工业蛋白质理性设计与应用

作为合成生物学与绿色生物制造等领域的底层核心技术,蛋白理性设计可有效解决天然功能元件性能不足等共性挑战,创制高性能人工酶元件。值此天津工业生物研究所(Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, TIB)创立10周年之际,文中回顾了研究所在工业蛋白理性设计领域的系列重要工作进展。从酶设计方法学研究、新酶反应设计到生物催化应用等方面进行了分析讨论,并展望了本领域未来发展方向。望借此搭建学术界和产业界与酶理性设计的桥梁,促进新技术、新策略的开发应用,加速融合人工酶的基础研究与产业应用,推动我国生物制造领域的科技创新升级。     

数字细胞模型的研究及应用

组学分析技术的发展推动生物学逐渐成为一门以数据分析为中心的科学。依托生物数据在细胞整体系统水平建立数字细胞模型,对于理解细胞系统组织原理和生命产生进化规律,预测各种环境和基因扰动对细胞功能的影响并指导设计人工生命具有重要意义,因此数字细胞的构建模拟设计已成为合成生物学的核心研究内容与底层支撑技术。本文重点对天津工业生物技术研究所创立十年来在数字细胞研究方面的进展进行回顾介绍,重点包括基因组尺度代谢网络模型的构建、质控以及其在途径设计和指导菌种代谢工程改造方面的应用,进一步结合近年来细胞模型研究的前沿趋势,对整合多种约束的模型的构建和分析研究方面的最新成果进行了介绍,最后对数字细胞研究的未来发展方向进行展望。数字细胞技术将与基因组测序、合成和编辑等合成生物学前沿技术一起提升人们对生命进行读写改创的能力。     

应用高效体积排阻色谱偶联多角度激光散射鉴定猪圆环病毒2型灭活疫苗及病毒样颗粒疫苗抗原

本文旨在建立基于高效体积排阻色谱(high-performance size-exclusion chromatography,HPSEC)偶联多角度激光散射仪(multi-angle laser light scattering,MALLS)的猪圆环病毒2型(porcine circovirus type 2,PCV2)疫苗抗原检测方法。以纯化的PCV2灭活病毒及病毒样颗粒(virus-like particles,VLP)为参照,对4家生产企业的2种PCV2灭活病毒疫苗(a、b)及VLP疫苗(c、d)破乳后进行HPSEC-MALLS检测及分子量分析;结合PCV2抗原检测卡、Western blotting和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM),鉴定了特征色谱峰;考察了方法的重复性和检测线性。结果表明,两家企业生产的PCV2灭活病毒疫苗破乳液水相经HPSEC分离,在保留时间约13.3 min处出现抗原特征峰;MALLS计算该色谱峰分子量分别为2.61×10⁶(±4.34%) Da和2.40×10⁶(±2.51%) Da。两种VLP疫苗也在13.3 min处出现抗原特征峰,分子量分别为2.09×10⁶(±2.94%) Da和2.88×10⁶(±11.85%) Da,接近PCV2的理论分子量;同时在保留时间约11.4 min处也出现色谱峰,经检测分子量为4.37×10⁶(±0.42%) Da,TEM表征显示为VLP二聚体。取疫苗d和PCV2 VLP纯品进行重复检测,抗原色谱峰面积的RSD(n=3)均小于1.5%,重复性好;将PCV2 VLP纯品梯度稀释检测,VLP及其多聚体的色谱峰面积与浓度均呈良好的线性关系,R²分别为0.999及0.997,能够满足定量及多聚体含量分析。该方法有望成为一种准确、高效的PCV2疫苗的体外评价方法,用于质量评价与提升。     

钙离子浓度对暗适应时的中华绒螯蟹光感受器超微结构的影响

用透射电镜研究了暗适应时中华绒螯蟹的光感受器超微结构与外界钙离子浓度的关系,结果显示出与培育在生理溶液中的光感受器相比,细胞外钙离子浓度升高,使得感杆束的直径急剧缩小,感杆束周围胞质增厚,胞饮泡增加,膜下猪泡囊极度减小。胞质中多囊体的数量和直径减小,而板模体和溶酶体的数量增加,同时细胞内的色素颗粒增多。分布在小网膜细胞的远端。细胞的结构表现为类似光适应状态,与之相反,细胞外钙离子浓度降低时小眼的感     

