pH为5.5,并展现出良好的热稳定性,80 ℃处理15 min后仍保持84%以上的酶活。重组TpCel45A具有宽泛的pH稳定性,在pH 4.0~9.0范围内处理1 h后剩余酶活力达52%以上。动力学参数测定显示,TpCel45A的 Km为8.04 mg·mL-1, Vmax为19.04 mg·mL-1·min-1。kcat为377.1 s-1,催化效率kcat/Km值为46.9。TpCel45A的挖掘、鉴定及异源表达为纤维素酶的工业应用提供了新的酶源。此外,TpCel45A优异的热稳定性和pH稳定性使其在高温制粒工艺和不同pH条件下具有良好的应用潜力,尤其在饲料加工和生物质转化利用等领域具有重要的应用价值。
探究了有机磷杀虫剂(organophosphate insecticides,OPs)在入太湖流域沿线的污染状况和生态安全问题。在丰水期和枯水期收集该水域水、悬浮颗粒(suspended particulate matter,SPM)和沉积物样品,采用GC法检测OPs的种类及含量,分析季节分布规律、分配系数和潜在污染源,然后评估OPs的生态风险。结果发现,水、SPM和沉积物样品中均能检测到辛硫磷(phoxim,PHO)、敌敌畏(dichlorvos,DDVP)、乐果(dimethoate,DMT)和杀螟硫磷(fenitrothion,MEP)。在水样中,PHO、DMT和DDVP的含量较高且占比多,MEP的含量相对较少。在丰水期,Σ4OPs的Kd1为0.44~1.32 L·g-1,Kd2为2.97~6.88 L·g-1;在枯水期,Σ4OPs的Kd1为0.34~1. 40 L·g-1,Kd2为2.85~7.43 L·g-1,表明OPs在水样、SPM样和沉积物中的分布较为稳定。综上,入太湖流域沿线水体已存在有机磷杀虫剂污染,工业、农业废水的排放可能是入太湖流域沿线OPs的主要来源,DMT和MEP 2种OPs污染物对镇江市通济河沿线主要河流具有潜在生态风险。
肉桂醛是一种重要的天然产物,广泛应用于医药、食品及饲料添加剂领域,然而传统化学合成方法存在高能耗和环境污染等问题,限制了其工业化应用。酶催化作为一种绿色合成途径,具有专一性高、环境友好的优点,对于探索酶催化合成肉桂醛具有重要意义。利用4-OT构建pET-20b-4-OT表达载体,在大肠杆菌中表达并纯化4-草酰巴豆酸互变异构酶(4-oxalocrotonate tautomerase,4-OT),验证以苯甲醛和乙醛为底物合成肉桂醛的能力,并在不同pH、温度、酶浓度、盐浓度及底物浓度下研究其合成性能,通过高效液相色谱检测肉桂醛产量并分析优化条件对肉桂醛生成的影响。结果表明,4-OT在最适pH 7.3,最适温度37 ℃,酶浓度为15 mg·mL-1时肉桂醛产量较初始条件提高181%,125 mmol·L-1 K2HPO4-KH2PO4能显著提升酶活性;底物苯甲醛和乙醛的最优浓度分别为0.5和500 mmol·L-1。扩大反应体系至400 mL后,肉桂醛产量最终提升719倍,转化率提高143倍。研究优化了4-OT催化合成肉桂醛的条件,显著提升了其催化效率和产量,为4-OT在肉桂醛绿色合成中的工业应用提供了有力支持。
绿原酸(chlorogenic acid,CGA)是烟叶中含量最多的多酚类物质,在烟草生长发育、烟气质量等方面发挥重要作用,可作为衡量烟叶品质的重要指标。CGA在烟草中的生物合成与调控机制一直是烟草科研工作者关注的焦点,对CGA生物活性方面的研究也已经深入到医药、保健、食品等领域。对烟草中CGA的合成途径、生物活性以及应用、影响烟草中CGA生物合成的因素以及合成途径中的关键酶基因进行了详细综述,以期为烟草等植物中CGA代谢调控及生物活性的深入研究和开发应用提供理论基础。
