CRISPR/Cas9在放线菌合成生物学研究中的应用和发展

放线菌是活性天然产物和抗生素药物的重要来源。利用合成生物学高效地开发其中丰富的天然产物资源,将为加速新药开发奠定坚实的基础。CRISPR/Cas9作为一种多功能基因编辑系统,因其便捷高效而被广泛应用于真核生物的遗传操作。但在原核生物尤其是放线菌中的应用仍处于起步阶段,机遇和挑战并存。本综述总结了目前CRISPR/Cas9系统在放线菌基因编辑和调控,以及活性天然产物的产量提升、生物合成机制解析和资源开发等方面的研究进展。同时,也对该系统在应用中面临的包括重组修复效率低,以及靶向切割效率不足等关键挑战进行了分析,并提出了相应的优化解决方法。随着CRISPR/Cas9在放线菌应用中的不断完善和发展,将极大地推动放线菌的合成生物学研究,促进其中天然产物资源的有效挖掘和应用开发。     

新型2-喹诺酮类Polo样激酶1抑制剂的设计合成及分子对接研究

目的:设计合成新型2-喹诺酮类Polo样激酶1(Plk1)抑制剂。方法:以Plk1抑制剂ON 01910为先导化合物,利用生物电子等排原理设计一系列2-喹诺酮类衍生物,用Autodock软件将该类化合物与Plk1进行分子对接和虚拟筛选,计算结合自由能;以取代的氯(溴)苄为起始原料,先后经巯基乙酸取代、双氧水氧化、与(对甲氧基)苯胺酰化,再经环合、水解制得目标化合物。结果:设计的化合物大多数与Plk1的结合自由能均比ON 01910的低,结合强度高、稳定性好;合成了16个2-喹诺酮类衍生物,产物结构经1H-NMR确证。结论:所得化合物中有15个为新化合物,化合物的结构设计科学合理,虚拟筛选结果良好,为后续实体筛选和化合物结构优化提供了理论依据和参考。     

微波辐射法合成苄基-2-萘基醚的研究

在微波辐射条件下,以2-萘酚和氯化苄为原料,用氢氧化钠作碱剂,碘化钾作催化剂,以水和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂合成了苄基-2-萘基醚;采用单因素实验法,考察了反应物的摩尔比、催化剂用量、微波功率、辐射时间等因素对苄基-2-萘基醚产率的影响。实验结果表明:在n(2-萘酚):n(氢氧化钠):n(氯化苄):n(碘化钾)=1:1.1:1:0.018,水7 ml,DMF 25 ml,微波功率320 W和辐射时间75 s的优化条件下,苄基-2-萘基醚的产率可达88.03%。     

间溴苯乙醚的合成研究

以间溴苯酚、金属钠和溴乙烷为原料,乙醇为溶剂,碘化钾为催化剂合成了间溴苯乙醚。考察了反应物的摩尔比、反应温度及反应时间对产物收率的影响。实验结果表明:当n(间溴苯酚):n(金属钠):n(溴乙烷):n(碘化钾)=1:1:1.5:0.18,无水乙醇35mL,反应温度70℃,反应时间为5h时,间溴苯乙醚收率为82.6%。     

(2R,3S,4S)-2-(N,N-二乙氨基)甲酰氧基-3-苯基-4-苯甲酰基-N-甲基-γ-内酰胺的合成及工艺研究

目的：通过对黄皮酰胺全合成中间体（2R,3S,4S）-2-羟基-3-苯基-4-苯甲酰基-N-甲基-γ-内酰胺（化合物A）2位羟基的酯化,提高脂水分配系数（kP）,考察对谷丙转氨酶活性的影响。方法：以化合物A为原料,通过酰化反应合成（2R,3S,4S）-2-（N,N-二乙氨基）甲酰氧基-3-苯基-4-苯甲酰基-N-甲基-γ-内酰胺（化合物B）,重点考察了摩尔比、反应温度、反应时间等条件对反应的影响。化合物B结构已经元素分析、红外光谱、质谱及核磁共振氢谱确证。结果：化合物A和酰化剂以摩尔比2：3,在160℃下反应1h,目标化合物B。收率78．42％。结论：本合成路线及具体反应方法,具有试剂廉价易得、反应条件温和、后处理简便等优点,是一种较为实用的合成方法。     

