核糖

自然生命，有情众生，都难逃衰老的命运。从微观的调度来看，衰老会导致细胞适应性的下降和蛋白质功能的丧失。然而，衰老导致蛋白质聚集的机制还没有被完全理解。实际上，科学家们已经知道，随着年龄增长的蛋白质聚集是一个与许多疾病相关的问题。因此，深入研究这些疾病的基本生物学，了解导致它们的机制，可以帮助我们选择更好的治疗方法。衰老的根源在于核糖体？Nature最新研究发现，衰老加剧核糖体暂停，破坏共翻译蛋白质稳态！近日，斯坦福大学的研究人员在国际顶尖学术期刊 Nature 发表了题为：Ageing exacerbates ribosome pausing to disrupt cotranslational proteostasis 的研究论文。该研究提出，随着细胞衰老，核糖体翻译暂停将不断增加，导致核糖体相关质量控制（RQC）超载和新生多肽聚集，从而在衰老过程中至关重要地促进了蛋白平衡障碍和全身衰退。该论文开辟了一个新的研究方向，将衰老如何导致蛋白质聚集的问题追溯到了核糖体的年龄依赖性损伤。核糖体（Ribosome）是细胞内普遍存在的一种细胞器，主要由rRNA和蛋白质构成，“中心法则”中mRNA翻译成蛋白质这一过程就发生在核糖体。其功能是按照mRNA的指令将遗传密码转换成氨基酸序列并从氨基酸单体构建蛋白质聚合物。因此，核糖体也被称为细胞内蛋白质合成机器。核糖体的结构和功能本研究的第一作者 Kevin C. Stein 博士表示：“衰老伴随着细胞蛋白平衡的失调，这是许多与年龄相关的蛋白质错误折叠疾病的基础。然而，衰老是如何破坏蛋白质平衡的仍不清楚。由于新生多肽对蛋白平衡网络构成了巨大的负担，我们假设，衰老过程中翻译效率的改变可能有助于推动蛋白平衡的崩溃。”在这项最新研究中，研究团队发现衰老改变了秀丽隐杆线虫和酿酒酵母的翻译延伸过程的动力学。在衰老的线虫和酵母的特定位置（例如多碱基区域）核糖体暂停被加剧，导致核糖体碰撞增加，从而触发核糖体相关质量控制（RQC）。事实上，长寿的酵母突变体减少了年龄依赖的核糖体暂停，并且延长了寿命，具体与更大通量的RQC途径相关。研究人员还发现，线虫中显示年龄依赖核糖体暂停的新生多肽在年龄依赖的蛋白聚集体中强烈富集，进一步将核糖体翻译停顿与蛋白平衡崩溃联系起来。研究衰老对翻译动力学和协同翻译的影响通过结合实验和计算数据分析，研究人员发现核糖体的功能会随年龄的增长而退化，与此同时，有缺陷的蛋白质也会不断增加，使得原本会阻止蛋白质聚集的质量控制失效保护机制无法发挥作用。斯坦福大学生物学和遗传学教授、本研究的通讯作者 Judith Frydman 博士说道：“蛋白质在生命中最脆弱和最关键的时刻——也就是它最容易发生错误折叠的时候——恰恰是它形成的时候。”衰老加剧了酵母中核糖体在多碱基区域的暂停研究团队使用了一种称为核糖体图谱的技术，这种技术可以让他们准确地看到在翻译过程中核糖体是如何在mRNA上移动的。他们观察到，在年龄较大的细胞中，核糖体的周期性移动变得更慢，并且核糖体性能的下降与年龄相关的错误折叠蛋白质聚集的增加相一致。核糖体暂停后，被截断的新生多肽的年龄依赖性聚集对此，论文第一作者 Kevin C. Stein 博士解释道：“有两种情况，衰老导致核糖体碰撞的增加和停滞，但细胞失去了处理它的安全网络。”核糖体暂停和截断的新生多肽在衰老过程中的聚集本研究的另一位主要作者 Fabián Morales-Polanco 博士兴奋地表示，这个发现只是一个非常迷人的未来的开端，这开创了一个新的研究方向，也随之而来了无数个等待回答的问题，并可能因此产生数百篇论文。总而言之，这项研究提出，随着细胞衰老，核糖体翻译暂停将不断增加，导致核糖体相关质量控制（RQC）超载和新生多肽聚集，从而在衰老过程中至关重要地促进了蛋白平衡障碍和全身衰退。 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04295-4