场效应晶体管生物传感器是一种基于场效应晶体管原理检测生物分子或生物标志物的传感器,由于其电场效应的信号放大特性可以检测到极低浓度的生物分子相互作用,进一步实现生物分子识别,在核酸检测领域具有无需核酸扩增的独特优势,核酸检测时间更短。此外,场效应晶体管生物传感器在核酸检测性能、便携性和成本效益等方面也有优势。总体而言,场效应晶体管生物传感器可实现超快速、超高灵敏度的病毒基因靶向识别,其结合微流控技术、纳米材料、柔性电子材料等,在食品安全、临床诊断、基因分型、生物安全等领域具有巨大的应用潜力。为了更好地将场效应晶体管传感器应用于生物检测领域,回顾了场效应晶体管生物传感器在核酸检测中的应用,从生物识别层方面对场效应晶体管生物传感器进行了分类讨论,以期为场效应晶体管生物传感器在核酸检测中的应用研究提供参考。
为探明不同薄荷品种精油含量及成分特征,对收集到的25个薄荷品种资源进行分析研究。利用水蒸气蒸馏法提取薄荷精油,并通过气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)对提取的精油成分进行分析,比较不同薄荷品种中的有效化学成分含量及组织特征。结果表明,24个薄荷品种的含油量介于0.03%~1.52%,其中,金薄荷的含油量最高,为1.52%;在22个精油中共鉴定出挥发性成分53种,其中醇类和萜烯类物质在所有鉴定品种中均有检出;在53种挥发性成分中醇类物质含量最高,为薄荷醇(金薄荷达到76.45%),酯类物质含量次之,主要成分乙酸芳樟酯(日本薄荷,48.66%);萜烯类化合物中的β-石竹烯、大香叶烯D、柠檬烯、1,8-桉叶素在21个薄荷品种中均有检出。精油中的有效化学成分在不同薄荷资源间存在差异性,精油成分特征之间的差异与品种亲缘关系的远近无关。精油含量高、品质好的品种为金薄荷。通过明确薄荷的精油成分特征,为薄荷精油的利用提供了科学依据。
研究旨在探讨miR-93通过PI3K/AKT通路调控巨噬细胞M2极化及神经血管组织修复,以促进创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)修复的机制。实验使用雌性C57BL/6小鼠,分为假手术组(Sham组)、模型组(TBI组)、TBI+miR-93抑制剂组和TBI+miR-93激动剂组。qPCR检测M1、M2型巨噬细胞CD80、CD206 mRNA的相对表达水平;酶联免疫反应(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)检测免疫炎症因子TNF-α、IL-12、TGF-β和IL-13浓度;血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)免疫荧光染色观察TBI后血管组织再生;Western blot检测p-PI3K和p-AKT蛋白的相对表达水平。结果发现,TBI+miR-93激动剂组能促进巨噬细胞M2型极化,抑制TNF-α、IL-12表达,促进TGF-β、IL-13表达,mNSS评分较低且VEGF表达活跃,p-PI3K和p-AKT蛋白表达升高。结果表明,TBI后,miR-93代偿升高,调节巨噬细胞M2型极化,有助于损伤后神经和血管组织修复,这一过程可能是通过激活PI3K/AKT信号通路实现的。
近年来,我国生物育种技术研究与应用虽取得了长足发展,但在基础理论研究、核心技术开发及市场重大品种培育等方面仍有待突破。生物育种是现代生物种业创新的核心,通过科技手段对育种技术、方法和产品进行创新,可以提高作物产量、质量和适应性,满足不断增长的全球粮食需求并应对环境挑战。发达国家和国际巨头种业利用生物技术结合大数据信息、人工智能等,推动种业进入“种业4.0时代”智能时代,育种模式从“杂交选育”向“智能选育”转变。基于此,综述梳理了生物育种技术的发展历程、国内外生物育种产业的发展现状,总结了生物育种关键技术创新及应用,讨论了目前生物育种产业化存在的问题和面临的挑战,并展望了未来的发展趋势,以期为提升我国的生物育种创新能力和种业发展提供借鉴。
抗体偶联药物(antibody-drug conjugate, ADC)临床应用的成功推动了放射性核素偶联药物(radionuclide drug conjugates, RDC)、多肽偶联药物(peptide drug conjugates, PDC)及小分子药物偶联物(small molecule-drug conjugates, SMDC)等新型偶联药物的快速发展。这些药物通过整合靶向递送与高效载荷释放,在癌症治疗领域展现出显著优势,并逐步向疾病诊断与其他治疗领域拓展。系统综述了偶联药物、偶联技术的研究进展与临床转化现状,探讨了其在适应症扩展、技术迭代及诊疗一体化中的未来研究方向。
