合成生物学的发展与中美之比较

合成生物学是一个快速发展的前沿学科和备受关注的产业领域,合成生物学标志着人类认识和理解生命实现了从“格物致知”→“建物致知”→“建物致用”的跃升[1-3]。文章介绍了合成生物学的主要内容、作用和基础技术;详细介绍了美国在合成生物学领域的全面布局,中国在合成生物学领域的政策和布局。文章还比较了中、美两国在合成生物学及其产业发展的差异,并为中国合成生物学及生物经济的未来发展提供了建议。美国对合成生物学有着较早的认识,并首次提出了其概念。时至今日,在资源、环境、生态、医学、医疗保健等领域做了许多工作,并取得了可观的成果,美国的“促进可持续、安全和安全的美国生物经济的生物技术和生物制造创新”行政命令概述了满足健康、气候变化、能源、粮食安全、农业、供应链弹性以及国家和经济安全,国家生物技术和生物制造倡议也已启动,以确保美国本土生物经济的发展,建立更强大的供应链,创造新的就业机会,并为美国的气候目标做出贡献。中国对合成生物学的认识比美国晚了7~10年左右,但在国家重视的前提下,相关科技部门和领导发布了多个文件推动合成生物学研究,成立了一批从事合成生物学研究的机构,并逐渐发表了许多该领域的科学研究文章。中国的“十四五”规划概述了合成生物学研究及其实际应用和产业应用的快速发展文件和初步规划,促进了生物经济的发展。

基于结构计算设计提高费氏弧菌LuxR蛋白转录激活能力的策略

采用理性设计策略提高费氏弧菌转录因子LuxR蛋白的转录激活能力。利用蛋白质建模和分子对接方法构建了LuxR同源二聚体-3-oxo-C6-HSL复合物,进一步采用分子动力学模拟并进行结合自由能分析,寻找影响LuxR活性的潜在突变位点,最终借助虚拟饱和突变筛选有利突变体,并通过构建LuxR突变质粒验证突变体的转录激活能力。研究结果显示,Ser54对LuxR二聚化有重要影响,而虚拟饱和突变提示S54L、S54F、S54W与S54Y 4个突变能够提升LuxR二聚体的稳定性,这可能有助于提升其转录激活能力;实验验证发现当3-oxo-C6-HSL的浓度为10^(-5)mol/L时,S54W和S54L能够将LuxR的活性提高至WT的1.4倍。成功利用计算机辅助设计技术筛选出高活性LuxR突变体,为LuxR蛋白家族以及其他二聚体蛋白的改造提供新思路。

高脂饮食诱导的肥胖及其脂肪细胞外泌体对年轻小鼠创伤性膝关节炎的影响及机制研究

肥胖是膝关节炎的重要风险因素,但其对于青少年创伤性骨关节炎的影响仍有待于进一步研究。除了机械负重,其内在机制是否和脂肪组织外泌体的远程调控相关?为明确高脂饮食诱导的肥胖及其分泌的脂肪组织外泌体对年轻小鼠创伤性膝关节炎的影响作用,本研究首先将20只6周龄C57BL/6J年轻小鼠随机分为正常饮食组(control diet,CD组)、内侧半月板失稳术(destabilization of medial meniscus,DMM)手术组、高脂饮食组(high fat diet,HFD组)及高脂饮食加DMM手术组(HFD+DMM组),每组5只小鼠。CD和DMM组喂养常规饲料,HFD和HFD+DMM组喂养高脂饲料。在小鼠10周龄时进行DMM手术或假手术。提取高脂饮食组和正常饮食组小鼠脂肪组织外泌体(exosomes,Exo),进行体外鉴定,荧光标记活体成像。然后,本研究将15只6周龄C57BL/6J小鼠随机分为DMM组、DMM加肥胖小鼠脂肪组织外泌体注射组(DMM+HFD-Exo组)及DMM加正常小鼠脂肪细胞外泌体注射组(DMM+CD-Exo组),每组5只小鼠。DMM+HFD-Exo组与DMM+CD-Exo组小鼠进行外泌体尾静脉注射,每周一次(每次100μL,浓度为1μg·μL^(-1))。本研究动物福利和实验过程均遵循南京大学实验动物伦理委员会的规定(批准号:IACUC-D2204005)。所有组别的小鼠于18周时终止实验,取膝关节软骨组织进行固定,行micro CT检测,测量骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数目和骨小梁分离度。然后再将组织标本脱钙,制成4μm的石蜡切片,进行H&E及番红O固绿染色,观察小鼠膝关节的组织形态学变化。结果显示,与正常饮食组相比,高脂饮食诱导的肥胖能显著加重年轻小鼠创伤性膝关节炎的病理变化,表现为软骨Mankin评分增加,软骨表面粗糙,软骨下骨硬化增加;肥胖组织外泌体能加重DMM手术诱导的软骨病理变化,但不加重软骨下骨病变。因此,高脂饮食诱导的肥胖可以显著加重DMM手术诱导的年轻小鼠的创伤性膝关节炎,其机制与脂肪组织外泌体对膝关节的远程调控有部分关联。