组学技术在产油微生物中的应用

微生物油脂是未来燃料和食品用油的重要潜在资源。近年来,随着系统生物学技术的快速发展,从全局角度理解产油微生物生理代谢及脂质积累的特征成为研究热点。组学技术作为系统生物学研究的重要工具被广泛用于揭示产油微生物脂质高效生产的机制研究中,这为产油微生物理性遗传改造和发酵过程控制提供了基础。文中对组学技术在产油微生物中的应用概况进行了综述,介绍了产油微生物组学分析常用的样品前处理及数据分析方法,综述了包括基因组、转录组、蛋白(修饰)组及代谢(脂质)组等在内的多种组学技术,以及组学数据基础上的数学模型在揭示产油微生物脂质高效生产机制中的研究,并对未来发展和应用进行了展望。     

乳酸菌代谢组学研究进展

代谢组学作为系统生物学的重要分支,近年来在微生物研究领域受到广泛关注,并取得了重要进展。目前乳酸菌代谢组学正日益成为研究的热点,就乳酸菌代谢组学研究中有关样品的制备、分析鉴定和数据分析等涉及的主要方法进行概述,并介绍一些乳酸菌代谢组学应用的典型实例,对乳酸菌代谢组学研究中潜在的问题和未来发展趋势进行讨论。     

基因组学、蛋白质组学和代谢组学在微生物降解PAHs中的应用

基因组学、蛋白质组学和代谢组学是系统生物学的重要组成部分,是近年来发展出来的新兴学科。随着生命科学的研究进入了多组学时代,基因组学、蛋白质组学和代谢组学得到了迅猛发展,被广泛应用在环境微生物学的各个研究领域,并成为研究PAHs微生物降解中不可或缺的重要手段。主要阐述了3大组学在微生物降解PAHs内在机理及代谢通路中的最新研究进展,并展望了3大组学在多环芳烃微生物降解机制中的应用前景与挑战。     

微生物代谢组学及其在工业中的应用

微生物代谢组学是系统生物学的重要组成部分,其与基因组学、转录组学和蛋白质组学相互补充,近年来受到越来越多人的重视。其主要对细胞生长或生长周期某一时刻细胞内外所有低分子量代谢物进行定性和定量分析,直接反映了细胞的生理状态,对理解细胞功能十分重要。由于代谢物的复杂性,研究者需根据不同的目的及对象选择合适的分析方法。对微生物代谢组学近年来的研究方法进行综述,包括样品处理、分析手段、数据分析,并讨论了微生物代谢组学在工业中的应用及所面临的挑战。     

微生物遗传多样性的挖掘和代谢工程应用

随着近年来系统生物学研究的深入,微生物的基因组、转录组、蛋白组及代谢组等不同层次的组学信息不断增加。我国具有丰富的微生物多样性,但目前对多样性的研究大多集中在物种多样性及生态多样性方面,对微生物菌株水平遗传多样性的研究还刚刚起步。以酿酒酵母和链霉菌为例,结合本课题组的成果,总结了近年来利用其基因组序列及转录组蛋白质等功能基因组信息,开发利用其遗传多样性的研究进展。在工业酿酒酵母中发现了多个独特的功能基因,包括絮凝基因及与环境胁迫耐性相关的调节蛋白基因,还发现了独特的启动子序列。此外,在海洋放线菌基因组中也发现了独特的调节基因。对微生物遗传多样性的挖掘利用,不仅有助于深入理解微生物不同菌株中独特的调节方式,也为微生物的代谢工程改造提供了大量新的可利用的遗传组件。     

面向工业生物技术的系统生物学

工业生物技术是以微生物细胞工厂利用可再生的生物原料来生产能源、材料与化学品等的生物技术,在解决资源、能源与环境等问题方面起着越来越重要的作用。系统生物学是全面解析微生物细胞工厂及其发酵过程从"黑箱"到"白箱"的重要研究方法。系统生物学借助基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及代谢流组等多组学数据,可解析微生物细胞工厂在RNA、蛋白与代谢物等不同水平上的变化规律与调控机制。目前,系统生物学在微生物细胞工厂的设计创建与发酵工艺优化中起着越来越重要的指导作用,许多成功应用实例不断涌现,推动着工业生物技术的快速发展。文中重点综述基因组、转录组、蛋白质组、代谢组与代谢流组以及基因组规模的网络模型等各组学技术的最新发展及其在工业生物技术尤其是菌株改造与发酵优化中的应用,并就工业生物技术中系统生物学的未来发展方向进行展望。     

肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析方法研究进展

近年来基于高通量基因测序的微生物组学研究极大加深了人们对微生物与健康和疾病关系的认识。然而基因测序方法不能直接测定微生物的功能活性,难以鉴定微生物中的关键功能分子,单独使用无法回答肠道微生物何种成员通过何种方式影响宿主等关键科学问题。单一组学研究弊端尽显,多组学联用势在必行。肠道微生物代谢组学以微生物群落所有小分子代谢物为研究对象,可发现肠道微生物随宿主病理生理变化的关键代谢物,为微生物组-宿主互作机制研究提供线索,成为微生物组学研究的重要补充。肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析在宿主生理、疾病病理、药物药理等方面取得众多进展,展现良好应用前景。然而目前肠道微生物功能基因组学与代谢组学关联分析存在方法滥用、相关性结论与生物学知识相悖等突出问题。为帮助正确应用肠道微生物功能宏基因组学与代谢组学关联分析,本文综述了各种多组学数据整合分析方法的原理、优缺点与适用范围,并给出了应用建议。     

