微生物,高智商,大产业——合成生物学助力阿维菌素的高效智能制造

合成生物学研究具有两种属性,即生命本质的认识提升属性与生物制造属性。以阿维菌素产生的生命过程复杂性为例,几乎可用"高智商"来形容。通过系统认知微生物的"智商",从"格物致知"到"建物致用",实现师法自然,让微生物更高效地为人类服务。在人工工业大规模制造时,上述生命本质的认识无疑是有帮助的,但在微生物与生物反应器组成的复杂系统中,如何从基因到代谢的细胞生理状态到胞外的环境影响中,由"格物致知"的因果关系找到可人工操作的生物智能制造(智造),这又是极其困难的科学问题,这就是合成生物学的生物制造属性。因此,必须开展生物过程大数据分析,克服基因、代谢、过程到生产组织中产生的大量互不联系的数据孤岛。近年来,合成生物学的蓬勃发展掀起的技术革命已经彻底颠覆了人们过去对于生物和生物技术的认识。该文以阿维菌素的研究为例,讨论在合成生物学时代如何利用微生物的"智商"来加速实现微生物药物高效智能制造的研发过程,并为其他微生物天然产物药物的智能化生产提供可借鉴的思路和方法。     

生命信息安全控制原理的再探讨

建立生命信息安全控制原理的理论性平台,由该平台的视野分析免疫学所涉及的诸多理论问题,譬如免疫记忆、免疫功能等方面,并针对性进行归纳以及绘制出相关图形,试图将免疫学理论中所呈现的纷繁复杂性的方面以及过于分散的条块更加条理化、清晰化及整体化。由逻辑学的层面讨论免疫学学名的形成,分析结果:免疫学学名应归结为主观是非逻辑意识产物,并主张认识论应回归自然生成逻辑的观点。免疫记忆在本质上是对遗传信息的记忆,离开了遗传信息的识别与分析就不存在免疫记忆。众多学者的系列研究资料表明,CD4+T细胞在CD8+T细胞反应的起始就辅助其发挥作用,并维持其记忆细胞功能,而CD4+T细胞的记忆是由TCR-MHCⅡ信号所决定。X线晶体衍射及三维结构图所显示MHCII类肽结合凹槽内的多肽更能显示出呈递多肽遗传信息的功能,而MHCI类分子肽结合凹槽内的多肽难以与呈递多肽遗传信息的功能联系起来。只有辅助性T细胞是决定与辅助记忆的细胞,其不仅决定B细胞胸腺依赖性抗原的记忆,而且决定CD8+T细胞的记忆性。对生命信息识别从记忆属性层面进行分类,即分为遗传信息密码识别(记忆属性)和非遗传信息密码识别(非记忆属性)2大类。通过危险因素、生命信息感应器、信息识别及应答调控这样4个相连贯环节的分析,绘制出生命信息安全控制原理图。从功能效应层面进行讨论,将生命信息安全控制的功效分类为正面功能效应和负面功能效应2大类,其中将组织修复归结为正面功能效应,创伤引起的无菌性炎症归结为负面功能效应。绘制出生命信息安全控制功效图,并讨论了生命信息安全控制功效图的建立在理论方面的重要意义。     

在分子生物学建立过程中物理学家的贡献

本世纪初,孟德尔定律重新发现后,遗传学迅速发展,到30年代,基因论已得到普遍承认。当时面临的主要问题是:基因的物质基础和基因的自我复制。摩尔根等人提出,经典物理学和化学的方法最终将能说明某些过程;而传统的观点则认为,必须坚持遗传分析的老方法才能认识基因的秘密,贝特森等人对用理化的方法表示“不可思议”。生物学家在遗传微观机制的研究上,遇到了难以克服的困难。另辟蹊径,打开通往生命之迷大门的是一批有远见卓识的物理学家、化学家、生物化学家。没有这批“门外汉”,就不会有分子生物学的今天.其中,物理学家的功绩最为引人注目。     

面向工程化的合成生物学功能器件创建与集成初探

1 合成生物学作为科学前沿的兴起 1.1 以 "合成"作为研究生命的基本策略之一 据哈佛大学历史教授 Keller 考证,"合成生物学"一词的出现已有约100年的历史.然而,合成生物学作为一个新兴科学前沿的起点,是约10 年前研究者报道人工设计构建的基因"阻遏振荡器"①和基因"双态开关"②, 这两项研究试图证明,"通过在最基本原理指导下进行设计、构建和验证来真正理解研究对象"这一现代科学的基本理念,也适用于生命对象.     

