核酸-微流控芯片检测食品病原微生物的研究进展

病原微生物导致的食源性疾病暴发已经引起全球的广泛关注。传统微生物检测依赖于平板培养和生化分析,耗时耗力,无法满足不断增长的食品安全检测需求。因此,迫切需要建立高效的食品病原微生物检测方法。以核酸为目标的检测方法灵敏度高且用时短,已有研究将其应用于食品中病原微生物的检测。微流控芯片具有体积小、比表面积高和设计灵活的特点,在检测中可以发挥其方便携带、试剂节约和高通量等优点。为使核酸检测方法能够进一步推广至现场以及资源匮乏的检测环境中,研究人员将核酸检测与微流控芯片相结合,为开发简便高效的食品病原微生物检测方法提供了一种新的选择。本文主要对近年基于核酸建立的聚合酶链式反应-微流控、环介导等温扩增-微流控、重组酶聚合酶扩增-微流控、依赖核酸序列扩增-微流控芯片和解旋酶依赖扩增-微流控芯片的食品病原微生物检测方法进行总结。核酸扩增技术与微流控芯片结合为简便高效地检测食物病原微生物提供了新方法。

虫媒病毒与生物安全

介绍虫媒病毒的主要传播媒介以及它们在人类社会引发的重大传染病,描述几种重要虫媒病毒的流行情况,分析与虫媒病毒有关的新型生物技术和新发突发传染病造成的相关风险,同时探讨人类为预防和控制虫媒传染病所采取的策略以及当前技术发展的难点。综述旨在加强公众对虫媒病毒及其引发的生物安全问题的认识,展望传染病防控领域未来的研究方向,并呼吁有关部门加快推动相关政策法规的出台,以应对今后出现的虫媒病毒传染病流行。

聚集体自噬研究进展

错误折叠蛋白在细胞内大量堆积后会形成蛋白聚集体,干扰细胞正常生理活动,以至引发各种人类疾病,尤其是神经退行性疾病。因此,研究聚集体的形成和清除过程对治疗神经退行性疾病具有重要意义。蛋白聚集体在形成过程中会受到相分离的调控,在液相、固相等多种状态间转变,这影响了聚集体的性质及其清除方式。尽管细胞内多种蛋白质量监测系统均可参与错误折叠蛋白的清除,但是一旦聚集体形成,通常需要通过自噬途径清除,即聚集体自噬过程。在聚集体自噬中,p62、NBR1、TAX1BP1、Tollip、CCT2等自噬受体能够帮助自噬系统识别蛋白聚集体,在聚集体的清除中发挥重要作用。文章主要介绍聚集体的形成以及通过自噬清除的过程,并聚焦于聚集体自噬领域的最新研究进展。

脂肪组织的神经支配与调控

脂肪组织是重要的代谢和内分泌器官,分布于皮下、内脏器官周围等部位,依据形态和功能可以分为棕色、白色和米色脂肪组织,对糖脂代谢、胰岛素敏感性等发挥关键调控作用,影响机体能量稳态。脂肪组织内分布交感和感觉神经纤维,前者通过释放去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)促进白色脂肪细胞脂解与棕色脂肪细胞产热,具有较强可塑性,受到脂肪组织内不同基质细胞、免疫细胞等调控;感觉神经纤维则将脂肪组织中的信号传递到中枢神经系统。脂肪组织内神经支配失常会影响肥胖、糖尿病和心脑血管疾病等一系列健康问题。

开启生命程序:合子基因组如何启动?

合子基因组激活(zygotic genome activation,ZGA)是卵子受精后的第一个转录事件,标志着胚胎基因表达程序的启动.ZGA缺陷严重影响胚胎发育,甚至导致胚胎死亡.随着微量细胞测序技术和单细胞分析技术的快速发展,人们对ZGA的理解在近年来取得了长足进步.相关研究揭示了ZGA期间表观基因组、转录组、蛋白质组和代谢组的景观、重编程过程和相关机制.此外,ZGA的正常启动依赖多方面因素的协同调控.表观遗传重编程为ZGA及后续转录过程建立适宜的染色质环境,ZGA也影响表观遗传的重编程.ZGA也广泛受到RNA水平的调控,关键转录因子通过选择性激活基因表达驱动ZGA发生.本综述阐述了不同物种ZGA相关表观遗传重编程事件,ZGA相关RNA调控因子、核心ZGA转录因子的作用机制,以及ZGA期间转录组、蛋白质组、代谢组等多维度重编程景观.最后,我们针对ZGA过程中尚未解决的科学问题进行了深入探讨.