大多数人身上携带真菌白色念珠菌，没有它会引起很多问题。然而，这种真菌的全身感染是危险的并且难以治疗。很少有抗菌剂是有效的，而且它的耐药性正在增加。包括格罗宁根大学副教授 Albert Guskov 在内的一个国际科学家小组已经使用单粒子冷冻电镜来确定真菌核糖体的结构。他们的研究结果近日发表在《科学进展》上，揭示了新药的潜在目标。白色念珠菌通常不会引起任何问题，或者只是容易治疗的皮肤瘙痒感染。然而，在极少数情况下，它可能会导致可能致命的全身感染。现有的抗真菌药物会引起很多副作用并且价格昂贵。此外，白色念珠菌的耐药性越来越强，因此确实需要新的药物靶点。“我们注意到没有抗真菌药物针对蛋白质合成，而一半的抗菌药物会干扰这个系统，”Guskov说。造成这种情况的一个原因是真菌核糖体，即将遗传密码转化为蛋白质的细胞机器，在人类和真菌中非常相似。所以，你需要一种非常有选择性的药物来避免杀死我们自己的细胞。——Albert Guskov，格罗宁根大学副教授原子分辨率因此，Guskov 和他的合作者推断，获得白色念珠菌核糖体的结构对于寻找药物靶点很有价值。经典的方法是从纯化的核糖体中生长晶体，并使用 X 射线晶体学确定它们的结构；然而，这是一项费力的技术。相反，他们使用单粒子冷冻电镜，其中大量单粒子在电子显微镜中在非常低的温度下成像。从不同角度看到的单个粒子的图像随后被组合以产生原子分辨率的结构。突变' 通过这种方式，我们解决了空缺和抑制剂结合的真菌核糖体的结构，并将它们的功能与酵母和兔子的核糖体进行了比较——后者作为人类核糖体的模型——并重复了与不同核糖体结合的核糖体抑制剂，”Guskov 解释道。其中一种抑制剂是抗微生物放线菌酮 (CHX)，已知白色念珠菌对其具有抗药性。通过比较这些结构，科学家们注意到在蛋白质合成中起关键作用的 E 位点的单个突变阻止了 CHX 与白色念珠菌核糖体结合。 ' 突变将这个E位点结构中的一个氨基酸从脯氨酸改变为谷氨酰胺。这种替代减少了结合位点的大小，因此抑制剂不能附着，因此无效。另一种抑制剂叶花苷不会被突变阻断。威胁' 通过比较白色念珠菌和人类空缺核糖体中 E 位点的结构以及不同抑制剂与该位点结合方式的信息，我们可以开发出一种特异性抑制剂，它可以阻断真菌核糖体，但不能阻断人类的核糖体。这将成为治疗真菌感染的选择性药物。科学家们目前正在筛选分子库以寻找药物先导物。 “开发针对白色念珠菌的疫苗极具挑战性，就像我们针对冠状病毒所做的那样。因此，我们需要药物来治疗全身感染，”Guskov解释道。 “这种真菌日益增加的耐药性是一个真正的威胁。如果这种情况继续下去，除非开发出新药，否则我们可能会遇到严重的麻烦。Source:University of GroningenJournal reference:Zgadzay, Y., et al. (2022) E-site drug specificity of the human pathogen Candida albicans ribosome. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abn1062.

