哺乳动物合成生物学在生物医学领域的研究进展

虽然合成生物学还处于早期研究阶段,但最近十年,该领域取得了非常显著的研究进展。合成生物学是以工程学思想为基础,通过人工设计、改造基因线路,从而赋予细胞或生物体新的功能,现已广泛应用于各个领域。随着人们对基因线路设计的深入研究,使得合成生物学研究走向临床应用成为可能。本文将围绕哺乳动物合成生物学在疾病治疗方面的研究进展,介绍基因线路的设计思路和方法、不同诱导因子调控的开环式基因线路以及用于疾病诊疗的闭环式基因环路在生物医学领域的应用。最后对合成生物学走向临床治疗的应用前景和挑战进行展望。     

哺乳动物受精的生物学

哺乳动物的受精(Mammalian Fertilization)是两性配子(精子和卵子)相结合而形成合子的过程,它标志着胚胎发育的开始,也即是一个新生命的起点。受精是生物学家饶有兴味的课题。因为它不仅涉及到一个理论问题,更重要的是当今节育和不育的世界性问题尚未解决,因此,受精的重要性是不言而喻的。当然,受精是一个极其复杂的生命现象,涉及到两性配子的发育和成熟、精子获能、顶体反应、精卵激活、精子     

哺乳动物味觉的细胞生物学

味觉对于生命具有重要作用,在一定程度上决定了动物对食物的选择。哺乳动物味觉识别主要依赖于舌味蕾中的味细胞,味蕾由50～100个极化的神经上皮细胞聚集而成。通过对味蕾细胞的分析显示,味蕾是一种精巧的单元结构。这篇文章综述了味蕾细胞的形态、结构功能、细胞生物学活性以及味觉信息的传导。     

哺乳动物凝集素及其生物学作用

哺乳动物凝集素及其生物学作用周柔丽（北京医科大学细胞生物学教研室,北京１０００８３）关键词动物凝集素,细胞识别自Ａｓｈｗｅｌｌ和Ｍｏｒｅｌｌ发现肝细胞凝集素廿余年来在高等动物体内陆续发现了多种多样的凝集素。其生物学作用涉及到许多重要的生理与病理活动,...     

我国濒危哺乳动物保护生物学研究进展

本文简要论述了2010-1015年间,我国濒危哺乳动物（主要是食肉类、灵长类、有蹄类和鲸类) 保护生物学的研究进展,涉及进化保护生物学、保护生态学、保护行为学、保护生理学、保护遗传学、保护基因组学与宏基因组学和保护政策建议与实践等诸多领域。以大熊猫和金丝猴为代表的濒危动物保护生物学研究成绩显著。各项研究结果表明,大熊猫并非是一个已走到“进化尽头”的物种,仍具进化潜力。虽然大熊猫仍然面临栖息地破碎等环境问题,总的来看其种群数量在逐渐增长,栖息地面积在逐渐扩大,已走出困境并脱离“濒危”的状态,可降为“易危”。我国大熊猫的保护为世界生物多样性保护树立了成功的范例。根据国内研究进展和国际发展动态,该文还对未来保护生物学的研究提出了一些建议,包括加强长期定点监测与系统性的研究工作,加强新理论、新方法和新技术的研发及应用,加强宏微观研究手段的结合从机制上揭示科学问题,加强动物对食物、高原极端环境和水生生态环境的适应性进化分子机制的揭示,加强理论与实践相结合积极推动研究成果的应用,为濒危动物的有效保护保驾护航。     

合成生物学与代谢工程

随着DNA重组技术的日趋成熟,代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。合成生物学是近年来蓬勃发展的一门新兴学科,在许多领域都具有重要的应用。以下从改造细胞代谢的关键因子、代谢途径的调节和宿主细胞与代谢途径构建的关系等方面详细讨论了合成生物学的最新进展和合成生物学在代谢工程领域的应用。     

