丝素蛋白材料在皮肤创伤愈合中的研究进展

摘要：丝素蛋白是一种天然的高分子纤维蛋白,其结构的特殊性决定了较好的机械性能,再因其优良的生物相容性、降解产物无毒等特点,被广泛用于各种材料的研究。通过各种化学修饰和负载生长因子等,使丝素蛋白在体内外具有促进成纤维细胞增殖分化的作用,拥有诱导创面愈合的功能,同时其可部分降解,具有缓释性能好,柔韧性强,透气以及透水等较好的理化性质不但在皮肤组织工程学中的广泛的应用,并且在敷料领域的研究也显示了其治疗烧烫伤、创伤达到抑制疤痕、促进伤口快速愈合的治疗效果。总之,通过改良丝素蛋白材料的加工方法,通过化学修饰、其他物质复合等手段得到适合于皮肤修复的具有优良性能的各种材料,是具有很大潜力的极具临床价值的皮肤修复材料。本文旨在综述国内及国外学者的各种关于丝素蛋白生物材料治疗皮肤损伤的研究最新进展。     

Piezo1蛋白在骨髓间充质干细胞向皮肤成纤维细胞转化的影响

以人的骨髓间充质干细胞为种子,在体位构建体外细胞机械牵张应力模型,探究新型机械敏感性离子通道Piezo1在干细胞向皮肤成纤维细胞转化的作用。采用梯度离心与贴壁筛选相结合的方法,体外培养人的骨髓间充质干细胞,隔代培养后,取生长状态良好的第3代干细胞,进行后面的研究。根据预实验结果,将干细胞分成以下几组:0 h机械牵张应力组、6 h机械牵张应力组、12 h机械牵张应力组和48 h机械牵张应力组,以及Piezo1蛋白的抑制剂Gs MTx4组。将各组细胞种植在Flexcell公司的膜性6孔板中,待融合率在80%左右时,进行体外机械牵张应力的干预。然后采用RT-qPCR、Western-blotting以及激光共聚焦免疫荧光的实验方法检测各组细胞中Piezo1的表达水平,以及干细胞向表皮成纤维细胞的转化水平。原代骨髓间充质干细胞大多呈短梭形,Piezo1表达水平较低。在周期性机械牵张应力的干预下,细胞向成纤维细胞的长梭形的形态学上发展,并且随着时间的延长,变化越明显。RT-qPCR、Western-blotting以及激光共聚焦免疫荧光均发现Piezo1和Vimentin蛋白的表达水平随着干预时间的延长,其表达量也相应增加。机械敏感性离子通道Piezo1蛋白可以介导骨髓间充质干细胞向表皮成纤维细胞转化,为体外构建组织工程皮肤提供种子细胞。     

研究报告：金抗体替代ELISA中的天然抗体用于溶菌酶检测

目的酶联免疫吸附测定(ELISA)被广泛用于抗体或抗原的检测,并被视为临床实践中的金标准,可提供相对可靠、灵敏和特异的检测结果。ELISA的本质是抗原与相应抗体之间的特异性相互作用。然而,天然抗体固有的不稳定性是ELISA的一个难以克服的弱点,并可能导致检测结果的重现性差甚至错误的诊断结果。本课题组先前应用构象工程方法开发了一种基于金纳米粒子的人工抗体(简称金抗体)。金抗体可以像天然抗体一样特异性地与抗原相互作用,并且具备远优于天然抗体的稳定性。出色的稳定性使金抗体可能成为天然抗体更好的替代物,用于ELISA中。方法经过必要的优化并与辣根过氧化物酶(HRP)耦联后,制得酶标金抗体10HRP-(Au-400P1),然后用酶标金抗体代替天然酶标抗体用于ELISA检测中。结果通过一系列的实验证明,抗溶菌酶金抗体可用于ELISA特异性检测1～16 mg/L范围内的鸡蛋清溶菌酶(HEWL)样品。结论金抗体可以替代天然抗体用于ELISA检测,并具有优于传统ELISA法的检测准确性和一致性。     

模拟降雨条件下砾石含量对塿土工程堆积体坡面产流产沙的影响

为探究砾石含量对塿土堆积体坡面产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以土质坡面为对照,研究5种砾石含量(10%、20%、30%、40%、50%)堆积体坡面在不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^-1)下的产流产沙特征。结果表明:不同试验条件下的平均径流率在2.18～13.07 L·min^-1,不同雨强条件下平均径流率均在砾石含量10%(或20%)和50%时分别达到最大值与最小值;平均流速在0.06～0.22 m·s^-1,流速变化复杂,砾石含量越小,流速变幅越大,变异系数也越大,砾石含量10%时平均流速最大。砾石的存在可有效抑制产沙,最大减沙效益可达84.2%,雨强相较于砾石含量对平均产沙率的影响更大。偏相关分析表明,平均径流率、流速、产沙率均与砾石含量呈极显著负相关;平均产沙率与平均径流率、平均流速以及二者交互项均呈极显著线性函数关系,其中,与平均径流率的相关性最强。本研究可为塿土区工程堆积体水土流失治理和侵蚀模型的建立提供参考。     

国家人勇担国家责，积极推动中国生物经济与生物产业发展

作为国家级研究机构,中国科学院各级研究所一直以来的重要使命就是心系国家事、肩扛国家责、永做国家人,站在国际科学发展前沿的高度,紧抓国家社会发展中重大需求的科学与技术问题,布局研究所及其项目和吸引人才。本文以个人视角,回顾了2004年回国接任微生物研究所所长后,开始思考工业生物技术的发展,布局天津研发中心,经过多年努力,在院党组的领导与支持下,中国科学院天津工业生物技术研究所建成,已经取得了重要成果;还回顾了建所初衷和早期成长发展历程以及与微生物研究所的关系。通过思考科学、技术、工程(医学)之间的关系,提出从事基础科学研究的科研人员进行转化应用的路径,即“想法-假说-实验-概念-论文-技术-样品-产品-商品”的9层逻辑关系,希望科学家能够做出解决实际问题的实用工作,并展望了未来工业生物技术的远景。     

