基于微系统技术的细胞微操控、细胞图形化方法及应用

微系统技术给细胞研究提供了一个全新的平台。细胞图形化（Cell Patterning）技术作为全新的细胞培养方式,在细胞研究中发挥重要作用。本文介绍了目前应用于细胞图形化的主要技术,包括光刻（Photolithography）、软光刻（Soft lithography）、模板辅助（Stencil-assisted patterning）等方法,并阐述了利用细胞图形化技术的在基础生物学、组织工程以及基于细胞的生物传感器等方面的主要应用。     

新基因起源：从自然进化到人工设计

生命体系历经40多亿年的自然进化,创造了无数丰富多彩的功能基因,保障了生命体系的传承与繁荣。然而生命体系的自然进化历程极其缓慢,新的功能基因产生需要数百万年时间,无法满足快速发展的工业生产需求。利用合成生物学技术,研究人员可以依据已知的酶催化机理和蛋白质结构进行全新的基因设计与合成,按照工业生产需求快速创造全新的蛋白质催化剂,实现各种自然界生物无法催化的生物化学反应。尽管新基因设计技术展现了激动人心的应用前景,但是目前该技术还存在设计成功率不高、酶催化活性较低、合成成本较高等科技挑战。未来随着合成生物学技术的快速发展,设计、改造、合成和筛选等技术将融合为一体,为新基因设计与创建带来全新的发展机遇。     

新基因起源:从自然进化到人工设计北大核心CSCD

生命体系历经40多亿年的自然进化,创造了无数丰富多彩的功能基因,保障了生命体系的传承与繁荣。然而生命体系的自然进化历程极其缓慢,新的功能基因产生需要数百万年时间,无法满足快速发展的工业生产需求。利用合成生物学技术,研究人员可以依据已知的酶催化机理和蛋白质结构进行全新的基因设计与合成,按照工业生产需求快速创造全新的蛋白质催化剂,实现各种自然界生物无法催化的生物化学反应。尽管新基因设计技术展现了激动人心的应用前景,但是目前该技术还存在设计成功率不高、酶催化活性较低、合成成本较高等科技挑战。未来随着合成生物学技术的快速发展,设计、改造、合成和筛选等技术将融合为一体,为新基因设计与创建带来全新的发展机遇。     

基因组工程在医学合成生物学中的应用

合成生物学旨在建立一套完整的工程理论和方法,通过设计和组装基本生物学元件,更为有效地实现复杂生物系统的设计,并使其完成可编程的生物学功能。近年来随着可编程基因组元件的出现,特别是CRISPR和CRISPRi技术平台的建立和完善,使得合成生物学进入了一个全新发展的时期。本文重点综述CRISPR等基因组编辑和调控技术,其在构建可编程生物学元件和复杂基因线路的应用以及合成生物学在医学中(称为医学合成生物学)的发展前景。     

合成微生物学研究的若干前沿的思考

1 引言 合成生物学是建筑在工程学和生物学基础上、正在迅速发展、以创新为导向的崭新研究领域.高通量低成本的基因测序技术、DNA 合成技术及其公司化运作,以及各种高通量的细胞功能组分分析技术为该领域发展奠定坚实的基础.合成生物学旨在工程学思想的指导下,从头设计并构建新的生物元件、装置和系统,或对现有的、天然的生物系统进行重新设计和改造.     

合成生物学的医学应用

合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。     

基于合成基因线路的智能药物

合成生物学自诞生以来对生物学领域的研究产生了重要的影响。利用工程学思维与方法,合成生物学揭开了生命系统许多调控机制,改造并扩展了一系列生物元件,同时带来了广泛的生物医学应用,为疾病诊断与治疗提供了新的思路。本文综述了适用于哺乳动物细胞或者细菌的合成基因线路并用于疾病诊断与治疗领域的最新进展,为未来智能药物设计提供新的思路。     

利用合成生物学生产药物和燃料

合成生物学是一个快速发展的研究领域,其重要性体现在科学研究和应用开发两方面。它不但加深了我们对复杂的生物过程与机理的理解,而且使得基础生物研究向实际应用的快速转化成为可能。将介绍一些新型高效的合成生物学工具以及如何利用它们开发能从可再生原料生产药物和燃料的上程菌株。     

