繁茂膜海绵硅聚合酶抗体制备及其在造骨细胞鉴别中的应用

为准确鉴别海绵造骨细胞,分别提取了繁茂膜海绵、多皱软海绵和澳大利亚厚皮海绵的硅聚合酶,以繁茂膜海绵硅聚合酶为抗原制备抗体,效价为1∶9600。SDSPAGE显示三种海绵硅聚合酶的亚基分布在28kD左右;建立竞争抑制性检测方法并结合WesternBlotting检测,显示该抗体可与繁茂膜海绵硅聚合酶特异性结合,且与另外两种海绵硅聚合酶几乎无交叉反应。利用该抗体对繁茂膜海绵组织和体外培养细胞进行免疫组织化学染色,均可显示造骨细胞的分布。结果提示硅聚合酶抗体可以特异性与繁茂膜海绵造骨细胞内的硅聚合酶结合,因此,该抗体可以用于造骨细胞的鉴别。

硅质海绵骨针矿化机制及仿生应用研究进展

硅质海绵动物是地球上最简单、最古老的多细胞动物,它经几百万年的自然进化成就了适应自然和接近完美的技术蓝图,为人类利用纳米生物技术仿生合成生物无机矿物材料提供了一种崭新的节能和"环境友好"技术,在光纤、微电子和生物医学材料等领域具有广阔的仿生应用前景。生长在深海1000m以下水深的单根海绵动物的根须骨针长达3m,是世界上最长的生物硅,也是生物硅化机制和仿生应用研究不多见的载体。本文系统总结了我们在单根海绵动物根须骨针结构、组成、机械性能、光物理性能、生化特性和分子生物学基础、矿化机制和生物医学领域仿生应用等方面的研究成果。

深海六放海绵大骨针的结构与特性(英文)

在海绵动物(多孔动物)中,六放海绵和寻常海绵为硅质骨骼。生活在深海(1000m)中的六放海绵是最古老的海绵动物,其中间单根海绵和春氏单根海绵有长达3m的骨针,是地球上最长的生物硅结构。利用电子显微技术观测,这些直径达8mm的巨大根须骨针具有同心层状结构,其横截面显示明显的构造分界:中间为含有轴丝的轴管,外围是一50 -150μm厚的轴筒,最外面为层状区(300 -500层,每层厚度3 -5μm)。生物化学研究显示其主要的蛋白质为35kD大分子,另外,还检测到23 -24kD多肽,可能是硅蛋白相关蛋白。依据现有的红血球凝聚活性,从骨针提取物中也检测到了凝集素。由电子探针获得其化学成分主要为Si , K和Na。此外,骨针的光传输实验表明,该巨大根须骨针用作光纤可传输600nm至1 400nm范围的光,而滤掉小于600nm的光(类似高通滤波器)和大于1 400nm的红外光(类似低通滤波器)。另外,从六放海绵的空囊泡沫海绵中分离出一个基因并确证了其推导的编码蛋白序列,该蛋白编码一个光裂合酶相关蛋白,蛋白相似性比较结果显示属于光裂合酶相关蛋白中多细胞动物隐色素一类。基于以上数据给出了六放海绵硅质骨针形成的示意图。另外,由单根海绵骨针可作为波导传输光/电和/或化学信号,推断在海绵动物中有类似神经系统的网络系统。

大气CO2浓度升高对繁茂膜海绵硅酶基因表达及胁迫后滤食新月菱形藻能力的影响

为探究大气CO2浓度升高对海洋硅质生物的影响,以繁茂膜海绵Hymeniacidon perlevis为模式生物,在实验室条件下模拟大气CO2浓度升高(500、750、1000 mg/L)对海绵硅酶基因相对表达的影响,以及胁迫48 h后在当前大气CO2(390 mg/L)下恢复1 h时海绵滤食新月菱形藻Natzchia closterum能力的变化。结果表明:500 mg/L大气CO2胁迫12、24、48 h时,海绵硅酶基因表达量分别比对照组(390 mg/L CO2)提高24.8%、14.8%、19.2%,而750、1000 mg/L大气CO2胁迫12、24、48 h时,海绵硅酶基因表达量分别比对照组降低40.0%、71.9%、82.3%(750 mg/L CO2),55.2%、83.6%、80.8%(1000 mg/L CO2);经高浓度大气CO2胁迫48 h再恢复1 h时,24 h内对照组海绵块滤食微藻的平均效率和平均清除率分别为198.2×104cells/(h·g)和4.09 mL/(h·g),而500、750、1000 mg/L大气CO2浓度组海绵滤食微藻的平均效率与平均清除率分别为对照组的104.8%、96.6%(500 mg/L CO2),58.5%、65.3%(750 mg/L CO2),30.8%、20.0%(1000 mg/L CO2)。研究表明,大气CO2浓度升高至750 mg/L以上时明显抑制了海绵硅酶基因表达,并导致海绵滤食微藻能力大幅下降。

海绵硅蛋白研究进展

海绵是生物进化过程中最古老的多细胞动物,其中大部分能够利用二氧化硅在常温水环境下合成形状、大小和结构极为丰富的硅质骨骼。随着近年来人们发现其骨骼的基本组成单位骨针具有优异的光导性能和机械性能,海绵生物硅化过程及仿生纳米和微米硅质生物材料合成的研究成为生物技术和材料科学的热点。在海绵生物硅化过程中,一类被称为硅蛋白(Silicatein)的蛋白质表现出了特殊的催化活性,也因此得到了生物学家、化学家和材料学家的关注。以下将对硅蛋白的国际研究现状进行了评述,以期促进国内相关领域的研究。

生物无机化学范式的转变:硅质海绵动物中二氧化硅的酶促缩聚反应(英文)

硅蛋白的发现导致了生物无机化学范式的转变,因为它是第一个可以催化无机单体合成无机聚合物分子的酶。分子生物学,生物化学和细胞生物学数据证实,两种硅质海绵动物,包括寻常海绵和六放海绵,它们的骨针都是由硅蛋白/酶催化合成的。这种酶不仅存在于硅质海绵骨针内部,而且也存在于硅质海绵骨针表面。在硅质海绵骨针生长过程中,它催化生物二氧化硅的合成而构建硅薄层,一层层的硅薄层逐步沉积从而形成硅质海绵骨针。寻常海绵动物Suberites domuncula体外实验获得的硅蛋白活性数据(催化生物二氧化硅的形成)反映了体内骨针生长所需的生物二氧化硅量。本文最后总结了在寻常海绵动物骨针生长和成熟过程中出现的生物熔合现象,即内部的硅薄层"烧结"在一起形成致密的硅棒。强壮的和坚硬的生物二氧化硅骨架的形成需要经历一个硬化过程,这个过程由海绵动物排水通道表面的细胞膜控制,排除生物二氧化硅缩聚反应过程中释放出的水分而使材料固化。