代谢组学研究进展及其应用

代谢组学是系统生物学的重要组成部分,其通过研究生物体代谢物的变化来认识生命体的生理与生化状态,从而找出其中隐藏的规律。对代谢组学的含义,研究任务进行介绍;综述代谢组学的产生和技术平台及其在植物、微生物、疾病诊断及毒物学等领域的应用,并对代谢组学的发展趋势以及面临的挑战等问题进行评述。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

The effects of thyroid hormones on memory impairment and Alzheimer's disease

Thyroid hormones (THs) have a wide and important range of effects within the central nervous system beginning from fetal life and continuing throughout the adult life. Thyroid disorders are one of the major causes of cognitive impairment including Alzheimer's disease (AD). Several studies in recent years have indicated an association between hypothyroidism or hyperthyroidism and AD. Despite available evidence for this association, it remains unclear whether thyroid dysfunction results from or contributes to the progression of AD. This review discusses the role of THs in learning and memory and summarizes the studies that have linked thyroid function and AD. Eventually, we elaborate how THs may be effective in treating AD by putting forward potential mechanisms.     

Origins of multicellular complexity: Volvox and the volvocine algae

The collection of evolutionary transformations known as the ‘major transitions’ or ‘transitions in individuality’ resulted in changes in the units of evolution and in the hierarchical structure of cellular life. Volvox and related algae have become an important model system for the major transition from unicellular to multicellular life, which touches on several fundamental questions in evolutionary biology. The Third International Volvox Conference was held at the University of Cambridge in August 2015 to discuss recent advances in the biology and evolution of this group of algae. Here, I highlight the benefits of integrating phylogenetic comparative methods and experimental evolution with detailed studies of developmental genetics in a model system with substantial genetic and genomic resources. I summarize recent research on Volvox and its relatives and comment on its implications for the genomic changes underlying major evolutionary transitions, evolution and development of complex traits, evolution of sex and sexes, evolution of cellular differentiation and the biophysics of motility. Finally, I outline challenges and suggest future directions for research into the biology and evolution of the volvocine algae.     

Experimental insights into age‐exacerbated cognitive dysfunction after peripheral surgery

Here I comment on the recent contribution by Barrientos et al. J. Neurosci. 32, 14641–14648 (2012) addressing treatment possibilities for surgery‐induced cognitive dysfunction. It has been over 15 years since the publication of a landmark study that indicated age as a major risk factor for postoperative cognitive dysfunction (POCD) (Moller et al., Lancet 351 , 857–861 1998). With increasing life expectancy, surgical procedures conducted in elderly persons are becoming more common. The prevalence of POCD may mean that some patients will exchange the incapacitating condition that led them to surgery in the first instance for another such condition, which has been created by the surgical procedure itself. The report by Barrientos and collaborators (2012) is a timely and welcome study that further examines treatment possibilities for surgery‐induced cognitive dysfunction. Future studies should address issues such as intensity and onset of inflammation within the brain and additional treatments possibilities beyond IL‐1‐ra.     

减重手术改善肥胖症认知功能障碍及其机制

越来越多的证据表明，肥胖会对大脑功能和结构产生负面影响。肥胖个体在食物线索、味觉和嗅觉、静息状态活动和功能连接方面显示出异常的神经反应，同时在决策、抑制控制、学习、记忆和注意力等认知任务中表现出异常。减重手术作为一种专门的治疗方案，可以改变消化系统解剖和生理机制，从而限制食物摄入或改变营养吸收来实现短期和长期的减重效果，改善并发症，降低死亡率，并提高生活质量。最近的研究表明，减重手术对改善肥胖症相关的认知功能障碍具有积极的影响。本文概述了肥胖与认知功能之间的关联，并重点阐述了近年来减重手术改善肥胖相关认知损伤的研究进展。涉及的内容包括奖励处理、食物摄入控制、大脑区域对认知功能的调控、大脑结构异常的恢复、激素调节改变以及对肠道微生物组成的改变，这些变化可能会影响脑功能和认知过程，这些研究成果有望为改善肥胖症患者的认知功能提供新的治疗策略和临床指导。     

Dietary polyunsaturated fatty acids improve cholinergic transmission in the aged brain

The cholinergic theory of aging states that dysfunction of cholinergic neurons arising from the basal forebrain and terminating in the cortex and hippocampus may be involved in the cognitive decline that occurs during aging and Alzheimer’s disease. Despite years of research, pharmacological interventions to treat or forestall the development of Alzheimer’s disease have primarily focused on enhancing cholinergic transmission, either through increasing acetylcholine (ACh) synthesis or inhibition of the acetylcholinesterase enzyme responsible for ACh hydrolysis. However, recent studies have indicated that dietary supplementation can impact the cholinergic system, particularly during aging. The purpose of the present review is to examine the relevant research suggesting that cholinergic functioning may be maintained during aging via consuming a diet containing polyunsaturated fatty acids (PUFAs). The data reviewed herein indicate that, at least in animal studies, inclusion of PUFAs in the diet can improve cholinergic transmission in the brain, possibly leading to improvements in cognitive functioning.     