新冠病毒感染机制的透射电镜研究评述

对冠状病毒本身及病毒-宿主相互作用的研究随着透射电镜技术的发展而逐步深入。利用透射电镜技术,在新型冠状病毒的形态特征与感染机制研究中已取得了一系列重要成果,包括全病毒的三维结构、病毒在细胞内复制与组装的原位信息、病毒与宿主分子水平的互作机制等。该文从新型冠状病毒的结构蛋白与非结构蛋白两方面介绍了透射电镜技术在病毒结构研究中的进展,以及为药物和疫苗研发提供的启示。

平面波超声成像中的波束合成方法研究进展

平面波成像通过单次全孔径发射-接收即可获取整幅图像,将成像帧频显著地提升至1000帧/秒以上。然而,平面波成像过程中发射的非聚焦波束将导致回波信号信噪比降低,进而使图像的分辨率和对比度变差。通过多角度相干复合成像技术可以改善平面波成像的图像质量,但是会以牺牲帧频为代价。因此研究人员们开始将新型波束合成技术引入平面波成像中,例如自适应波束合成、基于逆问题求解的波束合成及基于深度学习的波束合成方法等,以期实现图像质量和成像帧频间更好的权衡。该文综述了平面波成像中的新型波束合成方法领域的研究进展,并对该应用进行了总结和展望。

冷冻电镜断层成像技术破解重构新冠病毒全分子结构难题

清华大学李赛研究员与浙江大学李兰娟院士领衔的科研攻关团队利用冷冻电镜断层成像(Cryo-electron tomography,Cryo-ET)和子断层平均重构技术(subtomogram averaging,STA)首次解析了新冠病毒从内到外的全病毒三维结构,这一重大研究成果于2020年9月15日以“新冠病毒的全分子结构”(Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus)为题在国际权威学术期刊《Cell》杂志上在线发表.这一研究成果不仅加深了对于新冠病毒组装与入侵宿主机制的了解,而且对疫苗及抗体药物的研发具有重要作用.

同呼吸共命运:线粒体呼吸链超级复合物

新陈代谢——物质代谢和能量代谢——是生命最基本的特征之一。总体上,从能量流动的方向来说,能量代谢可以分为两类:光合作用(储存化学能)和呼吸作用(利用化学能)。一直以来,呼吸作用的媒介和机制问题都是科学家关注的重要研究课题,人们对它们的认知也在不断更新和进步。清华大学杨茂君教授研究组对呼吸作用的载体——呼吸体蛋白超级复合物的结构生物学研究,向我们展示了细胞内这个复杂而又精妙的生物能量转换器的全貌,不但让我们更真切地领略到了大自然之鬼斧神工,也为治疗多种与线粒体功能紊乱有关的疾病提供了药物设计及筛选的生物学基础。

自噬的前世今生

自噬是细胞通过溶酶体(或液泡)分解自身组分以达到维持细胞内正常生理活动及稳态的一种细胞代谢过程。自噬作为一种在真核生物中保守存在的细胞通路,与人类的疾病与健康息息相关。2016年,诺贝尔生理学或医学奖颁发给为自噬通路研究做出过卓越贡献的日本生物学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)。本文其一旨在通过介绍自噬及自噬相关基因的发现细节,带领读者了解自噬被发现和阐释的历程;其二旨在通过介绍自噬起始的相关机制及自噬与疾病的联系,引导读者对于自噬生理功能有更深入的理解;最后本文还提出了一些自噬领域目前尚待进一步研究的方向,供读者参考。

三链染色质结构R-loop的研究进展:从检测方法到生物学功能

R-loop是由一条单链DNA和另一条RNA∶DNA杂合链组成的三链染色质结构,在众多生物体中发挥着重要的生物学功能.生物体内有众多调控因子通过调节R-loop的稳态来影响各水平的基因组调控事件,如转录、复制、DNA损伤及修复等.近年来,随着R-loop的检测技术日益成熟,越来越多的R-loop生物学新功能正在被发现.本文归纳比较了不同的R-loop检测方法,并对植物R-loop生物学功能研究进展进行了重点阐述.

核药物发展小记

简要回顾了20世纪70年代以来核药物领域发展的主要成就,并对目前在临床上应用最为广泛的核药物探针[18F]FDG作了重点介绍。[18F]FDG的发展可追溯至20世纪20年代,历经半个世纪终于成功应用于临床,在肿瘤、神经退行性疾病、心血管疾病的诊断中发挥了巨大作用。除此以外,本文也介绍了多肽类及蛋白类核药物的最新进展。在梳理核药物发展脉络的同时,本文也借此机会向读者介绍了几位为核药物发展做出巨大贡献的科学家,并作为晚辈向其致以崇高的敬意。最终,笔者希望向读者阐明核药物研究立足基础研究、面向临床问题的学科特色,也希望读者能通过对经典核药物发展脉络的了解,对自身的科学研究有所启发。

细胞自噬研究概览

自噬(autophagy)是一种细胞通过溶酶体或液泡(酵母),将受损的或多余的细胞组分降解形成生物小分子的细胞代谢过程,在真核生物中十分保守,而其正常与否也与人类的身体健康密切相关。在距Christian de Duve发现溶酶体并提出自噬这个概念50多年后,日本分子细胞生物学家大隅良典因对自噬机制的阐明做出的重大贡献而获得了2016年度诺贝尔生理学或医学奖。本文旨在回顾自Christian de Duve发现溶酶体至今自噬领域的发展历程,并介绍中国的研究现状。

嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology,NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”.