三个玉米合成群体选系的配合力及杂种优势分析

采用NCⅡ遗传交配设计,通过在黑龙江省哈尔滨和泰来的两点试验,以玉米自交系Mo17、B73、444和丹340为测验种,对从群体品综1号、中综3号和陕综5号选育的18份自交系进行配合力及杂种优势分析,以探讨群体选系在我国东北早熟玉米区的利用途径。结果表明,供试自交系间一般配合力存在较大差异;陕综5号群体选系HR14、HR17和HR15、中综3号选系HR9和HR8、品综1号选系HR4的一般配合力较高。在供试的72个组合中HR15×丹340、HR17×丹340、HR9×Mo17、HR14×丹340、HR7×B73、HR8×B73、HR6×444、HR5×丹340产量的特殊配合力及对照优势较高,表现出较高的利用潜力。依据特殊配合力及对照优势分析,中综3号选系与旅大红骨群、陕综5号选系与兰卡斯特群、品综1号选系与瑞德群遗传关系较近。结合育种实践,在我国北方早熟春玉米区陕综5号×旅大红骨、中综3号×瑞德或兰卡斯特、品综1号×旅大红骨或唐四平头可能组成较大利用潜力的杂种优势模式。     

总体国家安全观下合成生物学风险和应对策略研究*

合成生物学是近年来兴起的一门兼材料学、医学和信息学等学科特性的交叉学科,在促进医学进步和科技转化应用的同时,也在总体国家安全内涵中被赋予了特殊的重要地位。如何在新时期应对错综复杂的安全形势和严峻挑战,是世界各国和国际社会所面临的科技治理和生物安全的重要命题。重点介绍合成生物技术相关生物武器威胁、生物恐怖威胁、生物安全国际公约条例、生物安全伦理治理框架,总结近年来合成生物技术领域生物安全风险相关问题,提出合成生物学安全风险应对策略和国家总体安全观下科技发展建议。     

穿心莲内酯衍生物的合成及活性研究进展CSCD

穿心莲内酯为我国传统中药穿心莲的主要活性成分之一。近年来,许多研究小组以穿心莲内酯为先导化合物,在抗肿瘤、抗炎、抗菌和抗病毒药物的开发方面进行了大量的实验研究。本文对近年来穿心莲内酯衍生物的合成及活性研究进展进行了系统的总结,并揭示其构效关系,以期为进一步基于穿心莲内酯开发新药提供一定的指导。     

植物合成生物学领域发展态势的文献计量分析

合成生物学作为一种颠覆性技术可应用于农业领域的创新发展,解决当前农业学科中的瓶颈问题。利用文献计量学方法从领域发表论文的时序数量分布、主题分布等探测当前合成生物学的基本态势。基于领域的主题分布可知,其中植物合成生物学这一主题是稳定存在的且主题规模处于稳定增长趋势。聚焦植物合成生物学这一主题方向,在构建引文网络的基础上利用主路径分析方法从知识流动角度探测植物合成生物学领域重要知识节点,内容涵盖介子油苷生物合成途径,重要催化酶功能解析、转录因子的调控作用,组学方法的应用,利用微生物酵母进行生物物质合成,这些内容表征了合成生物的核心理论技术。     

厚壳贻贝新型抗菌肽myticalin和mytimacin的分子鉴定

从厚壳贻贝(Mytilus coruscus)血细胞转录组数据中鉴定到两种新型抗菌肽, 分别为myticalin和mytimacin。为了解两种抗菌肽的结构与功能, 以及在贻贝免疫过程中的响应模式, 采用固相化学合成技术获得两种抗菌肽化合物, 在此基础上开展了抑菌活性测试, 红细胞毒性测试及对微生物抑制作用机理的扫描电镜观察。此外, 研究了贻贝在不同微生物诱导下, 两种抗菌肽的表达模式。研究结果表明, 化学合成的myticalin和mytimacin均具有抑菌活性, 但抑菌谱有所差异。两种抗菌肽尽管结构差异较大, 但对金黄葡萄球菌和溶藻弧菌的作用机制类似, 均能导致细菌表面形态结构发生变化。此外, mytimacin对白色念珠菌表现出明显抑制作用, 且其作用机制不同于金黄葡萄球菌和溶藻弧菌, 能导致白色念珠菌表面出现孔洞, 而myticalin则无此现象。两种抗菌肽在不同微生物诱导后, 其表达量均明显上调, 但myticalin表现出对革兰氏阳性菌诱导的敏感性, 而mytimacin表现出对真菌和革兰氏阳性菌诱导的敏感性。研究为深入了解贻贝抗菌肽的分子多样性及其抑菌活性机制, 以及贻贝抗菌肽的分子工程研究奠定了基础。