DNA计算机的分子生物学研究进展

DNA(脱氧核糖核酸 )计算机研究是一个新领域。从字面上看 ,它既包含DNA研究也包含计算机的研究 ,因而也包含DNA技术与计算机技术如何交融的研究。 1994年 ,Adleman在Science上报道了首例DNA计算的研究结果 ;2 0 0 1年 ,Benenson等在Nature报道了一种由DNA分子和相应的酶分子构成的、有图灵机功能的可程序试管型DNA计算机 ,标志着DNA计算机研究的重大进展。DNA计算机最大的特点是超大规模的并行运算能力和潜在的巨大的数据储存能力。目前DNA计算机研究已涉及许多领域 ,包括生物学、数学、物理、化学、计算机科学和自动化工程等具体应用 ,是计算概念上的一次革命。DNA计算机的研究大大促进了DNA分子操作技术尤其是在纳米尺度下操作DNA分子的研究速度。从DNA计算机的基本原理、应用形式、与基因组学研究的重要关系等方面总结和评述了相关研究进展。

低钠盐饮食对血压调控相关基因局部网络影响的初步研究

目的:调查食用低钠盐饮食对血压调控相关基因的表达的影响。方法:确定正常组和疾病组两组测试人群各3人,食用低钠盐两个月。抽提测试人群食用低钠盐前后外周血中的总RNA,经反转录应用22K Human Genome Array芯片分析基因表达差异。结果:在利用基因芯片监测的150个高血压候选基因中,正常组和疾病组人群的部分基因表达都有差异(比值大于2为表达升高,小于0.5为表达降低)。在疾病组测试人群中ADA、NPRB基因3人共同表达降低,正常组和疾病组SLC8A1基因都表达升高。结论:根据本实验观测,通过减少钠盐的摄入,离子通道和转运通路等方面对应的局部基因网络状态发生改变,为低钠盐成为降压非药物治疗的有力补充在基因表达层面上提供了证据。

摄食低钠盐对三高病人局部基因网络模式的共同影响

应用局部基因网络模式(Local gene network pattern)研究摄食低钠盐在高血压、高脂血及高血糖三种疾病人群血液基因表达谱引起的若干共同差异。测试人群包含19个样本(8正常,11三高疾病),经过检测食用低钠盐前后的基因表达芯片,在监测的150个高血压候选基因中,有17个有明显表达,其中的14个发现可以通过明确的信号通路相互连通成包含约60个基因的局部基因网络。该局部基因网络相对于正常组在三高疾病组中的共同变化表现在4个基因上。结果表明,局部基因网络可在分子水平上研究营养因子对不同人群的营养效应。上述三高病人响应低钠盐的共同局部基因网络可以从方法学上作为进一步研发功能食品的基础,也为低钠盐作为针对三高人群的非药物保健因子在基因表达上提供了进一步研究所需的素材。

基于DNA分子密码算法的防伪认证技术

基于DNA分子的密码实现方法和DNA分子的防伪认证技术的研究进行了综述。介绍了DNA防伪技术的发展背景以及目前该领域的主要研究进展及其应用,并指出了此技术今后的发展前景。

从系统生物学到配伍西药:中药现代化的一个核心战略

国际范围内系统生物学的兴起和发展在为中药现代化发展提供机遇的同时,更容易为西药的创新研发提供方便的手段,因为西药在分子水平上的研究基础比中药要强大得多。系统生物学对分子网络包括基因网络的深层把握将自动把西药的设计引向配伍的道路,而配伍西药可能就是中药现代化的一个终极目标。所以说中药现代化其实面临着潜在的巨大危机。如何化不利形势为有利形势,需要中药现代化的决策部门在战略战术上提出及时的应对方案。需要从国家利益的角度吸纳不同领域的研究力量并在分子水平上极大地拓展相关研究,不失时机地开展与西药配伍潜势相结合的具体研究。

中药现代化在系统生物学时代所面临的若干潜在危机

近几年系统生物学包括系统生物医学的发展很快。系统生物学相关学科的发展将在一定程度上逐步改进人们在生物技术上的研究手段和研制理念;系统生物医学正在逐渐把西药与中药联系起来,但是在这个联系的过程中蕴涵着中药现代化的重大危机。从其中的一个角度来看,中药是一种多位点定向或定点改变基因表达的技术;但是中药成分复杂,系统庞大,很难在几十年的时间内实现在基因水平上对中药的全面理解;而西药已经把基于基因网络和细胞信号传导系统结构的药物设计方法变成了常规技术。当基因网络相关的基础研究达到一定深度时,就可以发展一套成熟的多位点定向或定点改变基因表达的技术,很可能研制出中药化的配伍西药。从技术层面和研究资金强度上看,国际上大的生物制药公司实现西药中药化的目标已经准备了很好的条件,正在时间上与中药现代化进行赛跑并可能逐步与个体化医学接轨。