应用合成生物学构建蓝细菌细胞工厂的研究进展

蓝细菌是一类能进行放氧光合作用的原核微生物,具有生长速度快、光合效率高、易于基因遗传操作等特点。它们能够将捕获的光能和二氧化碳转化为生物能源分子,在解决当前社会面临的能源紧缺和环境污染等问题上有着重要的理论和应用研究价值。近年来,随着合成生物学的迅猛发展,构建以蓝细菌为底盘的“人工细胞工厂”用于合成各类生物能源和精细化学产品取得了令人瞩目的成绩。重点介绍了应用合成生物学构建蓝细菌细胞合成工厂的研究进展,并对“光合自养型细胞工厂”面临的两大问题——产物毒性问题以及细胞内氧化胁迫问题进行了重点讨论。     

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。     

遗传测试和遗传咨询

遗传物质的突变,包括基因突变或染色体畸变,是遗传病发生的根源,也是区别于其他疾病的基本特点。大力开展遗传测试及筛查,及时检出遗传病患者及致病基因携带者,是提高人口素质,促进家庭幸福、社会繁荣、国家昌盛的唯一可行的方法。遗传咨询对于检出遗传病患者及致病基因携带者,并进行有效、可行的婚姻指导、生育指导,以减少或防止遗传病患儿的发生和发病,发挥着相当重要的作用。在产前诊断中涉及疾病胎儿处理的道德选择问题上,遵循四项基本准则：第一,尊重夫妇双方的选择;第二,对个人和家庭不产生伤害;第三,产前诊断的结果可靠;第四,产前诊断和遗传咨询的自愿性。这些准则无疑在世界各国有着共同性。     

Addressing the feasibility of people of African descent finding living African relatives using direct-to-consumer genetic testing

People of African descent use direct-to-consumer genomics services such as 23andMe and AncestryDNA for various family histories and health reasons, including identifying and interacting with the previously unknown living African genetic relatives. In this commentary, I argue that it is reasonable to consider that cousin pairs consisting of an African person and a descendant of an African person enslaved in the Americans during the Transatlantic Slave Trade (i.e., a person of African descent) have genealogical ancestors recent enough to be detected using autosomal DNA testing where the pair has shared ancestors in the range of 20–6 generations ago from the present.     

中国遗传咨询网——我国首个在线遗传咨询与遗传教育网站的开发

随着互联网的普及, 网络用户已习惯从网上获取相关资讯, 包括求医问药。由于我国的临床遗传学体系尚未完全建立, 许多遗传病患者或遗传咨询者无法得到较为专业的知识和咨询服务。为此, 建立了中国首个提供常见遗传病科普和网上遗传咨询服务的公益性网站—中国遗传咨询网(http://www.gcnet.org.cn)。该网站主要介绍遗传病的基本知识以及常见遗传病的一般情况、临床表现、诊断与防治方法、遗传方式与遗传咨询要点等。通过组织国内外50多名遗传咨询医师或医学遗传学专家, 就咨询者关心的问题, 进行一般性咨询答复, 或指导咨询者就诊。在线遗传咨询是网络时代的一种新型的方式。该网站的运行在一定程度上弥补了我国现有遗传咨询工作的不足, 有助于推动我国临床遗传学、遗传教育和人口与健康事业的发展。     

Phylogeny rather than ecology or lifestyle biases the construction of Escherichia coli–Shigella genetic exchange communities

Genetic material can be transmitted not only vertically from parent to offspring, but also laterally (horizontally) from one bacterial lineage to another. Lateral genetic transfer is non-uniform; biases in its nature or frequency construct communities of genetic exchange. These biases have been proposed to arise from phylogenetic relatedness, shared ecology and/or common lifestyle. Here, we test these hypotheses using a graph-based abstraction of inferred genetic-exchange relationships among 27 Escherichia coli and Shigella genomes. We show that although barriers to inter-phylogenetic group lateral transfer are low, E. coli and Shigella are more likely to have exchanged genetic material with close relatives. We find little evidence of bias arising from shared environment or lifestyle. More than one-third of donor–recipient pairs in our analysis show some level of fragmentary gene transfer. Thus, within the E. coli–Shigella clade, intact genes and gene fragments have been disseminated non-uniformly and at appreciable frequency, constructing communities that transgress environmental and lifestyle boundaries.     