Comorbidity in Psychiatric and Chronic Physical Disease: Autocognitive Developmental Disorders of Structured Psychosocial Stress

Applying a 'necessary condition' communication theory formalism roughly similar to that of Dretske, but focused entirely on the statistical properties of long sequences of signals emitted by the interacting cognitive modules of human biology, we explore the regularities apparent in comorbid psychiatric and chronic physical disorders using an extension of recent perspectives on autoimmune disease. We find that structured psychosocial stress can literally write a distorted image of itself onto child development, resulting in a life course trajectory to characteristic forms of comorbid mind/body dysfunction affecting both dominant and subordinate populations within a pathogenic social hierarchy.     

GlyCosmos门户网站在聚糖科学研究中的功能概述

近年来生物学领域的研究不断达到新高度,聚糖逐渐吸引越来越多科学家的目光,很多研究表明聚糖具有多种生物活性,越来越多的相关科研人员开始关注聚糖在生命过程中的作用及其机制。糖生物学逐渐成为生物学领域的热点学科。对于拟从事糖生物学研究或者刚进入该领域的新人来说,GlyCosmos作为一种全面的、统一的糖科学开放门户网站,其数据免费向大众公开,提供了对聚糖相关数据的访问,包括存储库,糖原、糖蛋白、信号通路和疾病相关的各种数据库及Glycome多种可视化数据库,目前最为前沿和统一的多种标准化多糖表示方法及其他多种功能。该网站是近两年才建成,但目前已被广泛使用也被糖生物学家所熟知。本文就GlyCosmos门户网站中的各项功能进行概述,希望帮助拟从事糖生物学研究的新人更好地了解和利用该网站,对于该网站的学习和理解,会对后续从事聚糖相关研究的研究者起到极大的帮助作用,也使后续研究更加便捷。     

传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归

系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成与组分之间相互关系的学科,近年来,系统生物学作为后基因组学时代研究的一个重要内容,已广泛深入到生命科学和医药学的各个领域。而作为中国传统医学而言,似乎与之相去甚远,然而当我们对这两个新老学科基础理论进行比较时,我们发现:传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归。有鉴于此,本文论述了系统生物学和中医学的思想起源、相互联系,基于系统生物学的发展、研究思路和方法,阐述了生物学由还原论的研究方法过渡到系统论的研究方法,强调对生命现象从系统和整体的层次进行研究和把握,对传统中医学研究方法的变革起到了推动作用,最后对系统生物学在中医药学未来发展进行了评价。     

基因组学方法在玉米种质资源研究中的应用

近年来,分子生物学和植物基因组学得到了飞速发展,包括分子标记技术在内的基因组学方法在玉米种质资源研究中得到了广泛应用。本将对玉米种质资源研究的主要领域如玉米的起源和进化、遗传多样性的形成机制及评估、基于多样性的新基因发掘等方面的最新进展进行评述,并提出我国在应用基因组学方法进行玉米种质资源研究的策略。     

昆虫气味认知的嗅觉神经结构及分子机制

大多数昆虫主要通过气味认知感知外界环境的变化,维持生命活动。探究昆虫气味认知的嗅觉系统神经结构及分子机制,对于完善气味认知神经生物学理论及利用其原理进行仿生学研究等有重要的科学意义。近年,关于昆虫气味认知科学研究有了很大的进展。本文从昆虫神经生物学的视角详细综述了近年关于昆虫气味认知的嗅觉神经结构、分子机制及气味信号的神经传导途径等方面的基本理论及最新研究成果。综述结果显示:昆虫对气味的认知是通过嗅觉神经系统的触角感器、触角叶(AL)、蕈形体(MB)等脑内多层信号处理神经结构来实现的。当外界气味分子进入触角感器内后,由感器内特定的气味识别蛋白(OBP)将气味分子运载到达嗅觉感受神经元(ORN)树突膜上的受体位点,气味分子与表达特定气味的受体(OR)结合产生电信号,并以动作电位的形式通过ORN的轴突传到脑内的触角叶。在触角叶经过嗅觉纤维球对气味信息选择性加工处理,再由投射神经元(PNs)将初步的识别和分类的气味信息传到蕈形体和外侧角(LH)等神经中枢,实现对气味的识别和认知。虽然,近年昆虫气味认知神经生物学的研究有了很大的进步,但是,我们认为目前的研究成果还不能完全阐明昆虫气味认知的神经机制,还有很多问题,例如,触角叶上众多的嗅觉纤维球是如何对嗅觉感受神经元传入的气味信息进行编码处理的?等有待进一步深入研究。为了搞清这些疑难问题,我们认为需要提高现有的实验技术水平,加强电生理学和分子神经生物学相结合的实验研究,从分子水平探究气味认知的神经机制可能是未来研究的热点。