核糖体是一种广泛存在于细胞中的分子机器。所有生物，包括微小的细菌直至人类个体，都依赖核糖体对各种各样的蛋白质进行生物合成。作为一个分子量巨大的复合物，核糖体本身是如何在细胞中由多条RNA链及超过70种蛋白分子装配而成?这一问题已困扰相关领域科学家近30年。　　核糖体自身是一个由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成的超大复合物(半径20纳米)，其三维结构和分子机制的研究一直是生命科学基础研究中的重要方向。2009年的诺贝尔化学奖即授予了首次解析出细菌核糖体原子分辨率的三位结构生物学家。　　真核细胞核糖体装配过程是个高度复杂的动态过程，有超过300种不同功能的辅助装配因子(蛋白质或者RNA)参与其中。然而绝大多数装配因子的结构及其行使功能的分子机理完全未知。此外，核糖体的组装与细胞的生长调控通路密切相关，某些装配因子的遗传突变会导致核糖体生物生成的失调，引起一系列的人类遗传性疾病(称为ribosomopathies)。某些特定的装配因子(例如eIF6)不正常表达也在多种人类癌症细胞中被发现。因此，针对核糖体装配过程的研究不仅具有重要的科学意义，还具有潜在的临床应用潜力。　　图1酵母核糖体大亚基组装中间体的3.08埃冷冻电镜结构。a，3.08 埃冷冻电镜密度图，核糖体蛋白颜色为米色，核糖体RNA颜色为灰色。b，19个装配因子的原子模型。　　清华大学生命科学学院高宁研究组自2009年一直致力于研究各种生物的核糖体装配过程。2013年，高宁研究组和美国卡内基梅隆大学的约翰伍尔福德(John L. Woolford Jr)教授研究组携手合作，利用清华大学的高端冷冻电镜平台，以真核生物酵母菌为材料，开展真核核糖体的装配研究工作。2015年，合作研究获得重大突破，课题组得到了酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构。其中一种状态的三维结构分辨率达到3.08埃，其核心部分的分辨率可达2.8埃，是国际在核糖体组装研究领域迄今为止分辨率最高的结构。基于这一冷冻电镜结构，课题组确定了超过20种不同装配因子在核糖体60S前体上的结合位置，并获得了19种装配因子的原子模型。课题组所提供的丰富结构信息为详细阐释真核核糖体装配过程中的多种装配因子功能和分子机制提供了重要基础。　　2016年5月25日，报道这一重大突破的研究论文在线发表于《自然》(Nature)期刊，题目为《细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性》(Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles)。高宁研究员和卡内基梅隆大学约翰伍尔福德(John L. Woolford Jr)教授为论文共同通讯作者，清华大学生命学院2013级博士生吴姗为第一作者。北京生命科学研究所董梦秋教授及谭丹博士提供了化学偶联交联质谱数据。论文中冷冻电镜数据收集和处理工作获得了国家蛋白质科学(北京)设施清华大学冷冻电镜平台及高性能计算平台支持。课题组得到了中国科技部、国家自然科学基金委、清华大学自主科研、北京高精尖结构生物学中心的经费支持。　　论文链接

核糖体是由RNA和大量蛋白质构成的大型分子机器，负责地球上所有生物的蛋白质合成。在真核生物中，核糖体组装是个非常复杂的过程。核糖体在成熟过程中需要和大量的组装因子暂时结合，形成了一系列核糖体前体复合物。小亚基核糖体在组装过程中形成两个主要的中间体：早期的90S和晚期的pre-40S前体。90S前体是个巨大的复合物，除了含有核糖体RNA和蛋白质组分，还含有约50个非核糖体蛋白质和U3 snoRNA，分子量高达5百万道尔顿。　　中国科学院生物物理研究所叶克穷实验室利用冷冻电镜和单颗粒重构技术获得了出芽酵母90S核糖体前体的3个电子密度图，其中最好的密度图的整体分辨率达到4.5埃。研究人员利用已知的晶体结构、从头建模和化学交联质谱数据构建了接近完整的90S结构模型。　　90S的结构显示新生核糖体小亚基折叠形成多个分离的亚结构，并和大量组装因子结合。核糖体前体RNA的5' 间隔区域、U3 snoRNA和大量组装因子形成巨大的基座，支撑新生核糖体的结构。结构还揭示了U3 snoRNA和核糖体前体RNA结合的新颖方式。该结构对理解核糖体小亚基的早期组装原理和组装因子的功能具有里程碑的意义。　　报道该工作的论文Molecular architecture of the 90S small subunit pre-ribosome 于2月28日在eLife 杂志在线发表。　　叶克穷是该论文的通信作者，孙奇、朱星、奇佳和安卫东是共同第一作者。合作者董梦秋和谭丹以及叶克穷课题组多位研究人员对该研究也有重要的贡献。中科院生物成像中心为该研究提供关键的冷冻电镜研究设备和技术支持。该研究得到了国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项(B类)、科技部和北京市政府的资助。　　文章链接 90S核糖体前体的冷冻电镜结构