合成生物学与iGEM

合成生物学是通过人工设计和构建自然界中不存在的生物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题的新兴学科[1]。随着基因组技术的快速发展,合成生物学领域的进展很快,发表论文数快速攀升,我国对这个学科的贡献也在不断提高(见表1)。2010年完成的化学合成支原体基因组[2]的研究使合成生物学的研究成为新的国际科技前沿。但是,从事合成生物学的科学家们都是从各自的研究领域进行     

合成生物学驱动功能细胞的精准设计与疾病诊疗

合成生物学是依据工程化的设计思路,通过人工精准设计一些功能化元器件和模块,旨在创造具有新型功能的新生物体。利用合成生物学手段人工合成的功能细胞可以精确调控细胞的行为,为传统医疗无法治愈的疾病提供了新的诊治策略。目前,在哺乳动物细胞合成生物学领域,人们设计、构建了多种可控的功能细胞用于诊断和治疗代谢疾病、癌症、免疫系统疾病等。主要介绍人工精准构建功能化细胞的研究进展及其在智能诊疗糖尿病、肿瘤等重大疾病中的应用。同时,探讨功能化细胞在临床疾病治疗中的挑战和发展前景。     

合成生物学

<正>2010年5月20日,美国科学家克雷格·文特尔在《科学》上公布了创造出历史上首个人造单细胞生物的消息。之后国内外掀起一片讨论的热潮,以这项成果为代表的合成生物学也受到了前所未有的关注。为报道生物领域这一前沿学科和热点话题,把合成生物学介绍给业界广大读者,《生物产业技     

合成生物学

近年来用化学合成的手段合成生物物质的研究进展很快。有感染活力的小儿麻痹症病毒RNA与φX-174噬菌体基因先后合成成功。估计2006年可能会有能合成1百万bp DNA的仪器问世。此外,目前已能向蛋白质中引入80种非常见氨基酸,从而使蛋白质获得新的性质。化学合成的进展使合成与改造生命成为现实,这对研究生物学基本规律有很大的意义,但这也是一把“双刃剑”,带来伦理与反恐的问题及对可能的潜在威胁的担忧。2004年6月在美国麻省理工学院举行了第一届合成生物学国际会议。2005年8月在美国旧金山举行的合成生物学会议,讨论了生物合成这个领域对药物发展、细胞重编程、生物机器人等方面的潜在意义。     

培养的哺乳动物细胞的辐射生物学

近年来,细胞培养的方法在细胞学、生理学和生化学等方面已开展了大量工作,特别是结合辐照,利用同位素标记,研究体外培养细胞的核酸和蛋白的变化,更使细胞培养方法独树一帜。在辐射生物学领域内,由于辐射损伤是多方面的(如分裂延缓、DNA链断裂、碱基损伤、染色体畸变等),而且不同辐照源及不同     

哺乳动物DNA去甲基化及生物学功能

哺乳动物DNA去甲基化参与基因表达的调控,是维持生命活动必不可少的一环。甲基化及去甲基化动态平衡的紊乱可能会导致机体生长发育异常,以及多种疾病甚至癌症的发生。随着基因组学测序分析技术的进步,人们已能够监测DNA去甲基化相关修饰在不同时期多个部位的动态变化,并逐渐揭示其调控功能。该文主要介绍哺乳动物中由TET/TDG介导的DNA去甲基化过程及中间产物,其在胚胎发育、癌症发生过程中的调控机制,以及现阶段可对其进行检测的测序分析技术。     

哺乳动物DGAT基因及其生物学功能研究进展

二酰基甘油酰基转移酶(DGAT, EC2.3.1.20)是一种微粒体酶, 与脂肪代谢、脂类在组织中的沉积有很大关系, 它的主要作用机制是使二酰甘油加上脂肪酸酰基形成三酰甘油。DGAT在细胞甘油代谢中起根本性的作用, 并在高等真核生物甘油三酯代谢途径如肠脂肪吸收、脂蛋白集合、脂肪形成和泌乳中发挥着重要的功能, 提示DGAT不仅是调控甘油三酯与脂肪酸之间的关键因子, 而且可能在动物脂肪沉积中起着关键的调控作用。     

哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展

时间生物学主要是研究生物体内生理和行为的时间机制的学科,而这种机制主要是由生物钟调控的。研究表明,营养代谢的各个方面如葡萄糖转运、糖原异生、脂质合成及降解、氧化磷酸化等作用都受到生物钟核心转录机制的调控,并具有时间敏感性;相反,代谢信号也可以反馈调节生物钟系统,包括生物钟基因表达和行为活动。生物钟的紊乱会造成诸如心血管疾病、肥胖、糖尿病等多种疾病。本文从代谢与生物钟的相互关系、各类营养信号和营养素对生物钟的作用以及生物钟与营养代谢相关疾病的关系等多方面综述了哺乳动物营养代谢的时间生物学研究进展。     

合成生物学研究进展与应用

合成生物学作为一门新兴的综合交叉学科,将工程学的设计思想和原理应用到生物学的研究当中。在短短的十年间,合成生物学已经取得了一系列重要的进展。这些成果不仅有助于人们对生命本身的理解和认识,同时也为人类解决诸如能源、环境、医疗、药物生产等问题提供了极大的帮助。本文从合成生物学领域几个成功的研究实例出发,综述合成生物学已经取得的重大成就及其实际应用,并展望合成生物学将给人类社会带来的巨大变化。     

哺乳动物体内蛋白质合成的调节

近年来我们对体内的蛋白质生物合成,已有了稍为深入的了解,但是还不能解答,哺乳动物体内从同一受精卵发育、分化而来的各种组织或细胞,理应含有相同遗传信息,何以其所合成的蛋白质并不完全相同?例如,胰岛β细胞合成的蛋白质主要是胰岛素,而肝细胞合成的蛋白质却主要是血浆清蛋白。不仅如此,即使在同一种细胞中,不同时间合成的蛋白质的种类和数量亦可有所不同,这又是为什么? 据了解,在体内各种蛋白质的合成并非漫     

转基因哺乳动物细胞自合成多不饱和脂肪酸

亚油酸、亚麻酸是哺乳动物体内的必需脂肪酸,但哺乳动物由于缺乏△12和ω-3脂肪酸脱氢酶而自身不能合成．△12和ω-3脂肪酸脱氢酶存在于真菌、植物和一些低等动物中．为了实现哺乳动物细胞亚油酸的自身合成,克隆了线虫编码△12脂肪酸脱氢酶的FAT-2基因eDNA序列,通过优化密码子,构建真核表达载体,稳定转染细胞,经抗生素筛选获得稳定整合FAT-2基因的CHO细胞．PCR和RNA印迹（Northern blot）验证了基因的整合和表达．气相色谱分析细胞的脂肪酸含量表明,FAT-2基因的表达显著提高了转基因细胞中亚油酸的含量,亚油酸含量为阴性对照细胞的2．4倍．研究结果表明,低等动物△12脂肪酸脱氢酶可以重建哺乳动物多不饱和脂肪酸合成途径,并利用细胞中的油酸合成亚油酸．上述研究为进一步利用转基因技术促进农业动物合成多不饱和脂肪酸从而提高食品营养价值奠定基础．     

遭遇合成生物学

合成生物学的进展可能给社会安全带来新的挑战。对此,美国政府期望通过与科学界深入合作的方式来避免生物恐怖袭击。而另一方面,要制作出致命的生物武器其实并没有想象的那么容易。     

合成生物学展望

21世纪生命科学将因系统生物学和合成生物学而进入新的发展时期,系统生物学使生命科学由实验科学转变为定量、预测的系统科学,而合成生物学是在系统生物学基础上进一步把生命科学推向工程科学．把系统生物学研究的天然元件、模块、网络、系统转变为工程化的元件、模块、网络用以构建具备各种功能的生物装置和生物体。     

合成生物学之我见

<正>"专家视点"是刊物新设栏目。希望能与读者分享生物技术领域热点问题的专家见解,开阔视野,为生物技术领域的研发和产业化发展提供重要参考信息。本期我们特别刊登了华东理工大学张嗣良教授对合成生物学发展的一些看法和观点,以飨读者。同时也希望生物技术领域的其他专家以不同视角和观点进行学科讨论甚至辩论,以求得真理。