21世纪的生物学--系统生物学

2003年9月,美国哈佛大学医学院开设了20年来新增的第一个研究组——系统生物学(systems biology)研究室,显示了系统生物学在医学和生物学领域中的重要地位。系统生物学是近年来发展最快的生物医学领域,其研究前景被广泛看好,它已成为生物学的重要分支之一。除哈佛大学外,同城的麻省理工学院,已率先建立了一个由80个研究和教学职位组成的以系统生物学为主的研究机构。     

在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

基于气象条件的我国北方马铃薯晚疫病发生预报模型及其验证

病害发生与否是一个二分类问题,故本文采用分类模型,将近年北方马铃薯种植区的晚疫病发病数据与气象数据进行结合,探索北方区域马铃薯晚疫病发病模型,以预测马铃薯晚疫病发病时间来指导区域马铃薯晚疫病防治。模型中考虑到气象站到种植区有一定距离,故根据距离将北方马铃薯晚疫病病害数据分为3个样本集。同时结合马铃薯晚疫病发病机理,采用以日为时长单位的气象数据,利用ROC曲线,确定适合马铃薯晚疫病发病的参数阈值与体系,并进行了历史验证。验证结果表明,该模型在北方种植区预报马铃薯晚疫病的整体正确率达到78%,灵敏度为79%,特异性为78%。     

毕赤酵母GS115表达HSA-GCSFm的诱导工艺研究

本文探讨了甲醇流加控制、添加胰蛋白胨和甲醇/山梨醇共混诱导对重组毕赤酵母GS115/pPIC9K-HSA-GCSFm表达HSA-GCSFm的影响.结果显示:甲醇供应充足条件下HSA-GCSFm表达水平仅为37 mg·L-1,而甲醇添加受限条件下HSA-GCSFm表达水平可达到239mg·L-1;甲醇添加受限并添加胰蛋白胨条件下,HSA-GCSFm表达水平可以提高到266 mg·L-1;在此基础上,流加山梨醇作为辅助碳源,表达水平可大幅提高至424 mg·L-1.通过对各诱导条件下OUR、胞外蛋白酶及碳流分配进行分析后发现,将甲醇限制在低浓度同时添加胰蛋白胨与山梨醇,可以改善细胞代谢活性,增加细胞用于HSA-GCSFm合成的碳流分配量,降低胞外蛋白酶活性,从而提高了HSA-GCSFm的表达水平并缓解了HSA-GCSFm的降解.因此,该诱导工艺适于毕赤酵母高效表达HSA-GCSFm.     

细胞周期调控的研究进展

细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程,有大量调节蛋白参与其中。此过程的核心是细胞周期依赖性蛋白激酶（CDKs）。CDKs的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周期蛋白（cyclins）,而CDKs调节的关键步骤是细胞周期检查点。PLKs是多种细胞周期检查点的主要调节因子,Aurora蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。     

