基于核酸侵入反应的生物分子检测技术的研究进展

核酸侵入反应是由5＇核酸内切酶或flap内切酶催化的,能够识别切割核酸片段形成的特异性结构的一类反应。近年来发展了很多基于该反应的生物大分子检测技术,能够对DNA、RNA、miRNA及蛋白质进行高灵敏、高特异性的测定。这些技术大都无需扩增待测靶标,极大地降低了扩增产物交叉污染的风险,在临床检测中具有很大的应用前景。本文对这些检测技术的原理及应用作简要综述。     

重组flap核酸内切酶1的表达及活性测定方法的建立

Flap核酸内切酶1(Flap endonuclease 1,FEN1)是一种能催化核酸侵入反应的核酸内切酶,可应用于信号放大检测方法,但该酶详细的表达纯化工艺尚无报道,并且活性难以准确测定,限制了其应用。通过合成嗜热古球菌Archaeoglobus fulgidus来源的FEN1基因序列,构建了p ET24a(+)-FEN1-His重组质粒,并通过优化表达条件,得到了FEN1最优表达条件为:37℃、200 r/min振荡培养8 h后,加入诱导剂IPTG至终浓度为0.05 mmol/L,再于37℃、200 r/min诱导表达11 h,最终经镍亲和层析成功纯化得到了分子量约为38 k Da的重组FEN1。同时建立了基于荧光标记探针的FEN1活性测定方法,准确测定了重组FEN1的活性,为建立基于该酶的核酸检测方法提供了可靠的酶活力依据。最终将重组FEN1用于实时荧光PCR偶联高特异核酸侵入信号扩增法检测了乙醛脱氢酶2基因(aldh2)的基因型,得到了准确的分型结果,表明重组FEN1能用于基因多态性的分型检测中,为发展基于核酸侵入反应的核酸检测方法提供了可靠的工具酶。     

寡核苷酸药物及寡核苷酸制备技术研究进展

寡核苷酸是生物医学和生命科学研究中调节基因表达的基本工具,并被开发为基因靶向治疗药物,用于治疗病毒、肿瘤和遗传病。寡核苷酸药物主要包括反义寡核苷酸、小干扰RNA、核酶、脱氧核酶、反基因、Cp G寡核苷酸、转录因子诱饵和核酸适配体等。天然的寡核苷酸在体内很容易被降解,特异性低,且有毒副作用。因此,药物寡核苷酸通常带有特定的修饰基团,如硫代磷酸二酯键、氟代、甲基以及锁核酸等,以增强寡核苷酸在体内的稳定性,提高特异性,并降低其毒副作用。目前,寡核苷酸主要采用化学方法合成,但化学合成的寡核苷酸初产物纯度低,而纯化十分困难。大规模核酸合成仪和纯化设备十分昂贵,因而大量合成和纯化寡核苷酸的成本高昂,大大限制了寡核苷酸药物的研究和应用。尽管已经涌现了多种多样的核酸扩增和检测方法,但用于扩增寡核苷酸的方法极少,且均不适合大量制备寡核苷酸。一种新的基于热循环的寡核苷酸扩增方法,称为"聚合酶-内切酶扩增反应"(Polymerase-endonuclease amplification reaction,PEAR),能够使寡核苷酸等小分子核酸在双酶催化下,利用独特的"滑动-切割机制"进行自我复制,并实现指数扩增。PEAR反应简单、高效、稳定。该方法已成功制备硫代和氟代修饰的寡核苷酸,与化学合成法相比,该技术不依赖于大规模DNA合成仪,降低了生产成本,适合大量生产高纯度的寡核苷酸,将有助于推动寡核苷酸药物的研究和应用。     

多重环介导核酸等温扩增技术检测血液中常见病原体

背景：血液安全性筛查是输血前必要检测项目。目前临床采用血清学检测技术,存在较长的检测窗口期,易产生假阴性检测结果,造成输血交叉感染。目的：建立多重环介导核酸等温扩增技术,实现在一管反应体系内同时检测四种病原体：乙肝病毒,丙肝病毒,艾滋病毒和梅毒螺旋体。方法：通过限制性酶切处理多重环介导核酸等温扩增产物,利用酶切产物的长度分析扩增产物的种类,从而分析待测样本中含有何种血液病原体。结果：检测164例临床样本,其检测结果可以通过琼脂糖电泳,聚丙烯酰胺凝胶电泳及芯片电泳分析,且均可实现对多重扩增产物的酶切片段进行区分和鉴别。结论：多重环介导核酸等温扩增技术可以同时单管检测多种待测血液病原体,可以为临床提高简单、快速、高灵敏和高特异的检测技术。     