目的：建立了离子色谱-积分脉冲安培法同时检测黄酒中的阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、核糖、乳糖，并对这几种糖的含量进行探讨。方法：色谱分离选用CarboPacTM10（250 mm×4 mm）分析柱，以氢氧化钠和无水乙酸钠为淋洗液进行梯度洗脱，流速为 1.0 mLmin-1，柱温为30℃的色谱条件，在20 min内实现6种糖的分离，利用建立的方法对26个黄酒样品中的单糖含量进行了测定。结果：该方法的重现性（RSD）≤3.70%，相关系数R2≥0.9990，加标回收率为91.6%～109.1%，最低检出限为2.99×10-3 ～1.38×10-3 μgmL-1。结论：黄酒中主要存在的单糖是葡萄糖，阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、核糖和乳糖的含量较低；半甜型黄酒中单糖的含量高于加饭酒，其含量的差异可能与酿造工艺有关。 离子色谱_积分脉冲安培法检测黄酒_省略_乳糖_甘露糖_葡萄糖_核糖_乳糖_徐诺.pdf

食品添加剂d-核糖准确定量仪器配置 ● P230高压恒流泵 ● Shodex RI-201H示差折光检测器 ● DG230在线脱气机 ● Rheodyne 7725i手动进样阀orAS1201自动进样器 ● ZWⅡ色谱柱恒温箱 ● EC2000色谱数据工作站 ● Shodex KS-801色谱柱 色谱条件 ● 流动相：水 ● 流速：0.5 mL/min ● 柱温：80℃ ● 检测池温度：40℃ ● 进样量：10µ L

由结核杆菌引起的结核病是全球重要的慢性疾病。据世界卫生组织发布的《2019年全球结核病报告》数据，全球结核潜伏感染人群约17亿，占全人群的1/4左右，结核病仍是全球前10位死因之一。目前结核杆菌耐药性问题日益严重，了解结核杆菌耐药机制并研发新的治疗结核病药物对实现“终止结核病策略”意义重大。　　近日，复旦大学和北京大学为主的联合团队在《Emerging Microbes & Infections》杂志上发表了题为“Cryo-EM structure of Mycobacterium tuberculosis 50S ribosomal subunit bound with clarithromycin reveals dynamic and specific interactions with macrolides”的文章，该研究解析了结核杆菌核糖体大亚基与大环内酯类抗生素克拉霉素（Clarithromycin，CTY）结合的冷冻电镜三维结构。　　研究团队发现抗生素CTY结合位点位于结核杆菌核糖体大亚基新生肽链通道靠近rRNA第2062位腺嘌呤（A2062）的位置，与其他大环内酯抗生素的结合位置基本一致。研究团队基于研究获得的密度图，认为结合CTY的结核杆菌大亚基的A2062存在两种构象；与已发表的核糖体与大环内酯结合的结构比较，认为A2062与特定的大环内酯类抗生素结合的动力学可能调节肽基转移酶向翻译阻滞方向发展。该研究对结核杆菌核糖体大亚基A2062与大环内酯类药物的动力学研究结果，可能有助于合理设计下一代抗结核药物，以对抗日益严重的结核杆菌耐药问题。　　论文链接：　　https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/22221751.2021.2022439　　注：此研究成果摘自《Emerging Microbes & Infections》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

2021年6月4日中国计量科学研究院发布全球首个新型冠状病毒核糖核酸假病毒弱阳性口腔粘液基质标准物质(高浓度和低浓度)。▲规格：200μL/管（研制单位：中国计量科学研究院）新冠病毒核酸检测最常见的样品为咽拭子，但目前国内外尚未有以口腔粘液为基质的新型冠状病毒核糖核酸检测标准物质。通过模拟临床检验咽拭子样本的基质和病毒浓度，可最大限度地重现新冠病毒核酸临检样本检测过程，对咽拭子样品从RNA提取至核酸扩增检测的全过程进行质控，为新型冠状病毒检测实验室的弱阳性和位于灰区的检测结果提供判定参考，满足了国家卫健委新型冠状病毒肺炎实验室检测技术指南中的新型冠状病毒核酸检测过程质量控制的要求，并可用于新型冠状病毒检测试剂盒性能验证。该标准物质是采用重量法，将NIM-RM5203新型冠状病毒（2019-nCoV）假病毒核糖核酸标准物质添加到人工模拟的口腔粘液基质中制备而得。将重量法配制值作为标准物质ORF1ab基因和N基因的标准值。资源来源于：中国计量科学院。