推动生理学发展的桑克托留斯

<正>16世纪文艺复兴的兴起,对当时正统学派发起了挑战,为17世纪人们逐渐转变自然观念奠定了基础。亚里士多德所建立起来的对自然世界的解释受到了质疑,并且被认为不再恰当,一场猛烈的思想风暴在科学界掀起,新的思想、理念、设计、记录和观察不断涌现,以至于那个时代被戏称为"造反世纪(The Insurgent Century)"。在这样的大背景下,生命医学也在不断进步,并涌现出了一批杰出的科学家,被称为"代谢平衡研究     

适应的分子机制

适者生存是生命活动的普遍规律。在生命适应环境的过程中,细胞内部的蛋白质和基因随着环境的变化不断调整自身的结构和功能,以趋于同环境的协调统一。环境、蛋白质、基因三者之间宏观与微观、微观与微观的联系过程可以概括为:环境决定蛋白质,蛋白质决定基因。基因将蛋白质适应环境的信息记录下来,并源源不断地输出,从而产生了各种适应环境的性状。     

抑制消减杂交技术的原理及应用

基因的选择性表达决定了生物体的各项生命活动,对这些差异表达基因进行分离、克隆有助于了解人体各项生命活动的分子调控机制。抑制硝减杂交技术是新建立的一个快速克隆差异表达基因ｃＤＮＡ的有效方法。本将详细介绍该技术的原理及应用。     

表观基因组时代

<正>DNA双螺旋结构的发现和重组DNA技术、PCR技术的产生极大的促进了分子遗传学的发展。几十年来,DNA一直被认为是决定生命遗传信息的主要物质。但是,大量的事实表明,生命遗传信息从来就不是基因所能完全决定的。例如,同卵双生的双胞胎具有完全相同的基因组,在相同的环境下长大后,他们在性格、     

中心法则导论（六）

三、DNA是编码遗传信息的活字版(movable—type tempIate)。 传统遗传学的中心概念是染色体基因决定论,“基因论认为个体上的种种性状都起源于生殖质内的成对口寺要素(基因)”,简言之,基因决定一切性状,而基因本身自决,或者说,基因是生命系统中独立的、稳定的、自我决定的遗传物质,它决定一切性状,但不被任何性状所决定,DNA双螺旋结构及自我复制能力被认为是证明了基因的稳定性、自决性。继基因论之后,“一个基因,一个酶”,“一个顺反子,一条多肽链”的理论则更     

硝基苯对蚕豆根尖细胞凋亡的影响

细胞凋亡(apoptosis)是一自然生理过程。是由一个主动由基因决定的自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,所以也常常被称为细胞程序性死亡(PCD,programmed cell death)。植物在正常发育时也会发生细胞程序性死亡,     

“磁场——液晶——生命体“生命模式的时空概念

"磁场--液晶--生命体"生命模式的新概念,主要包括了两层含义,即人类目前认知范畴和进入时空认知范畴初期的生命概念.或者是两者之间的过渡.生命是什么?是基因?是液晶细胞体?还是磁场?引力场?或者是时间和空间?当人们有了基因程序之后,看到的、不是生命现象的全部,而是现代人类认知范畴的内涵之一,但他注定会提醒人们时空认知范畴的伟大时代,就在前面!     

遗传学教学中性别决定关键基因的阐述

有性生殖的出现是生物进化中的重大事件。性别作为生物的一种重要而又复杂的表型, 由基因和环境因素共同控制, 其中遗传因素即基因起到非常关键的作用。 然而, 并不是每个相关基因对于生物的性别都具有相同的作用, 性别决定关键基因对生物性别的决定和性别的分化具有重要作用, 因而研究和理解性别决定的关键基因具有重要意义。随着现代遗传学的发展, 目前关于生物性别决定方式以及性别决定关键基因的研究已取得了很大的进展。文章就生物的基因性别决定机制以及基因性别决定机制的研究策略进行了综述, 以期在遗传学教学中能更好地理解和阐述。     

动物性别决定基因及其同源性比较

有性繁殖是动物繁衍后代的主要方式,关于这一机制的分子生物学研究已经有了相当的进展。在对模式动物线虫、果蝇以及人类自身的性别决定机制的研究中,几个关键的基因已经被克隆,其分子特征和作用机制也得到详细的阐述。通过对性别决定基因的比较发现,在性别决定过程中其下游调节因子较上游更为保守,在进化途径中出现较早。现就近几年动物性别决定进化途径的研究进展进行综述。     