FEN1酶介导的功能核酸生物传感器的研究进展

瓣状核酸内切酶-1(Flap endonuclease 1,FEN1)是一种可以识别三碱基重叠结构(三核酸)并对其进行切割,释放出5’-flap片段的结构特异性酶,并且有着高效稳定的切割效率。基于此种特性,通过不同的信号输出方式,FEN1酶现被用于DNA、RNA、病毒等放大检测中。首先对FEN1酶的发现、性质以及作用方面做了相应介绍,然后根据所检测的靶物质不同,对FEN1酶所介导的生物传感器进行分类,主要包括对单核苷酸多态性的检测、甲基化检测、基因型检测、RNA检测、病毒检测、肿瘤检测和微生物检测等。此外,对FEN1酶与纳米材料的结合以及体内表征及治疗也进行了较为详细的介绍。同时,还对传感器之间的原理、灵敏度、特异性及适用领域等方面进行比较和优缺点的简单评价。最后,对FEN1酶所介导的生物传感器的中存在的不足,以及未来的发展方向进行了展望,旨在为今后研发更便携、更灵敏、更准确的FEN1功能核酸生物传感器提供理论参考。     

核酸内切酶在细胞凋亡中的作用

核酸内切酶在形成细胞凋亡的典型特征——DNA片段化中,发挥着直接的重要作用.介绍了已知的参与细胞凋亡的二价金属离子依赖性和非依赖性核酸内切酶种类,其中二价金属离子依赖性主要有nuc18、DNaseⅠ、Ca^2＋/Mg^2＋核酸内切酶、Ca^2＋/Mn^2＋核酸内切酶、DNaseγ、nuc58和nuc40;二价金属离子非依赖型主要有DNaseⅡ及类似核酸内切酶.此外,还初步探讨了核酸内切酶降解染色质DNA的过程及其作用机制.     

关于限制性核酸内切酶的几个“一定”问题

限制性核酸内切酶是现代分子生物学实验过程中常用的工具酶之一,在不同版本的教材中均作为重点内容要求学生掌握。结合教学实践,从限制性核酸内切酶的识别序列、切割位点及在基因工程中的应用等几个方面进行了比较、分析,进而总结了几个关于限制性核酸内切酶的几个"一定"问题。     

基因扩增产物的固相杂交-酶联显色方法的建立

建立基于基因扩增技术的简便、快速的病毒核酸定量检测方法．将标记有生物素的寡核苷酸引物所扩增的病毒基因产物,与通过共价键结合在微孔反应板上的特异性探针进行快速杂交,然后通过辣根过氧化物酶标记的抗生物素进行酶联显色,读取光密度值．应用本方法对血清中乙型、丙型肝炎病毒核酸定量检测,灵敏度分别可达１－５拷贝／反应．此方法简便、快速、特异性好、敏感性高、半定量指标客观,可广泛应用于肝炎病毒感染的临床诊断和疗效评价．     

嗜热古菌Sulfolobus acidocaldarius核酸内切酶V的重组表达与酶学特征

[目的] 表达纯化嗜酸嗜热硫化叶菌（Sulfolobus acidocaldarius）的核酸内切酶V （Saci_0544）,对其核酸内切酶活性及酶学特征进行探究。[方法] 将Sulfolobus acidocaldarius核酸内切酶V （SacEndoV）在大肠杆菌中进行重组表达,经亲和层析纯化得到目标蛋白;利用带有不同类型损伤的寡核苷酸作为底物,结合变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,鉴定SacEndoV对相应损伤寡核苷酸底物的剪切活性。[结果] SacEndoV特异性剪切含脱氧肌苷（Deoxyinosine）的损伤DNA底物,明显偏好单链DNA底物。SacEndoV在70-95℃温度范围内酶活性高,酶活性依赖于二价金属离子,Mg²⁺为最佳辅助离子,其最佳反应pH为7.5-8.0,高于200 mmol/L的NaCl会明显抑制其剪切活性。损伤DNA中脱氧肌苷3''端相邻的脱氧核糖核苷酸的结构完整性对于SacEndoV识别并剪切相应底物具有重要影响,脱氧肌苷3''端无碱基位点的存在使得SacEndoV不能够切断损伤DNA。此外,经测定SacEndoV对于含肌苷的损伤RNA底物具有剪切活性。[结论] 本研究证实SacEndoV是一种典型的核酸内切酶V,对含脱氧肌苷的损伤DNA具有特异性的内切酶活性,推测其在Sulfolobus acidocaldarius体内参与脱氧肌苷的切除修复。     

Comparison of full-length genomics sequences between dengue virus serotype 3, parental strain,and its derivatives,and B-cell epitopes prediction from envelope region