人工进化暑期学校和冬令营:有组织的创新人才早期培养模式

本文介绍了清华大学生命科学学院举办的人工进化暑期学校和冬令营项目.项目通过融合创新教育和科学实践,引导学生开展原创性实验,解决尚未解答的科学问题,培养他们的创新能力和探索精神.文章强调了科教融合、理论与实践结合的重要性,并探讨了人工进化与人工智能在生物医药研究中的应用前景,以及创新人才早期培养模式的可推广性.

内质网-高尔基体中间体功能研究进展

内质网-高尔基体中间体(ERGIC)的发现来自于对病毒蛋白胞内转运的研究.最初认为ERGIC是内质网和高尔基体之间的膜泡运输分选站,主要调控早期分泌途径中的货物分选及双向运输.随着研究的深入,发现ERGIC在细胞应激条件下发挥其他重要细胞学功能,包括在自噬过程中调控早期自噬体膜的形成,以及在非经典蛋白分泌途径中扮演蛋白跨膜转运的膜泡载体.多项研究证明包括新冠病毒在内的冠状病毒利用宿主细胞的ERGIC作为其装配位点,实现复制和包装.除此之外,研究提示ERGIC也参与蛋白质量控制,而且可能以内质网漩涡等其他的内膜体形式存在,并调控细胞应激条件下的内膜系统稳态平衡.虽然ERGIC多个功能被发现,但是我们对ERGIC的功能认知只是冰山一角,尤其是对ERGIC不同生理和病理状态下结构动态和功能调控尚不清楚.本文将对ERGIC的细胞学功能以及分子调控机制进行总结和讨论.

亚硝胺类DNA反应性杂质可接受摄入量的监管科学研究

DNA反应性杂质在上市药品中屡见不鲜,引起国内外药品监管机构的高度重视。基于不同国家和地区发布的相关指导原则或草案,2017年ICH M7(R1)采用决策树法对DNA反应性杂质提出了较为明确的分类及控制策略。本文就ICH M7(R1)的底层设计科学逻辑和亚硝胺类杂质的可接受摄入量的确定方法展开论述,结合杂质限度、杂质风险预测和毒性数据库创建三个维度,探讨符合中国国情的DNA反应性杂质监管工作。

“门控-弹簧”模型及其在果蝇机械力信号转导中的分子基础

机械力是生物体生命活动中普遍存在的一种物理刺激,高等生物对机械力的感受是听觉、触觉、压觉以及平衡觉等重要生理过程的生物学基础。生物体中的感受器细胞对机械力信号的转导是上述感受的关键,这一信号转导过程可将细胞外机械力刺激转换为细胞的电信号或者化学信号。"门控-弹簧"模型("Gating-Spring"model)在细胞水平定量地描述了机械力信号转导的原理,但是其分子基础(包括机械力信号转导通路的分子组分,结构基础以及力学原理)依然有待探索。近年来,人们以果蝇为模式生物对上述问题进行了系统的研究,取得了重要的进展。本文对"门控-弹簧"理论进行了概述,并对在果蝇系统中取得的研究进展以及有待解决的问题进行综述和展望。

多替拉韦用于艾滋病治疗的临床应用

目的通过分析多替拉韦(DTG)的临床试验数据,为优化基于DTG的抗反转录病毒疗法(ART)提供参考。方法检索国内外有关DTG的文献,对DTG的药效学特性、药动学特性、安全性以及基于DTG的不同ART方案的疗效进行分析总结。结果DTG具有强大的活性、良好的耐受性以及较高的耐药屏障。多项临床试验表明,基于DTG的二联法具有不劣于三联法的疗效和安全性。结论DTG已成为目前ART中的核心药物,基于DTG的二联ART应用前景可观。

纳米酶在生物医药领域应用的研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶。近年来,由于交叉学科的爆炸式发展,关于纳米酶的研究呈指数性增长。为了突出纳米酶在生物医药领域的研究成果,帮助相关研究人员了解纳米酶在该领域的研究现状,本文概述了纳米酶在生物医药领域的应用研究新进展。从纳米酶在疾病治疗和疾病诊疗一体化研究两个方面出发,总结了纳米酶在生物医药领域的研究进展。在疾病治疗领域,纳米酶用于肿瘤、炎症、细菌感染和心脑血管相关疾病治疗的应用研究。总结了纳米酶联合光声成像、磁共振成像与和光热成像技术等在疾病诊疗一体化领域的研究新进展。对纳米酶未来的研究方向和发展趋势进行了展望。