合成生物学:一种研究生物图案形成的新方法

生物图案是如何形成的?这是一个生物学中最基本的问题.在自然界里生物的生理表现极为复杂,因此在大多数情况下,生物图案形成背后的分子机理和原理很难被阐述清楚.由于生物系统的多样性和复杂性,想要理解某一特定图案形成的机理都是很困难的,更不要说理解生物图案形成背后的普遍机理了.尽管目前的遗传和生化方法极大地推进了人们对生物图案形成的认识,这些进步主要还是来源于对功能获得型/功能缺失型突变体的研究,而这些研究颇为费时.当前普遍认为合成生物学是一门应用性的学科,但除了实际应用,合成生物学还可以作为探索生命科学根本问题的方法.本文将以重复周期性生物图案的形成为范例来讨论如何运用合成生物学了解生物图案的形成以及今后如何将其运用到组织工程中去.     

人工控制生物神经网络形成研究的进展

1 人工控制生物神经网络形成研究的意义早在1904年Cajal提出的神经元学说就奠定了生物神经网络(BNN)的理论基础。近十年来在人工神经网络(ANN)研究的推动下,BNN受到了日益广泛的重视。从神经网络研究的历史来看,ANN和BNN的研究是相互促进的,1949年Hebb就提出神经元之间突触联系强度的可变性,并给出了突触的学习规则。他的天才预见直到1973年才由Bliss在高等动物记忆中枢(海马)的神经元实验中得到证实,目前,ANN的研究正处于应用的大发展阶段。但ANN的理论研究(如模型,学习算法)则处于相对停滞状态,这种状态在短     

生物分子计算机

生物分子计算机是一种用生物分子元件组装成的具有并行数据处理、三维存储器和神经网络等特征的智能化计算机。它不但运行速度快、能处理复杂性的非线性问题、具有一定的逻辑推理等认知能力 ,而且具备生物分子形成的细胞样的自行修复或自体复制能力。也许从分子计算机到蛋白质计算机、DNA计算机再到生物分子计算机是一种研究和制造生物分子计算机的路径。     

张香桐教授在85岁诞辰之际荣获“终身成就奖”

11月初,在北京,国际神经网络学会授予中国科学院学部委员,上海脑研究所名誉所长张香桐教授“终身成就奖”以表彰其在生物神经网络方面所作的重大贡献。国际神经网络学会高度赞扬张香桐教授50年来从事脑功能的解剖学、电生理学和神经心理学的研究,对高等脊椎动物感觉运动皮层和脑干系统的定位组织等基本概念的发展起到了关键性的作用。他自1950年开始所作的关于大脑皮层神经元树突电位的多项研究,形成了一种     

希瓦氏菌生物被膜研究进展

希瓦氏菌（Shewanella spp.）是海产品中常见的优势腐败菌,易在食品加工设备表面形成生物被膜而难以清除。生物被膜的存在不仅会造成食品的持续污染和交叉污染,也会影响加工设备的使用,从而对国民健康和经济发展造成威胁。目前,针对希瓦氏菌生物被膜的研究主要集中在表型研究上,对其生物被膜形成分子机制的研究尚处于起步阶段。总结希瓦氏菌生物被膜的形成过程,重点论述希瓦氏菌生物被膜的形成机制并对希瓦氏菌生物被膜控制方法进行简要概括,展望未来的研究方向,以期为希瓦氏菌生物被膜的深入研究提供参考。     

人工神经网络模型及其在农业和生态学研究中的应用

对于一些复杂的农业生态系统,人们对其生态过程了解较少,且这些系统的不确定性和模糊性较大,用传统的方法难以模拟这些系统的行为,神经网络模型因为能较精确地模拟这些系统的行为,而引起生态学者们的广泛兴趣。该文着重介绍了误差逆传神经网络模型的结构、算法及其在农业和生态学中的应用研究。误差逆传神经网络模型一般采用三层神经网络模型结构,三层的神经网络模型能模拟任意复杂程度的连续函数,而且因为它的结构小而不容易产生与训练数据的过度吻合。误差逆传神经网络模型算法的主要特征是:利用当前的输入误差对权值进行调整。在生态学和农业研究中,误差逆传神经网络模型通常作为非线性函数模拟器用于预测作物产量、生物生产量、生物与环境之间的关系等。已有的研究表明:误差逆传神经网络模型的模拟精度要远远高于多元线性方程,类似于非线性方程,而在样本量足够的情况下,有一定的外推能力。但是误差逆传神经网络模型需要大量的样本量来保证所求取参数的可靠性,但这在实际研究中很难做到,因而限制了误差逆传神经网络模型的应用。近年来人们提出了强制训练停止、复合模型等多种技术来提高误差逆传神经网络模型的外推能力,也提出了Garson算法、敏感性分析以及随机化检验等技术对误差逆传神经网络模型的机理进行解释。误差逆传神经网络模型的真正优势在于模拟人们了解较少或不确定性和模糊性较大系统的行为,这些是传统模型所无法实现的,因而是对传统机理模型的重要补充。     