濒危物种金斑喙凤蝶的行为特征及其对生境的适应性

金斑喙凤蝶(Teinopalpus aureus)1985年被IUCN列为红色名录种,1989年被我国列为一级保护种,此后便日益受到人们关注,然而,至今为止对其野外生存、行为及生境适应等认识仍很模糊。在广西金秀县大瑶山设定4个研究区域,以线路调查法计数成虫与幼期个体数,定点跟踪观察法记录成虫交配行为、产卵行为、幼虫取食行为等。结果显示:金斑喙凤蝶主要在湿季(4—10月底,月降水量>50 mm)生长、发育与繁殖后代。金斑喙凤蝶在行为上表现出对温度的主动选择性,幼虫在17—24℃时取食行为活跃,雄蝶在19—26℃时山顶行为活跃,均表现出中温选择性;然而,雌蝶多选择在正午时刻产卵,期间温度为27—30℃,表现出高温选择性。雄蝶活动对生境地形表现出主动选择性,(87.34±7.58)%(n=339)的雄蝶选择飞向山顶,他们每日上午6:00至11:00在山顶聚集,绕圈飞行或停息,而以山顶停息为主,占山顶活动时间的(77.87±19.32)%。雄蝶通常停息在山顶的高枝位叶片上或山顶周缘的叶片上,以便迅速发现并拦截飞经的雌蝶,获得交配机会。因而,金斑喙凤蝶在交配策略上主要采取雄蝶等候的方式。停息期间,雄蝶表现出明显的占区行为,首先停息在某一区域的雄蝶在领域权竞争中通常都是最后的胜利者,赢得领域,获得更多交配机会。野外观察发现,金斑喙凤蝶的天敌种类较多,野外存活率偏低,最后羽化率仅为38.9%(n=20)。对于存活个体而言,他们已明显进化形成一套复杂的防御体系,主要包括由保护色、颜色拟态、形状拟态等组建的初级防御体系和由眼斑展示、身体晃动、Y-腺伸出等组建的次级防御体系。另外,老熟幼虫多选择在林下层的灌木丛或竹丛的隐蔽枝条上化蛹,化蛹高度为(1.82±1.58)m(n=20),这种对化蛹场所的主动选择行为可提高其蛹期的防御能力。研究结果说明,在自然选择作用下,金斑喙凤蝶对其阔叶林生境的适应性行为特征非常明显,然而,生境破坏(砍伐等)或人类强度干扰(林下层垦殖等)将使这些适应性行为失效,并威胁到该珍稀蝴蝶种群的繁衍生息,甚至导致局部灭绝的发生。     

乙醇胁迫抑制毕赤酵母表达外源蛋白的转录组学分析

在5 L发酵罐中进行毕赤酵母发酵表达猪?干扰素的实验,发现甘油培养末期乙醇的积累会抑制外源蛋白的表达。从转录组学角度系统分析不同浓度乙醇胁迫条件下,毕赤酵母甘油培养期和甲醇诱导期细胞的生理状态变化。研究结果表明,在甘油培养期,乙醇胁迫使得毕赤酵母细胞中的545个基因发生了显著差异表达(265个基因表达上调,280个基因表达下调),这些差异表达基因的功能主要涉及蛋白质合成、能量代谢、细胞周期和过氧化物酶代谢。乙醇胁迫增加了蛋白质错误折叠的情况,降低了核糖体和线粒体的结构完整性,使得甘油培养末期无法得到大量具有健全功能的酵母细胞。在甲醇诱导期,与甲醇代谢、蛋白质加工合成、氨基酸代谢等途径相关的294个基因发生了显著差异表达(171个基因表达上调,123个基因表达下调),导致内质网胁迫不能被及时解除,破坏了细胞内的氨基酸正常代谢。     

动物细胞大量培养

1.前言 在生物技术过程申,人们已广泛地围绕着细菌、酵母、丝状真菌的大量培养来生产各种酶、抗生素、蛋白质等产物。然而,许多有重要价值的蛋白质等生物物质,必须借助动物细胞培养获得,例如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。由于生产的需要,推动了动物细胞大量培养新工艺、新技术的开发和发展,向大型化、自动化和精巧化方向发展,成为现代生物技术的一个重要组成部分。     

甲醇周期诱导控制强化毕赤酵母生产猪α干扰素

利用甲醇营养型毕赤酵母生产猪α干扰素(pIFN-α),诱导过程一般在高细胞密度、定值控制甲醇浓度于5～10g/L下进行,此时、溶解氧浓度(DO)自然下降到接近于0的水平。如果高好氧的毕赤酵母长期处在高甲醇/低DO的诱导浓度环境会导致其代谢活性恶化,胞内甲醇积累严重,pIFN-α表达生产效率低。为此,提出了一种甲醇周期诱导控制策略来强化pIFN-α生产。先将甲醇控制于高浓度达7h,再降低甲醇流加速率,将DO控制在20%左右约4h,一共重复6个循环。采用上述周期控制策略,毕赤酵母代谢活性可以长期维持在较高水平;胞内甲醇处于极低水平(≤0. 003g/g DCW),解除了甲醇毒性效应; pIFN-α活性达到3. 90×10~7IU/ml的最高水平,是定值控制甲醇浓度时的1. 86倍。