工程菌种自动化高通量编辑与筛选研究进展

合成生物学(synthetic biology)与经典生物学研究的革命性区别之一是合成生物学能将生物实验的对象、方法、技术和流程高度标准化和模块化,创建出自动化与高通量的合成生物铸造模式。该模式通过复杂生物过程与自动化设施的结合,颠覆过往劳动密集型的研究范式,获得更高的技术迭代能力,极大促进了合成生物学的发展和产业化应用。值此天津工业生物技术研究所创立10周年之际,本文回顾了研究所在工业菌种自动化高通量编辑与筛选领域的系列重要工作进展,对基因克隆(gene cloning)、基因组编辑(genome editing)、编辑序列设计(editing sequence design)等生物技术的自动化实现,以及流式细胞、液滴微流控、全基因组规模扰动测序等高通量筛选技术进行了分析讨论,并展望了本领域未来的发展方向。望借此为创建具有自主知识产权的优秀菌种及其产业应用提供智能化、自动化和全链条覆盖的整体支撑能力。     

基于碳硫模块平衡策略的大肠杆菌高产L-半胱氨酸菌株构建

l-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,因其多样的生理功能,l-半胱氨酸在医药、化妆品和食品工业中有着广泛的应用。模块化代谢工程策略在细胞工厂的构建中具有极大的潜力。本研究利用碳硫模块协同表达策略进行大肠杆菌的l-半胱氨酸合成途径构建,构建了一株l-半胱氨酸合成基因工程菌。首先,通过增强l-半胱氨酸前体物质l-丝氨酸(serA^f、serB和serC^Cg)的生物合成以及转录调控因子CysB的表达,l-半胱氨酸的产量由0提高到(0.38±0.02)g/L。然后,通过促进l-半胱氨酸转运和无机硫源的吸收同化、减弱l-半胱氨酸和l-丝氨酸的降解以及异源表达cysE^f和cysB^St,l-半胱氨酸的产量提升至(3.82±0.01)g/L。最后,为了优化碳模块和硫模块的代谢通量,协同表达硫酸盐同化途径与硫代硫酸盐同化途径的基因cysM、nrdH、cysK以及cysIJ,得到l-半胱氨酸高产菌株。在500mL摇瓶和2L发酵罐中分别实现了(4.17±0.07)g/L和(11.94±0.1)g/L的l-半胱氨酸积累。研究结果表明,在细胞内通过对硫碳模块间代谢通量的协调控制,可以实现l-半胱氨酸的高效生物合成。研究结果为微生物发酵生产l-半胱氨酸的产业化奠定了基础。     

我国工业生物技术和产业的现状、差距与任务

工业生物技术是利用生化反应和生物体机能进行物质合成加工与能量转化利用的集成技术,正在支撑建立以可发酵糖、秸秆、二氧化碳等可再生资源为原料的化学品绿色高效制造新路线,有望实现工业制造方式的根本转变,是支撑经济社会可持续发展的重大战略技术,已成为世界各国科技和产业竞争的焦点。本文从工业生物技术深度融入和支撑生物经济发展的态势出发,系统分析了我国工业生物技术和生物产业发展的现状、短板问题,提出了未来建议重点发展的主要方向。     

工业蛋白质理性设计与应用

作为合成生物学与绿色生物制造等领域的底层核心技术,蛋白理性设计可有效解决天然功能元件性能不足等共性挑战,创制高性能人工酶元件。值此天津工业生物研究所(Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, TIB)创立10周年之际,文中回顾了研究所在工业蛋白理性设计领域的系列重要工作进展。从酶设计方法学研究、新酶反应设计到生物催化应用等方面进行了分析讨论,并展望了本领域未来发展方向。望借此搭建学术界和产业界与酶理性设计的桥梁,促进新技术、新策略的开发应用,加速融合人工酶的基础研究与产业应用,推动我国生物制造领域的科技创新升级。     

关键酶泛素化位点对柚皮素生物合成的影响

黄酮类化合物具有多种生物活性,在食品、药品、化妆品等领域都有重要应用。柚皮素是多种重要黄酮类化合物生物合成的平台化合物。泛素化是蛋白质翻译后修饰的重要一环,参与调控细胞的生命活动。泛素化的蛋白质通过泛素-蛋白酶体系统降解,对维持细胞正常生理活动具有重要意义,对外源蛋白的表达和积累也可能具有显著影响。文中利用荧光双分子互补法在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae中建立了泛素化修饰的实时原位检测体系,以荧光强度表征蛋白的泛素化修饰程度。应用该方法获得了柚皮素合成途径中5个关键酶的潜在泛素化位点。将相关泛素化位点的赖氨酸突变为精氨酸,用于降低关键酶的泛素化修饰程度。其中,酪氨酸解氨酶FjTAL、查尔酮合成酶SjCHS、SmCHS突变体表现为荧光下降,表明其泛素化水平有所降低。发酵结果表明,表达酪氨酸解氨酶FjTAL突变体FjTAL-K487R的酿酒酵母在发酵72 h后获得了74.2 mg/L的对香豆酸产量,相较于原始FjTAL提高了32.3%,而表达查尔酮合成酶突变体的酿酒酵母产量没有明显变化。结果表明,对柚皮素生物合成途径相关蛋白的潜在泛素化位点进行突变,能够提高对香豆...