大家好，本周为大家分享一篇本课题组发表在Journal of Pharmaceutical Analysis上的文章，Integrated top-down and bottom-up proteomics mass spectrometry for the characterization of endogenous ribosomal protein heterogeneity [1]，文章的通讯作者是中山大学药学院的李惠琳教授。　　蛋白质的合成过程是生物体内最重要的生命活动之一。在细胞中，核糖体是信使RNA翻译合成蛋白质的细胞机器。核糖体高度复杂，它主要由特化的RNA和几十个蛋白组成。这些蛋白和RNA组装成两个不同大小的核糖体亚基即大亚基和小亚基。近年来，多项研究表明，核糖体与多种疾病的发生密切相关，包括恶性肿瘤、阿尔兹海默病和帕金森病等，这些过程中除发生rRNA合成异常和核糖体蛋白表达失调外，还伴有核糖体蛋白基因突变、RNA剪切、翻译后修饰(PTMs)变化所形成的核糖体蛋白异质体(proteoforms)的异常表达和调节。本文中，作者整合了Top-down及Bottom-up蛋白质组学质谱全面表征了核糖体蛋白异质性，为发现疾病特异型proteoform生物标志物或靶点提供了方法。　　首先，作者采用E.coli 70S核糖体在Waters SYNAPT G2-Si MS仪器上建立了Top-down检测方法(图1)。50S核糖体大亚基蛋白质L7和L12具有相同序列，其差别在于L7在N-端含有乙酰化修饰而L12无N-端非乙酰化修饰。实验发现，L7和L12在Top-down分析中取得了良好的分离，并且L7和L12的峰放大图显示二者除含有其对应野生型外，它们都具有甲基化的proteoforms，而Bottom-up仅能检测到甲基化的肽段(图2)。L7/L12在蛋白质生物合成过程中参与和翻译因子的相互作用，是肽链终止所必需的。L7/L12发生异常会降低蛋白质的合成速度和准确性。本研究中，作者采用Top-down方法对L7/L12的PTMs和proteoforms进行了全面分析，并结合Bottom-up定位了甲基化位点。同时，该结果也反映出Bottom-up方法固有的缺陷，即从小肽推断出的有限的序列信息往往不足以鉴别proteoforms。　　图1. Top-down和Bottom-up蛋白质组学表征E.coli 70S核糖体总览　　图2. Top-down和Bottom-up蛋白质组学表征E.coli 50S核糖体亚基蛋白质L7/L12　　随后，作者采用建立好的方法分析了HeLa 80S核糖体蛋白。如图3A所示，实验检测到大量Methionine剪切伴随的N-端乙酰化、40S RP S10和S25上的二甲基化、40S RP S23上的hydroxyproline、60S RP L8上的hydroxyhistidine、乙酰化和甲基化等多种修饰。值得关注的是，Top-down结果显示多种蛋白存在截短型的truncated proteoforms。分子完整性是保证蛋白质生物学功能的重要因素之一。分子完整性的缺失，特别是由于选择性剪接或蛋白质水解而导致的截短，已成为一个重要的问题。作者在排除蛋白质提取过程造成的影响、色谱柱上酶切和质谱源内裂解等因素后，认为截短型的proteoforms很大程度上与生物过程相关。RP L19是一个从60S亚基突出并跨越到40S亚基的长螺旋蛋白质，L19的C端螺旋在pre-translocation状态下扭结，在亚基旋转时动态地改变构象，在post-translocation状态下变为线性(图3B)。这种构象转变导致蛋白质L19带正电的Arg172和Arg176侧链与18S rRNA核苷酸G909和G910的磷酸根之间形成盐桥。本文中，作者观察到C端部分序列缺失的截断型L19。除此之外，其他截短型的蛋白质如图C所示。目前研究发现，核糖体蛋白质除了在细胞翻译和蛋白质合成中发挥核心作用外，还具有核糖体外功能，参与细胞增殖、分化、凋亡、DNA修复、调节细胞迁移和侵袭等细胞过程。以截短型形式观察到的许多核糖体蛋白，都与血液、代谢、心血管疾病和癌症的发展与进展有关，核糖体蛋白proteoforms的全面表征为发现潜在疾病生物标志物或靶点提供了前题条件。　　图3. 利用Top-down蛋白质组学方法鉴定HeLa 80S核糖体蛋白质PTM及proteoforms　　总的来说，本文整合了Top-down及Bottom-up蛋白质组学质谱方法，全面表征了E.coli 70S核糖体和HeLa 80S核糖体蛋白质。尽管这些proteoforms和疾病的相关性还需要深入挖掘，但实验提供了一种先进的方法来确定疾病特异性proteoforms或靶点。