不同盐浓度的混合盐对羊草苗的胁迫效应

用５０～３５０ｍｍｏｌ／Ｌ含有不同比例的ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＨＣＯ３和Ｎａ２ＣＯ３等４种盐成分的３０种混合盐对羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍｃｈｉｎｅｎｓｅ（Ｔｒｉｎ．）Ｋｉｔａｇ．）苗进行盐碱混合胁迫处理。结果表明：相对生长率、Ｋ和Ｎａ含量、脯氨酸积累量及叶片电解质外渗率等胁变反应均随盐浓度增大以及碱性盐比例增高而加剧。而且碱性盐所造成的高ｐＨ的致胁变效应与盐浓度关系极大,浓度低时作用较小,随浓度增大其作用加剧。在含有碱性盐的混合盐胁迫中,包含有盐胁迫和碱胁迫两种作用。以总盐浓度代表盐胁强,缓冲量代表碱胁强。在碱胁强较弱时胁变主要受盐浓度影响,随碱胁强增大缓冲量变为影响胁变的主导因素     

中华姬鼠与大林姬鼠的同工酶差异

中华姬鼠（Ａｐｏｄｅｍｕｓｄｒａｃｏ）和大林姬鼠（Ａｐｏｄｅｍｕｓｐｅｎｉｎｓｕｌａｅ）是形态学上十分相似的两种鼠类。为了对两种姬鼠的分类提供生物化学方面的依据,采用聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳方法比较和分析了两种姬鼠的ＬＤＨ同工酶、ＥＳＴ同工酶和ＳＯＤ同工酶的差异。结果表明,两种姬鼠的ＬＤＨ同工酶酶谱基本相似,而ＥＳＴ同工酶和ＳＯＤ同工酶酶谱则存在明显的种间差异。根据ＥＳＴ同工酶Ａ２带的有无和ＳＯＤ同工酶主带等电点的差别,能将两种姬鼠很容易区分开来。     

X射线衍射法在研究蛋白质动态过程中的应用

介绍了X射线衍射技术在研究蛋白质动态过程中的应用.首先介绍了用常规X射线衍射法和劳埃X射线衍射法等数据采样法研究反应时间为几分钟的蛋白质催化反应.然后介绍了通过选择不匹配底物,不适宜酸度,选择温度和酸度的跳跃,金属和光化学瞬时激发达到反应的同步来研究反应时间为几秒钟的蛋白质催化反应.     

双CSTR耦合系统中乙醇发酵过程中的分岔研究

本文首次运用现代分岔理论方法,研究了双CSTR耦合系统中乙醇发酵过程中的多定态和振荡现象．计算结果表明,当入口糖浓度大于某值时,多定态普遍存在．同时振荡受到底物浓度S_0、两耦合反应器的体积比V_(12)及稀释率D的影响.同单CSTR相比,双CSTR加强了反应深度,并通过适当改变V_(12),产率可大大提高.     

油菜(Brassica napus L)收获指数的变异

本文首次采用田间试验的方法对国内油菜收获指数的变异进行了研究．结果表明不同油菜品种的收获指数存在变异,其变异规律大致是：１）中熟品种的收获指数高于早熟品种及晚熟品种;２）中长角果的品种较长角品种具有更高的收获指数;３）高产的新品种具有较高的收获指数;４）油菜粒壳比,角杆比及千粒重与收获指数呈正相关,杆重与收获指数呈负相关．     

Somatic cell cryopreservation and protoplast regeneration of important disease-resistant wild rice Oryza meyeriana Baill

Oryza meyeriana Baill is one of the three wild rice species found in Chiia.O. mcyeriana possesses valuable characteristics but is reluctant in cell culturein vitro. In a series of experiments, callus with no regeneration ability was induced from young panicle ofO. meyeriana. The callus was subcultured and propagated. Embryogenic cell clones were obtained after cryopreswation. Suspension cultures were established and protoplasts were isolated and regenerated into plants. Results of artificial inoculation ofXanthomonas campestris pv.Oryzae showed that the strong resistance did not change in the regenerated plants. The development of protoplast-to-plant system is an important progress towards utilization ofO. meyeriana via cellular engineering. The experiments demonstrated that cryopreservation of plant calli was a new way to obtain embryogenic cell line. Project partially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 392704361, Foundation for Outstanding Young Teachers of China, State Key Program of China and Natural Science Foundation of Hubei Province, China.