肺炎克雷伯菌生物被膜的体外模型建立

目的研究临床分离的肺炎克雷伯菌在体外形成生物被膜的情况,为进一步研究生物被膜肺炎克雷伯菌的耐药机制奠定基础。方法采用改良平板法建立肺炎克雷伯菌生物被膜模型,用喷金法和扫描电镜观察鉴定,并对生物被膜的形成进行定量分析。结果23株临床分离的肺炎克雷伯菌菌株生物被膜形成能力不同,以强阳性生物被膜形成能力者为最多数。结论绝大多数临床分离的肺炎克雷伯菌菌株具有较强的生物被膜形成能力。应用改良平板法能够较好的在体外建立其生物被膜模型。     

毒力基因调控蛋白PrfA促进单核细胞增生李斯特菌生物被膜的形成

单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)是重要的革兰氏阳性食源性致病菌,易在食品以及各种食品加工、运输和保藏设备的接触面形成生物被膜,从而具有更强的抗逆性而难以彻底清除,因此成为食品卫生安全的重要隐患.PrfA是LM毒力基因转录表达的重要调控因子,通过比较研究LM野生株(EGD和EGDe)、PrfA缺失株(EGDAprfA和EGDeAprfA)、无害李斯特菌(Listeria innocua,LI),携带组成性表达PrfA蛋白的重组无害李斯特菌(LI-pERL3-prfA*)以及重组单核细胞增生李斯特菌(EGDeΔprfA-pERL3-prfA*)生物被膜形成能力的差异,探讨LM重要的毒力调控蛋白PrfA对生物被膜形成的影响.实验结果显示:LM野生株具有较强的生物被膜形成能力,而LI形成生物被膜的能力最弱;PrfA的缺失能降低LM生物被膜的形成能力;组成性高量表达PrfA蛋白可以回复EGDeΔprfA的生物被膜形成能力,但对LI没有增强作用.以上实验结果表明:PrfA在LM生物被膜形成中具有重要的促进作用.     

沙坡头地区吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用

以沙坡头植被固沙区为研究对象,采用野外试验与室内分析相结合的方法,探讨了吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用.结果表明:在沙坡头人工固沙植被区内,吸湿凝结水90％分布在表层3 cm以内,不影响土壤表层水分含量;夜间形成的吸湿凝结水在日间参与了地表水分与大气层水汽的交换过程,弥补了日间蒸发作用导致的土壤水分的散失,使表层土壤水分不会迅速降低.吸湿凝结水形成量与生物土壤结皮中的叶绿素含量呈正相关关系,能够提高该区生物土壤结皮的生长活性,有利于其生物量的积累.     

和厚朴酚对大肠埃希氏菌生物被膜形成的抑制机制

【目的】研究不同浓度的和厚朴酚(honokiol)抑制大肠埃希菌(Escherichia coli)的供试菌株10389生物被膜(biofilm,BF)形成的作用机制。【方法】用氯化三苯基四氮唑比色法(TTC)和四唑盐减低法(XTT)测定honokiol抑制E.coli10389生物被膜形成的药物最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)及其抑制作用与时间的关系;通过qRT-PCR法检测不同浓度的honokiol对E. coli 10389生物被膜形成基因和群体感应系统相关基因表达量的影响;通过生物发光法和qRT-PCR法检测亚-MIC honokiol对E. coli 10389呋喃糖基硼酸二酯(AI-2)及其调控的与生物被膜形成相关的下游基因表达量的影响。【结果】Honokiol能抑制E.coli10389生物被膜的形成,但不同浓度的honokiol抑制E. coli 10389 BF形成的作用机制不同。其中,与对照组相比,MIC的honokiol能使E. coli 10389 BF形成相关基因编码毒素(hha)和细菌酸性调节因子(ari R) mRNA的表达量显著提高,抗毒素...     

相分离与RNA的相互调控

细胞内生物大分子通过相分离形成凝聚体对复杂精细的生物化学反应进行调控,从而保证细胞生命活动高效有序地进行. RNA是细胞内丰度极高的生物大分子,在大部分凝聚体的形成和调控中起着关键作用. RNA自身可以发生相分离,也可以通过其电荷和结构等特征影响蛋白质的相分离.反之,蛋白质的相分离可以调节RNA的生成、代谢和功能等.因此,相分离为蛋白质-RNA生物大分子机器发挥功能提供新维度.本文对RNA与相分离的相互调控进行总结,并对未来相分离研究在RNA生物学中的作用提出展望.     

