国际基因工程机器大赛对地方院校本科生综合能力培养的启示

为促进合成生物学的发展,2003年由美国麻省理工学院发起的iGEM大赛拉开帷幕。随着比赛的影响力不断扩大,我国各大高校中越来越多的队伍参与其中。本文主要统计与分析了2016年至2020年,教育部直属院校与地方院校参与iGEM大赛的参赛队伍数量与获奖情况。结果显示:地方院校相较于教育部直属院校虽在办学经费、办学条件、参赛数量等各方面均处于劣势,但获奖所占百分比方面,地方院校不亚于教育部直属院校,这说明地方院校的学生同样具有与名校学生同台竞争的能力;此外,本文以地方院校延安大学为例,总结了iGEM大赛各阶段的比赛经验和对地方院校本科生综合能力培养的启示;希望通过本文为更多的地方院校参加iGEM大赛提供经验借鉴,以培养出更多生命科学,特别是合成生物学的杰出人才,为合成生物学的发展夯实基础。

动物多肽与钠通道选择性互作的微基序空间等电点

电压门控钠通道(Voltage-gated sodium channels,Nav,钠通道)是产生和传播神经冲动的重要离子通道,是动物多肽类毒素靶通道之一。动物多肽结合不同的钠通道受体位点,改变Nav的构象和通道动力学特性。本文聚焦钠通道与动物多肽的功能性结合,以经典动物多肽AaH2、Protoxin-II与Nav1.7互作的冷冻电镜颗粒结构为模板,探究多肽结合与钠通道激活、失活相关的电压感受器构象变化,提出多肽与钠通道互作的微结构域、氨基酸基序和空间等电点效价模型,以期为新型钠通道亚型特异性人工肽的设计和研制提供新思路。

盐酸萘甲唑啉的合成工艺研究

为了解决盐酸萘甲唑啉现有合成工艺落后、质量控制标准低等问题,对盐酸萘甲唑啉合成工艺进行了研究。以ICH Q11对化学药品研发与生产的相关规定为指导,设计一条从源头控制杂质产生的合成路线。以1-萘乙酸为起始原料,依次经过酰胺化、酰胺脱水、催化加成环合和成盐等4步反应得到目标化合物,并对各步骤进行工艺参数优化。结果表明,酰胺化反应中,以二氯甲烷为溶剂,n(1-萘乙酸)∶n(二碳酸二叔丁酯)∶n(氨水)=1∶1.2∶1.2时,收率为88.6%;脱水反应和加成环合反应中,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,后处理易操作且获得的中间体纯度高;成盐反应中,n(萘甲唑啉游离碱)∶n(36%盐酸)=1∶1.48时,收率为90.1%;经工艺参数优化后的4步反应的总收率为50.83%,产品中未检出欧洲药典所列的4种杂质,也没有产生新的杂质。合成工艺反应条件相对温和,后处理简单,可为盐酸萘甲唑啉的工业化生产提供理论基础。

盐酸阿比多尔有关物质的合成

为了对盐酸阿比多尔进行质量控制,合成了盐酸阿比多尔的5种可能的有关物质:6-溴-4-[(二甲基氨基)甲基]-5-羟基-1-甲基-2-[(苯基亚磺酰基)甲基]-^(1)H-吲哚-3-羧酸乙酯(有关物质A)、6-溴-4-[(二甲基氨基)甲基]-5-羟基-1,2-二甲基-^(1)H-吲哚-3-羧酸乙酯(有关物质B)、6-溴-5-羟基-1-甲基-4-[(甲氨基)甲基]-2-[(苯硫基)甲基]-^(1)H-吲哚-3-羧酸乙酯(有关物质C)、4-[(二甲基氨基)甲基]-5-羟基-1-甲基-2-[(苯硫基)甲基]-^(1)H-吲哚-3-羧酸乙酯(有关物质D)和6,7-二溴-4-[(二甲基氨基)甲基]-5-羟基-1-甲基-2-[(苯硫基)甲基]-^(1)H-吲哚-3-羧酸乙酯(有关物质E),并经MS、^(1)H NMR和^(13)C NMR确证结构。

铜绿假单胞菌群体感应信号分子PQS的功能多样性研究进展

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是一种革兰氏阴性条件致病菌,可对免疫功能低下或损伤的患者造成持续性感染。铜绿假单胞菌能成功感染离不开其自身产生的毒力因子,而这些毒力因子大多数都受群体感应系统(quorum sensing,QS)调控。铜绿假单胞菌有4个QS系统,分别为las系统、rhl系统、pqs系统和iqs系统。2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮(Pseudomonas quinolone signal,PQS)作为铜绿假单胞菌pqs系统的信号分子,不仅能够调控许多毒力因子的表达,也能够影响一些微生物和宿主的多种生理过程。本文总结了PQS多种生物学功能,如介导QS系统、调控生物被膜形成、介导外膜囊泡产生及铁摄取、调节宿主免疫活性、介导细胞毒性作用,以及提供种群保护等。本文旨在突出铜绿假单胞菌PQS的功能多样性,并为PQS新功能研究和抗菌药物的研发提供指导。

靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜的定向蛋白投放技术

【目的】随着合成生物学的发展,通过在细菌体内设计合成复杂、多功能的基因线路进行靶向治疗已经取得巨大进展。虽然这种使用细菌作为治疗传递系统,选择性地在体内释放有效治疗成分的方式具有极大优势,但是如何使细菌在代谢负荷增加较低的情况下有效地分泌功能蛋白并发挥作用依旧是一个难题。【方法】针对这一难题,本研究提供了一种新的策略,即以细菌中广泛存在的蛋白类杀菌素和丝状噬菌体等相关编码基因作为生物模块,通过对铜绿假单胞菌的这些内源生物模块的重新编排和组装,构建了一种能在特定条件下裂解并投放功能蛋白的工程菌。为了评价工程菌中构建的生物模块能否工作,本研究选择胞外多糖水解酶PelA和PslG作为工程菌投放的功能蛋白,以此构建了工程菌PAO1102。通过对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏实验、抑制形成实验以及抗生素耐药性实验,检验PAO1102对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏和预防效果。【结果】与对照组相比,工程菌PAO1102的处理可以显著破坏已形成的生物被膜并抑制生物被膜的形成,同时还可显著增强生物被膜中的细菌对妥布霉素的敏感性,且这些功能主要通过外界Pf4丝状噬菌体侵染并使工程菌裂解而释放功能蛋白这一途径实现的。【结论】本研究所构建的工程菌可以作为一种微生物工具,用于靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜。在后续的研究中可根据不同的需求,在工程菌中表达不同的功能基因并实现功能蛋白的定向投放,从而执行不同的生物学功能。