Biological markers are normally used to evaluate the candidate of live-attenuated dengue vaccines. D3V 16562 Vero 23 and D3V 16562 Vero 33 which were derivatives of D3V 16562, parental strain, showed the similar biological data. We used molecular techniques and computational tools to evaluate these derivatives. The nucleotide and amino acid sequences of the derivatives were compared to their parent. The secondary structures of untranslated regions and B-cell epitopes were predicted. The results showed that nucleotide substitutions mostly occurred in NS5 and NS5 of V2 was unusual because of amino acid change at 3349 (tryptophan →stop codon). The nucleotide substitutions in 5''UTR, prM, E, NS1, NS2A, NS3, and 3''UTR were 4, 1, 2, 2, 1, 3, and 2, respectively. The secondary structure of 5''UTR of V2 was different from P and V1. The secondary structure of 3''UTR of V2 was similar to P and certainly distinct from V1. Furthermore, B-cell epitopes prediction revealed that there were 21 epitopes of envelope and the interesting epitope was at position 297-309 because it was in domain III in which the neutralizing antibody is induced. For this study, the attenuation of derivatives was caused by the nucleotide substitutions in 5''UTR, 3''UTR, and NS5 regions. The genotypic data and B-cell epitope make the derivatives attractive for the chimeric and peptide DENV vaccine development.     

喜盐鸢尾花色形成关键基因的克隆及表达分析

喜盐鸢尾(Iris halophila Pall.)及其变种蓝花喜盐鸢尾(I.halophila Pall.var.sogdiana(Bung)Grubov)因耐盐碱及其多种花色而具有盐碱地园艺开发价值。本文根据喜盐鸢尾内轮花被转录组测序结果,利用基因特异性引物从这2种植物中分别克隆了编码查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、类黄酮-3',5'-羟基化酶类(F3'5'H-like)等基因的部分片段,并对它们在内轮花被中的表达水平进行实时定量PCR分析。序列分析结果确认在喜盐鸢尾中所克隆的CHS(311 bp)、CHI(457 bp)、F3'5'H-like(496 bp)3个基因(部分)未见文献报道与NCBI等数据库记录。其中F3'5'H-like基因与经典的属于细胞色素P450CYP75A亚家族的F3'5'H不同,而与万带兰的F3'5'H-like同属于CYP76AB亚家族,为一类新的蓝花相关基因。实时定量PCR表达分析结果表明,与黄花的喜盐鸢尾相比,蓝花喜盐鸢尾中CHS与F3'5'H-like显著上调表达,可能是其花色不同于喜盐鸢尾的主要原因。     

Hamilton's rule meets the Hamiltonian: kin selection on dynamic characters

Many biological characters of interest are temporal sequences of decisions. The evolution of such characters is often modelled using dynamic optimization methods such as the maximum principle. A quantity central to these analyses is the ''Hamiltonian'' function, named after the mathematician William R. Hamilton. On the other hand, evolutionary models in which individuals interact with relatives are usually based on Hamilton''s rule, named after the evolutionary biologist William D. Hamilton. In this article we present a generalized maximum principle that includes the effects of interactions among relatives and we show that a time-dependent (dynamic) version of Hamilton''s rule holds involving the Hamiltonian. This result brings together the power and generality of both the maximum principle and Hamilton''s rule thereby providing a natural framework for understanding the evolution of ''dynamic'' characters under kin selection.     

Effect of amyloids on the vesicular machinery: implications for somatic neurotransmission

Certain neurodegenerative diseases are thought to be initiated by the aggregation of amyloidogenic proteins. However, the mechanism underlying toxicity remains obscure. Most of the suggested mechanisms are generic in nature and do not directly explain the neuron-type specific lesions observed in many of these diseases. Some recent reports suggest that the toxic aggregates impair the synaptic vesicular machinery. This may lead to an understanding of the neuron-type specificity observed in these diseases. A disruption of the vesicular machinery can also be deleterious for extra-synaptic, especially somatic, neurotransmission (common in serotonergic and dopaminergic systems which are specifically affected in Alzheimer''s disease (AD) and Parkinson''s disease (PD), respectively), though this relationship has remained unexplored. In this review, we discuss amyloid-induced damage to the neurotransmitter vesicular machinery, with an eye on the possible implications for somatic exocytosis. We argue that the larger size of the system, and the availability of multi-photon microscopy techniques for directly visualizing monoamines, make the somatic exocytosis machinery a more tractable model for understanding the effect of amyloids on all types of vesicular neurotransmission. Indeed, exploring this neglected connection may not just be important, it may be a more fruitful route for understanding AD and PD.     