低钠盐饮食对胰岛素信号通路相关基因网络状态的影响

研究低钠盐饮食对高血压与肥胖并发者血液中胰岛素信号通路相关基因表达的影响,初步找到表达发生变化的基因间相互关联的网络状态。选择3名高血压与肥胖并发者,分别对他们食用低钠盐前后的血样做胰岛素信号通路表达谱芯片,共6张。以每个受试者食用前所做芯片图做对照,找出其食用后表达发生变化的基因。在检测的144个基因中,得到2次以上重复一致的异常表达基因共26条:上调基因6个,下调基因20个。食用低钠盐对胰岛素信号传导通路中的Focal Adhesion通路和PI3K途径有直接的影响,上述结果从血液基因表达的层面和局部基因网络的角度提供了食低钠盐缓减胰岛素抵抗的初步证据。

纳米材料对DNA热变性行为的影响

在基因操作过程中经常需要对脱氧核糖核酸(DNA)进行高温处理,如在聚合酶链式反应PCR操作中就需要对模板DNA进行升降温的操作,因此,DNA的热变性行为是关系到一些基因操作效率高低的关键.琼脂糖凝胶电泳实验显示,1,972,bp的短链λDNA高温处理后在1,000,bp左右处出现额外一条下带,而且此条带经过37,℃处理数小时即可恢复到1,972,bp,不像48,000,bp长链λDNA那样在高温处理后出现弥散现象.另外,显著添加不同的纳米材料对下带出现的温度有明显的影响,意味着添加适量纳米材料可以改变DNA分子结构对温度的敏感性.所发现的下带可能具有尚未报道过的特殊结构.

泡菜风味形成的原理

介绍泡菜发酵中乳酸菌所起的作用,分析泡菜风味形成的原理。首先探讨泡菜发酵所用的原料对泡菜风味所起的作用,然后介绍泡菜发酵过程中两种基本发酵途径,重点介绍发酵中间产物之间相互反应生成泡菜的风味组分。

纳米生物机器人研究与进展

介绍了纳米生物机器人相关领域的研究概况,给出了本小组基于病毒的纳米生物机器人的概念模型,对其中的关键技术和方法进行了分析,总结了目前存在的主要难题和可能的解决途径,最后展望了纳米生物机器人未来的发展方向.

植物丝氨酸:乙醛酸氨基转移酶研究进展

在植物、动物、微生物的细胞内普遍存在丝氨酸:乙醛酸氨基转移酶,在高等植物中此酶是过氧化物酶体中的标志性酶,在植物的整个生命活动中起着重要的作用。对植物中丝氨酸:乙醛酸氨基转移酶的研究进展进行了综述。

融合酶表达载体的构建及出现问题的初探

目的:将限制性内切酶FokⅠ催化区域基因(631bp)和PI-SceⅠ识别区域的基因(546bp)连接到一起,克隆入载体质粒pET28a+中,为表达新的限制性内切酶融合酶做准备。方法:分别以啤酒酵母和海床黄杆菌作模板,PCR扩增PI-SceⅠ和FokⅠ基因片段,再将它们克隆入载体质粒pET28a+,然后对整合质粒进行双酶切检测。结果:整合过程中,无论是PI-SceⅠ还是FokⅠ基因片段,都能单独成功插入载体,但当插入第二段基因片段时,酶切结果显示大约600bp的基因片段缺失了。结论:缺失可能因为两段连在一起的新基因在转化过程中对宿主细胞有毒性,宿主细胞对其进行了剪切;也可能这两段基因会形成某种高级结构而导致其不能很好的连接,产生缺失现象。

纳米碳粉和碳管对大肠杆菌抗紫外伤害的研究

[目的]研究碳纳米材料在紫外条件下对微生物细胞的生物学效应。[方法]以pUC19质粒的大肠杆菌(E.coli)为材料,研究多壁纳米碳管、纳米碳粉在不同紫外强度下对微生物存活率的影响。[结果]通过不同时间的紫外照射试验表明,加入纳米碳管可以有效增加存活菌落数目,而加入纳米碳粉也能提高微生物的存活率。[结论]碳纳米材料能够提高微生物在紫外条件下的生存率。