基于高通量共聚焦激光扫描显微镜方法定量分析副溶血性弧菌生物被膜结构

【目的】副溶血性弧菌是水产品中常见的食源性致病菌,生物被膜的形成对副溶血性弧菌的环境生存和传播至关重要。这项工作的目的是评估临床和环境中分离出的44株副溶血性弧菌菌株形成的生物被膜的结构多样性。【方法】该研究基于共聚焦激光扫描显微镜的高通量方法,使用与高分辨率成像兼容的96孔微量滴定板,结合结构分析软件ISA-2来研究生物被膜形成和结构,分析22株食品与22株临床来源的副溶血性弧菌菌株形成的生物被膜结构参数(生物体积、平均厚度、粗糙系数)。【结果】CLSM图像显示,44株副溶血性弧菌菌株在培养48h后能够形成3D结构,进一步比较分析了临床来源菌株与环境来源菌株形成的生物被膜结构异同,发现临床菌株生物被膜的变异系数比环境菌株生物被膜的变异系数小,且同时携带tdh和trh两种毒力因子的菌株生物被膜变异性最小。凝聚层次聚类分析结果显示,副溶血性弧菌生物被膜可以分为致密且表面光滑(39%)、斑驳且表面粗糙(27%)、疏松且表面坑洼(34%),临床菌株易形成致密且表面光滑和斑驳且表面粗糙的生物被膜,而环境菌株易形成致密且表面光滑和疏松且表面坑洼的生物被膜。【结论】该研究深入了解了副溶血性弧菌生物...     

基于RNA-Seq技术分析白藜芦醇对副溶血弧菌生物被膜的抑制作用

【目的】利用可食用植物素抑制致病菌生物被膜受到广泛的关注。本文研究分析白藜芦醇对水产品致病菌副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)生物被膜形成的影响及重要的调控基因。【方法】研究测定亚抑菌浓度白藜芦醇对V.parahaemolyticus生物被膜形成和胞外多糖分泌的影响,采用RNA-Seq技术分析白藜芦醇作用下V.parahaemolyticus基因表达水平变化,并利用荧光定量PCR方法验证部分差异表达基因。【结果】白藜芦醇对V.parahaemolyticus的最小抑菌浓度为20μg/m L,亚抑菌浓度5μg/m L和10μg/m L作用下能显著抑制该菌的生物被膜形成和胞外多糖产量(P0.05),扫描电镜观察发现细菌的粘附量和胞外分泌物显著减少。V.parahaemolyticus在10μg/m L白藜芦醇作用下共检测到106个基因表达量发生显著变化(P0.05),其中上调基因约占22.6%,下调基因约占77.4%。这些基因主要在7条代谢通路中被显著富集,其中外膜蛋白(W,Yed S,Omp K)、群体感应(Lux S)、鞭毛蛋白(Fla A)、菌毛蛋白(Pil Q)、溶血素分泌蛋白等14个调控基因可能与V.parahaemolyticus生物被膜有关,呈现显著下调表达。荧光定量PCR发现lux S、trh、tlh和fla A 4个基因在白藜芦醇作用后表现不同程度的显著下降,与转录组结果一致。【结论】白藜芦醇抑制V.parahaemolyticus生物被膜形成是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,其主要通过干扰V.parahaemolyticus新陈代谢过程、群体感应系统、膜蛋白分泌通路,抑制细胞的粘附和生物被膜形成。研究为揭示白藜芦醇抗生物被膜的分子机制提供参考。     

桑螵蛸挥发油对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应的初步探究CSCD

目的研究桑螵蛸挥发油提取物对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应。方法采用六孔板为载体培养细菌生物被膜,在刚果红平板鉴定使用的金黄色葡萄球菌菌株为生物被膜阳性菌株的基础上,再采用银染后通过倒置显微镜观察法来观察桑螵蛸挥发油提取物及其他药物对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应。结果空白对照组细菌生物被膜明显,药物实验组细菌生物被膜受到抑制,且桑螵蛸挥发油实验组抑制效果最明显。结论桑螵蛸挥发油提取物对金黄色葡萄球菌生物被膜的形成有明显的抑制效应,为下一步研究其详细有效成分及开发提供基础数据和理论依据。     