基因甘蔗：潜能、现状和前景

从基因中在甘蔗上的应用潜能、甘蔗遗传转化的方法及其成效、启动子及选择标记对基因表达和转化体筛选的效应,基因工程甘蔗的成就等几个方面进行综述评述,并提出了进一步的研究方向。     

Genetic relationships between feral cattle from Chirikof Island, Alaska and other breeds

The origin of cattle on Chirikof Island, off the coast of Alaska, is not well documented. We assessed genetic differentiation of cattle isolated on Chirikof Island from several breeds commonly used for commercial production in North America including breeds popularly believed to have contributed to the Chirikof Island population. A set of 34 microsatellite loci was used to genotype Angus, Charolais, Hereford, Highland, Limousin, Red Angus, Salers, Shorthorn, Simmental, Tarentaise and Texas Longhorn cattle sampled from North America and the Chirikof Island population. Resulting F(ST) statistics for these loci ranged from 0.06 to 0.22 and on average, 14% of total genetic variation was between breeds. Whether population structure was modelled as a bifurcating tree or genetic network, Chirikof Island cattle appeared to be unique and strongly differentiated relative to the other breeds that were sampled. Bayesian clustering for multiple-locus assignment to genetic groups indicated low levels of admixture in the Chirikof Island population. Thus, the Chirikof Island population may be a novel genetic resource of some importance for conservation and industry.     

河北省大豆地方品种遗传基础

以50份河北省大豆地方品种为材料,通过两年对12个农艺性状鉴定和30个SSR位点的分析,结果表明,地方品种农艺性状平均多样性指数为0．83,数量性状平均变异系数为20．15％,30个SSR位点平均等位变异数5．03,平均多样性指数为0．61,参试材料遗传距离平均0．869。利用Bayesian模型将参试材料分为4组。分析结果表明,河北省地方品种的遗传多样性与地理来源或不同熟期类型间没有显著相关。     

小毛莨居群的遗传分化及其与空间隔离的相关性

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,对分布于华中地区的11个小毛莨（Ranunculus ternatus）居群的遗传分化进行了检测。对8个酶系统17个酶位点上的分析结果表明,该种各居群的各项遗传多样性指标处于一个相对较低的水平：多态位点比率（P）为0－53.0％,平均每位点等位基因数（A）为1－1.647,平均预期杂合度（He）和观察杂合度（Ho）分别为0－0.108和0－0.102。居群间遗传一致度甚高（I＝0.9754-0.9991）。根据Nei 's传距离所作出的聚灰分析表明,豫南信阳地区3个居群与湖北省武汉地区8个居群之间关系较远。而在武汉地区,长江以北的居群及长江以南的部分居群分别相聚在一起,用GPS定位方法得到居群间空间距离并据此聚类,该种的遗传分化与地理因素的相关性,并推测出长江的隔离作用加强了两岸居群间的遗传分化,同时发现一个生于独特生境的居群在表型和遗传结构上都已与其他邻近居群有了很大分异,由于该居群在所检测的酶位点上均无特有等位基因出现,作者认为不宜将其作为新种或新变种处理。     

忍冬属植物的遗传多样性及其种间关系研究

应用RAPD标记技术对甘肃省境内的23种忍冬属(Lonicera Linn．)植物的遗传多样性及其种间关系进行了探讨。从34个随机引物中共选出9个多态性和重复性较好且谱带清晰的引物,这9个引物扩增出的DNA片段大多在300～3000bp之间,所形成的多态性位点数差距较大。POPGENE 1．31软件分析结果表明：甘肃省忍冬属植物具有较为丰富的遗传多样性,其多态性比率为71．93％,Shannon多样性指数与Nei指数分别为0．3230和0．2086。Nei‘s遗传距离和UPGMA分析结果显示,23种忍冬明显地聚为2大类,其下又有较多分支,即隶属于同一亚组或相近亚组的不同种基本归为一类,其种间关系与传统的形态学分类结果基本一致。但也有个别种的归属及种间关系稍有变化,如形态学上差异较大的毛药忍冬和毛花忍冬在本研究中聚在一起。这可能与不同的分类水平有关。     

Genetic population structure of two African-Ecuadorian communities of Esmeraldas

The genetic structure of two African-Ecuadorian communities, Rio Cayapas and Viche (Esmeraldas province, northwest Ecuador), was studied on the basis of ACP1, ADA, AK1, CA2, ESD, GLO1, G6PD, PGD, and PGM1 subtypes and thermostability, PGM2, HBβ, F13A, F13B, ORM1, AHSG, C6, C7, and APOC2 gene frequency, and migration data on 255 individuals. The fixation index of Wright (F_ST), correspondence, and genetic distance analysis were applied to compare the genetic relationships between these communities and other American populations of African ancestry. F_ST values from the migration data and surname origins suggest that Rio Cayapas is genetically more isolated and shows less mobility and admixture than does Viche. The genetic admixture estimates indicate a large contribution of African genes to the gene pool of both communities (74.3% to 58.4%), whereas the proportion of the Amerindian component differs significantly (14.5% in Rio Cayapas to 27.6% in Viche). Am J Phys Anthropol 109:159–174, 1999.© 1999 Wiley-Liss, Inc.