解脂酵母中POX3基因的敲除研究

对耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)中编码与γ-癸内酯合成相关的乙酰辅酶A氧化酶基因(POX1-POX5)中的POX3基因用Cre/loxP同源重组系统进行敲除。设计含有60个核苷酸与POX3基因的ORF两侧序列同源的长引物,以pUG6为模板构建带有loxP-KanMX-loxP系统的敲除组件,之后转化耶氏酵母,通过PCR确定阳性克隆子。将质粒pSH65转入阳性克隆子,半乳糖诱导表达Cre酶以切除KanMX基因。最后在YPD培养基中传代丢失pSH65质粒,获得POX3缺陷型菌株。由于在解脂酵母中表达生产γ-癸内酯直接牵扯到若干个需要抑制的基因,单独缺失其中的一个基因理论上可能实现不了产量的极大值。本研究为进一步构建组合敲除准备了条件。

乳腺癌局部基因网络模型及其与营养代谢模块的耦联

利用局部基因网络模式方法构建了乳腺癌的局部基因网络与若干营养代谢模块的耦联图,初步展示了脂类代谢(其中包括酒精代谢)、多糖代谢、能量代谢和氨基酸代谢与乳腺癌易感基因之间的复杂联系,为研究复杂疾病与营养代谢失调之间的关系提供一个方法平台,也为乳腺癌病人个体化饮食营养配伍研究奠定分子基础。

用rpsL基因突变实验评价丙烯酰胺致突变性的方法初探

采用rpsL基因突变实验对丙烯酰胺的致突变性进行了初步研究。实验设0.05、0.10、0.25、0.50、1.00 mg/mL 5个丙烯酰胺的剂量组和阴性、阳性对照组。结果发现,丙烯酰胺剂量组的突变频率与阴性对照组相比均有显著差异,并且有剂量效应关系,表明丙烯酰胺可诱发rpsL位点的突变。由于rpsL突变实验自发突变背景水平低、灵敏度高,因此rpsL突变实验有望成为食品和医药领域中致癌物快速检测的有效工具。

枯草杆菌碱性蛋白酶E的纯化和性质

目前国内外研究较多的是地衣芽孢杆菌(bacillus licheniformis)碱性蛋白酶Carlsberg和解淀粉芽孢杆菌(bacillus amyloliquefaciens)碱性蛋白酶BPN’的纯化。鉴于蛋白酶E和蛋白酶BPN’在结构上有15％的非同源性,故我们用修饰纯化蛋白酶BPN’的方法来纯化蛋白酶E(subtilisin E)。

NPY及YWHAH基因多态性与精神分裂症的关联分析

调查了583例精神分裂症患者及372例健康人,对NPY(neuropeptideY)及YWHAH(1433etachaingene)基因中几个已报道过的阳性关联位点进行了检测。YWHAH基因上的-134(GCCTGCA)2～4位点因扩增失败未能考察,NPY基因上的T1128C位点在样本中则不存在。重点对-485C>T(NPY)和G753A(YWHAH)两个位点进行了分析,各相匹配组间比较均未发现等位型频率(P值分别是0.696和0.743,OR值分别是1.041和0.962)和基因型频率(P值分别是0.45和0.75,χ2值分别是1.51和0.58)的显著性差异。对两个基因之间的基因型相对风险分析表明,它们也不能协同导致疾病风险(P>0.05)。结果提示,在中国汉族人群中-485C>T(NPY)和G753A(YWHAH)两个多态性位点与精神分裂症的遗传易感性不存在关联。

利用支持向量机预测生物膜蛋白类型

利用统计学习理论中的支持向量机(SVM),基于氨基酸组分含量预测生物膜蛋白类型.使用文献中2059个训练集和2625个检验集膜蛋白序列数据,运用统计预测中的校准检验,留一法交叉检验和独立数据集检验方法进行分类预测.结果表明,SVM对膜蛋白类型预测具有明显的优越性,该算法对当前已有方法起到重要的补充作用.

纳米银颗粒增强聚合酶链式反应长片段DNA反复扩增的特异性

基因操作者经常需要把数量稀少的DNA样品进行反复扩增以供进一步研究之用.在反复扩增过程中,上一次扩增产物当作下一次扩增的模板使用.对于较短的DNA片段(几百个碱基),一般反复扩增不会遇到特别的困难;但是较长DNA片段(几千到几万个碱基)的反复扩增一般会极大地降低聚合酶链式反应(PCR)的特异性.实验中发现,当扩增较长片段基因时,在常规PCR热循环体系中添加粒径平均为70 nm的银颗粒,使反应体系纳米银颗粒浓度达到0.1～1.2μg/μL,可以在一定程度上保持PCR反复扩增反应的特异性.其机理之一可能是常规PCR反应体系在添加了纳米银颗粒后改善了溶液的导热性能.