项目概况北京荷塘生华医疗科技有限公司仪器设备采购项目 招标项目的潜在投标人应在www.o-science.com；北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室获取招标文件，并于2021年12月27日 09点30分（北京时间）前递交投标文件。一、项目基本情况项目编号：OITC-G210222015项目名称：北京荷塘生华医疗科技有限公司仪器设备采购项目预算金额：780.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：780.0000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量是否允许采购进口产品采购预算（万元人民币）1荧光定量PCR仪等1批是780投标人可对其中一个包或多个包进行投标，须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。2、技术要求详见公告附件。合同履行期限：合同签订后的3个月内交货本项目( 不接受 )联合体投标。二、申请人的资格要求：1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定；2.落实政府采购政策需满足的资格要求：本项目不属于专门面向中小微企业、监狱企业、残疾人福利性单位采购的项目。3.本项目的特定资格要求：1）在中华人民共和国境内依法注册的，具有独立承担民事责任能力，遵守国家法律法规，具有良好信誉，具有履行合同能力和良好的履行合同的记录，具有良好资金、财务状况的法人实体；2）为本项目提供整体设计、规范编制或者项目管理、监理、检测等服务的供应商，不得参加本项目投标；3）投标单位负责人为同一人或者存在直接控股、管理关系的不同供应商，不得参加同一合同项下的政府采购活动；4）按本投标邀请的规定获取招标文件；5）投标人不得为列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的供应商。三、获取招标文件时间：2021年12月06日 至 2021年12月14日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：www.o-science.com；北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室方式：登录东方在线www.o-science.com注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2021年12月27日 09点30分（北京时间）开标时间：2021年12月27日 09点30分（北京时间）地点：北京市海淀区西三环北路甲2号院国防科技园6号楼16层小会议室五、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。六、其他补充事宜1、投标文件递交地点：北京市海淀区西三环北路甲2号院国防科技园6号楼16层小会议室2、招标文件采用网上电子发售购买方式：1）有兴趣的投标人可登陆“东方在线”（http://www.o-science.com 招标在线频道），完成投标人注册手续（免费），然后登录系统浏览该项目下产品的“技术指标”，已注册的投标人无需重新注册。招标文件售价：每包人民币600 元。如决定购买招标文件，请完成标书款缴费及标书下载手续。2）投标人可以电汇的形式支付标书款（应以公司名义汇款至下述指定账号）。开户名称：东方国际招标有限责任公司开户行：招商银行北京西三环支行账 号：8620816577100013）投标人应在“东方在线“上填写开票信息。在投标人足额缴纳标书款后，标书款电子发票将发送至投标人在“东方在线”上登记的电子邮箱，投标人自行下载打印。3、以电汇方式购买招标文件和递交投标保证金的，须在电汇凭据附言栏中写明招标编号、包号及用途（如未标明招标编号，有可能导致投标无效）。4、采购项目需要落实的政府采购政策：（1）政府采购促进中小企业发展（2）政府采购支持监狱企业发展（3）政府采购促进残疾人就业（4）政府采购鼓励采购节能环保产品七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京荷塘生华医疗科技有限公司　　　　　地址：北京市昌平区生命科学园医药科技中心9号院1号楼 　　　　　　　　联系方式：010-68290510、010-68917573、010-68290524　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：东方国际招标有限责任公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室　　　　　　　　　　　　联系方式：吴旭 李祥宁 李媛 010-68290510、010-68917573、010-68290524　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：吴旭 李祥宁 李媛 xwu@osic.com.cn电　话：　　吴旭 李祥宁 李媛 010-68290510、010-68917573、010-68290524