桑螵蛸挥发油对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应的初步探究

目的研究桑螵蛸挥发油提取物对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应。方法采用六孔板为载体培养细菌生物被膜,在刚果红平板鉴定使用的金黄色葡萄球菌菌株为生物被膜阳性菌株的基础上,再采用银染后通过倒置显微镜观察法来观察桑螵蛸挥发油提取物及其他药物对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的体外抑制效应。结果空白对照组细菌生物被膜明显,药物实验组细菌生物被膜受到抑制,且桑螵蛸挥发油实验组抑制效果最明显。结论桑螵蛸挥发油提取物对金黄色葡萄球菌生物被膜的形成有明显的抑制效应,为下一步研究其详细有效成分及开发提供基础数据和理论依据。     

粪肠球菌生物被膜形成早期相关基因的表达研究

目的:以粪肠球菌为研究对象,探讨粪肠球菌基因srtA(转肽酶A编码基因)、esp(肠球菌表面蛋白)与粪肠球菌生物被膜形成早期的相关性。方法:用逆转录PCR与实时荧光定量PCR方法对生物被膜和浮游菌组细菌srtA、esp两种与生物被膜形成早期相关的基因其表达进行检测,并进行统计学分析。结果:srtA、esp基因与粪肠球生物被膜菌早期形成密切相关。生物被膜菌组srtA、esp表达量分别是浮游菌组的7.9与13.5倍。结论:srtA、esp基因与粪肠球生物被膜菌形成早期密切相关,可能是生物被膜早期形成的上调因子。     

第三届全国生物数学会议通知(1)

为进一步推动我国生物数学的研究工作和发展,商讨生物数学学科走向国民经济建设主战场的有关事宜,定于1994年10月间在上海交通大学召开第三届全国生物数学会议。本学术会议中:(1) 将广泛交流全国生物数学研究人员在生物动力系统、生物控制、生物统计、神经网络、医学数学、数量生态、运动生物数学以及农、林、牧业中的数学方法等方面的研究成果。(2) 交流生物数学学科走向国民经济主战场的成果与策略,     

奥柰达希瓦氏菌生物膜研究进展

奥柰达希瓦氏菌(Shewanella onedensis)具有产能代谢和电子传递途径多样化的特性,是生物进化与生物修复研究的重要模式细菌.该茵对不溶性金属具有的还原性能和在生物燃料电池等方面潜在的应用前景,使得该菌成为近年来生物膜研究领域的热点之一.本文主要对该菌铁呼吸原理、在固体表面和气液界面形成生物膜的理化条件、影响生物膜形成的因素、生物膜形成的机制以及其在应用研究方面的进展等进行了综述.     

副溶血性弧菌-霍乱弧菌混合生物被膜形成过程研究

【目的】研究副溶血性弧菌(Vibrioparahaemolyticus,VP)和霍乱弧菌(Vibriocholera,VC)混合生物被膜的形成过程。【方法】在4、8、12、24、36、48、60、72 h测定单独条件下VP、VC及其混合后生物被膜的形成情况,通过结晶紫染色法、平板菌落计数法、测定胞外多糖、胞外蛋白,通过荧光原位杂交(FISH)观察混合生物被膜形成。【结果】虽然形成的混合生物被膜量介于VC和VP之间,但混合生物被膜在形成过程中,成熟期后生物被膜量的变化较小,对环境的抗性增强。混合生物被膜中拥有更多的活菌,混合生物被膜形成过程中胞外蛋白和胞外多糖的变化体现出其可能在对抵御不适应环境中起重要作用,通过FISH可观察到不同时期生物被膜的变化过程。【结论】VC与VP共同形成生物被膜的过程中,混合生物被膜总量虽然减少,但混合生物被膜中拥有更多的活菌,这可能引起更大的危害。研究混合生物被膜形成过程中被膜的变化,可为有害生物被膜的控制提供基础。     

粉防己碱对白念珠菌生物膜及芽管形成的影响

目的研究粉防己碱(Tet)对白念珠菌(Candida albicans)生物膜及芽管形成的影响。方法采用XTT还原比色法观察Tet对C.albicans成膜的影响;将0.01、0.1、1μmol/L的Tet分别与C.albicans悬液共同孵育,显微镜下计数芽管形成率。分别设阳性对照组(两性霉素B与白念珠菌悬液共孵育)和阴性对照组(白念珠菌悬液中不加Tet),试验重复5次。结果 Tet各剂量组对C.albicans生物膜及芽管形成具有明显抑制作用(P0.05),其作用与药物浓度呈正相关,其中1μmol/L的Tet对C.albicans生物膜及芽管形成的抑制率最高,C.albicans生物膜及芽管形成率低于阴性对照组(P0.05),1μmol/L的Tet组生物膜及芽管形成率低于0.01及0.1μmol/L组(P0.05)。与阳性对照组比较,差异无统计学意义(P0.05)。结论 Tet对体外C.albicans生物膜及芽管形成有一定的抑制作用。