蛋白质将成为生物学研究重点

在科学家对人类基因组进行初步研究后发现 ,人类的基因数量远少于原来的预想 ,科学家由此认为 ,生命的特性并不是全部由基因决定的。人类基因只有 3万至 4万个 ,而蛋白质却有 2 5万种 ,因此对蛋白质研究将成为今后生物学研究的一个新学科前沿。科学家研究发现 ,人类基因是果蝇的两倍 ,比老鼠多 30 0个 ,远少于人类有 6万至 10万个基因的原来预测。负责人类基因组研究科学家认为 ,这表明也许基因并不能包含生命的全部信息 ;同时也表明科学家原来的观点 ,认为一种基因只负责合成一种蛋白质可能是错误的 ,一种基因可能要负责合成几种蛋白质。美…     

端上消费者餐桌的转基因鱼

正"基因"是一个外来词,是我国著名遗传学家谈家桢先生从英文"gene"翻译过来的,这是一个绝妙的翻译,中英文在读音和词意上都非常贴切,基因——生命的基本动因。在生命体中,不同的基因行使不同的功能,它们共同维系生命体的正常运转。另一方面,不同的物种包含不同的基因或基因类型,它们成就了物种独特的生命特征。地球上纷繁复杂的生命世界皆拜基因所赐。人类、动植物及微生物体内都有成千上万个基因。基因的化学成分主要为脱氧核糖核酸(DNA), DNA双螺旋结构模     

mRNA差别显示技术及其应用

真核生物一般具有１０万个不同的基因,但同时表达基因只有很小一部分,约１５％,而且不同发育阶段、不同生理状态和不同类型的细胞中表达的基因也不尽相同。这种基因表达的差异决定了所有的生命过程：发育和分化、内环境的平衡、细胞周期、对刺激的反应、衰老和死亡等。...     

多基因疾病相关基因定位的研究策略

多基因疾病既是影响世界上多数人生命健康和生活质量的重要因素, 也是长期困惑广大科研人员的难题之一. 对多篇相关文献进行综合比较的结果说明: 研究样本、遗传标记的选择和遗传统计方法是多基因疾病研究中必须优先考虑的三个方面, 它直接决定了实验设计的可能性和结果的合理性. 其中, 样本的选择尤为重要, 不同群体的样本在多基因疾病相关基因定位的不同阶段所起的作用不同, 有的适合于疾病相关基因初步定位, 有的适合于精细定位和疾病的群体关联分析. 遗传标记的选择和遗传统计方法是由实验目的、样本特点和资料的完整情况等决定的. 对不同的统计结果应采 用适当的标准, 以排除假阳性.     

人类基因定位

基因定位的工作可以向前追溯到本世纪的初期,某些遗传性状或遗传疾病是性连锁遗传,特别是与X染色体相连锁。所以,通过家系调查可以积累证据,确定它们的基因位于X染色体上。关于Y染色体上的基因,除了决定睾丸和H-Y抗原的位点外,基本上还是一无所知。最近十几年来,特别是近5年来,由于体细胞杂交和其它一些新技术的发展,基因定位工作有了较大的发展,人们不仅能对性染色体上的基因定位,而且也能对常染色体上的基因进行定位。人的结构基因(指决定特定蛋白质多肽链上的氨基酸顺序的DNA片段,     

差异显示技术(DD-PCR)及其应用

高等植物在其生命活动过程中,由于基因的选择性表达,决定了高等植物生命活动的多样性和连续性。在植物的生长、发育、衰老和死亡过程中,都有不同的基因起作用。因此,研究基因的选择性表达,掌握其对植物生命活动的调控,克隆新基因,是分子生物学的重要课题.1992年,Liang和Pardee[1]首次提出差异显示技术（DD－PCR）,并且利用这一技术克隆了几个基因。由于该技术具有快速、灵敏、简单和可分析低丰度mRNA的优点[2],很快成为克隆新基因和研究植物基因表达的有力工具c这项技术最初用于医学研究上,近年来已开始在高等植物研究中应用…     

PacBio第三代测序平台

正"天津市湖滨盘古基因科学发展有限公司"是由天津国际生物医药联合研究院、天津大学等共同建立的第三代基因测序平台。公司有在包括诺贝尔奖获得者、美国科学院院士、中国科学院院士和国家"干人计划"指导下的一批科研人员及"美国加州太平洋生物科学有限公司"研发的第三代基因测序仪一