为了评估内蒙古自治区呼和浩特汉族群体38个Y染色体短串联重复序列(Y-chromosomal short tandem repeat, Y-STR)的遗传多态性,探索其法医学应用价值及与国内其他群体的遗传关系,应用38个Y染色体遗传标记构成的复合扩增系统对随机选取的呼和浩特市272个无关汉族男性个体样本进行扩增,统计38个Y-STR基因座的等位基因频率和法医遗传学参数;基于Y染色体短串联重复序列单倍型数据库(Y-chromosomal short tandem repeat haplotype reference database, YHRD)纳入的国内各群体单倍型数据计算群体间的遗传距离(pairwise genetic distance, Rst),并在此基础上进行多维尺度分析(multidimensional scaling, MDS)。38个Y-STR基因座共检出333个等位基因,基因多样性值(gene diversity, GD)为0.043 4~0.967 5。共检出269种单倍型,其中3种单倍型出现2次。单倍型多样性(haplotype diversity, HD)和单倍型识别率(discrimination power, DC)分别为0.999 9和0.989 0。群体比较结果显示,呼和浩特汉族与陕西汉族等同一种族或地理位置毗邻的群体的遗传距离较小,即遗传关系较近,反之则遗传关系较远。研究选取的包含38个Y-STR基因座的复合检测体系具有较高的遗传多态性,适合呼和浩特汉族群体的法医学分析和群体遗传学研究。
豆粕作为重要的植物蛋白来源,在饲料和食品工业中应用广泛。然而,豆粕中抗营养因子(如抗原蛋白、非淀粉多糖等)的存在限制了其营养价值。酶解加工工艺是近年来新兴的一种改善豆粕营养价值的原料体外预处理方法,常用的酶制剂种类包括蛋白酶、纤维素酶、半乳糖苷酶等。总结了豆粕中抗营养因子的种类、不同的酶制剂及其作用机制、酶制剂的应用研究进展,旨在为豆粕酶解工艺中酶制剂的选择提供理论依据和技术参考。
八角茴香(Illicium verum Hook. f.)属于木兰科植物,是中国特有的药食同源植物,目前研究集中于其化学成分与药理作用的开发利用。然而,八角茴香化学成分的系统鉴定和药理作用的定量数据不足,加工及提取技术缺乏统一规范。综述系统梳理了八角茴香的主要成分,包括挥发油、黄酮类、酚酸类、倍半萜内酯类等,分析了其抗菌、镇痛、抗炎、抗氧化等药理作用,并总结了提取、分析及鲜料加工等方法的工艺要点,以期为完善八角茴香研究方法与工艺标准,提升资源利用效率和产业化应用提供有力支撑。
为探讨呋虫胺(dinotefuran,DIN)对斑马鱼早期发育阶段的免疫毒性及作用机制,以斑马鱼幼鱼为研究对象,在不同浓度的DIN(2、200和2 000 μg?L-1)中暴露5 d,检测氧化应激、免疫细胞、免疫相关参数及免疫相关通路中基因转录水平4个方面的变化。结果表明,DIN可显著减少中性粒细胞、巨噬细胞、胸腺T细胞的数量(P<0.01),降低溶菌酶(lysozyme,LYS)、IgM和补体C3等免疫因子的含量(P<0.01),提高白细胞介素1β(interleukin 1β,IL-1β)、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎症因子的含量(P<0.01);可剂量依赖性的增加幼鱼体内的活性氧水平(P<0.01),抑制过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathion peroxidase,GSH-Px)等抗氧化酶活性(P<0.01)。同时,DIN暴露改变了TLR4/NF-κB、JAK-STAT和Nrf2-Keap1信号通路中关键基因的转录水平。研究表明,DIN暴露可致斑马鱼幼鱼免疫毒性,且TLR4/NF-κB、JAK-STAT和Nrf2-Keap1通路在其中发挥重要作用。