《伯杰氏鉴定细菌学手册》和“伯杰氏国际系统微生物学学会”历史回顾、发展现状及未来展望

2023年是《伯杰氏鉴定细菌学手册》出版一百周年。《伯杰氏鉴定细菌学手册》的诞生，旨在建立起原核微生物分类的明确标准，开启对原核微生物分类学探索的使命。随着生物学、物理学、化学、分子生物学、生物信息学及其相关研究技术的发展及学科交叉，微生物分类学逐渐发展为以系统发育和多相分类为基础、研究微生物物种进化与生物学特性和物种间相关性的学科，因此新发现的微生物物种及其生物学特征信息增加迅猛，该手册在2015年改名为《伯杰氏古菌与细菌系统学手册》，并采用了电子版，使得更新快捷，为原核微生物系统分类学领域注入新的生机和活力。《伯杰氏鉴定细菌学手册》是微生物系统分类学的经典之作，为微生物学者提供微生物物种分类信息的同时，也在引领该领域的学者探索更为广阔的微生物世界。“伯杰氏国际系统微生物学学会”于2009年成立，旨在促进国际微生物领域的学术交流，推动原核微生物系统分类学的发展。本综述全面回顾了《伯杰氏鉴定细菌学手册》和“伯杰氏国际系统微生物学学会”的发展历史及最新进展，并对其未来发展方向进行了展望。     

基于工程化毕赤酵母一锅法合成硫酸软骨素A北大核心CSCD

硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)是一种线性多糖,广泛应用于医疗和保健等领域。相比于传统动物组织提取法,微生物合成硫酸软骨素具有可控、易规模化放大等优势。为实现硫酸软骨素A(CSA)的高效合成,本研究首先通过整合软骨素合酶编码基因kfoC、kfoA以及UDP-葡萄糖脱氢酶编码基因tuaD至毕赤酵母GS115基因组中,构建了以甘油为唯一碳源发酵生产软骨素的毕赤酵母工程菌株。通过进一步优化软骨素合成途径,软骨素分批补料发酵水平达到2.6 g/L。在进一步整合表达软骨素-4-O-磺基转移酶的基础上,本研究通过向生产软骨素毕赤酵母工程菌株破碎液中添加3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸和软骨素-4-O-磺基转移酶,成功建立了CSA的一锅法生物合成体系。通过优化,最终实现0-40%不同磺酸化水平CSA的可控合成。本研究中CSA的一锅法生物合成体系操作简便、易放大,更适用于工业化大规模生产。本研究结果也为肝素等其他糖胺聚糖的合成提供了思路。     

人乳寡糖2′-岩藻糖基乳糖的功能及其全细胞生物合成

母乳是新生儿最理想的营养剂。其中,人乳寡糖作为母乳的第三大固体组分,对新生儿的生长、发育及健康状况有重要影响,被应用于婴幼儿配方食品中。2′-岩藻糖基乳糖(2′-fucosyllactose,2′-FL),是分泌型母乳中含量最高的人乳寡糖,约占人乳寡糖总量的30%,具有重要的营养和医学价值。2′-FL能够促进婴幼儿生长发育、提高其认知能力、增强免疫力、抗过敏、抗病毒,以及调节肠道菌群,是极具潜力的新型营养强化剂。但是,2′-FL来源于母乳,依靠分离、提取获得大量2′-FL并不现实,因此亟需进行人工合成。人工合成2′-FL的方法有3种,包括：化学合成法、酶催化合成法和全细胞生物合成法。全细胞生物合成法因其成本相对低廉,且易于规模化扩大,而引起了国内外的广泛关注和研究。目前,国外很多跨国公司均开始布局2′-FL的工业化生产和应用,而我国在该领域尚处于研发阶段,因此,了解和掌握2′-FL的合成方法对我国开展2′-FL规模化生产具有重要的意义。本文旨在介绍2′-FL的功能特性,系统阐述其全细胞生物合成的关键技术和最新进展,讨论了针对限速步骤进一步提高产量的策略,旨在为2′-FL的合成和商业化生...     

A higher resolution radiation hybrid map of bovine chromosome 13

In this paper, we present a radiation hybrid framework map of BTA13 composed of nine microsatellite loci, six genes and one EST. The map has been developed using a recently constructed 12''000 rad bovine-hamster whole-genome radiation hybrid panel. Moreover, we present a comprehensive map of BTA13 comprising 72 loci, of which 45 are microsatellites, 20 are genes and seven are ESTs. The map has an estimated length of 2694.7 cR_12''000. The proposed order is in general agreement with published maps of BTA13. Our results only partially support previously published information of five blocks of conserved gene order between cattle and man. We found no evidence for the existence of an HSA20 homologous segment of coding DNA on BTA13 located centromeric of a confirmed HSA10 homologous region. The present map increases the marker density and the marker resolution on BTA13 and enables further insight into the evolutionary development of the chromosome as compared to man.