项目编号：OITC-G230881301项目名称：北京荷塘生华医疗科技有限公司仪器设备（第六批）采购项目预算金额：145.0000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量是否允许采购进口产品采购预算（万元人民币）1蛋白纯化仪等1批是145投标人可对其中一个包或多个包进行投标，须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。2、技术要求详见公告附件。合同履行期限：合同签订后60天内本项目( 不接受 )联合体投标。881301技术要求.docx

一、项目基本情况项目编号： OITC-G230220701项目名称：北京荷塘生华医疗科技有限公司仪器设备（第五批）采购项目预算金额：370.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：370.0000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量是否允许采购进口产品采购预算（万元人民币）1落地高速离心机等1批是370投标人可对其中一个包或多个包进行投标，须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。2、技术要求详见公告附件。合同履行期限：签订合同后90天本项目( 不接受 )联合体投标。二、申请人的资格要求：1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定；2.落实政府采购政策需满足的资格要求：本项目不属于专门面向中小微企业、监狱企业、残疾人福利性单位采购的项目。3.本项目的特定资格要求：1） 在中华人民共和国境内依法注册的，具有独立承担民事责任能力，遵守国家法律法规，具有良好信誉，具有履行合同能力和良好的履行合同的记录，具有良好资金、财务状况的法人实体；2） 为本项目提供整体设计、规范编制或者项目管理、监理、检测等服务的供应商，不得参加本项目投标；3） 投标单位负责人为同一人或者存在直接控股、管理关系的不同供应商，不得参加同一合同项下的政府采购活动；4） 按本投标邀请的规定获取招标文件；5） 投标人不得为列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的供应商。三、获取招标文件时间：2022年12月20日 至 2022年12月27日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：www.oitccas.com；北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室方式：登陆“东方招标”平台www.oitccas.com注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2023年01月10日 09点30分（北京时间）开标时间：2023年01月10日 09点30分（北京时间）地点：北京市海淀区西三环北路甲2号院国防科技园6号楼13层第二会议室五、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。六、其他补充事宜1、投标文件递交地点：北京市海淀区西三环北路甲2号院国防科技园6号楼13层第二会议室2、招标文件采用网上电子发售购买方式：1）登陆“东方招标”平台（http://www.oitccas.com/），点击“获取采购文件”链接图标，或直接输入访问地址（http://www.oitccas.com/pages/sign_in.html?page=mine）完成投标人注册手续（免费），然后登陆系统寻找有意向参与的项目，已注册的投标人无需重新注册。招标文件售价：每包人民币600 元。如决定购买招标文件，请完成标书款缴费及标书下载手续。2）投标人可以电汇的形式支付标书款（应以公司名义汇款至下述指定账号）。开户名称：东方国际招标有限责任公司开户行：招商银行北京西三环支行账 号：8620816577100013）投标人应在平台上填写开票信息。在投标人足额缴纳标书款后，标书款电子发票将发送至投标人在平台上登记的电子邮箱，投标人自行下载打印。3、以电汇方式购买招标文件和递交投标保证金的，须在电汇凭据附言栏中写明招标编号、包号及用途（如未标明招标编号，有可能导致投标无效）。4、采购项目需要落实的政府采购政策：（1）政府采购促进中小企业发展（2）政府采购支持监狱企业发展（3）政府采购促进残疾人就业（4）政府采购鼓励采购节能环保产品七、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：北京荷塘生华医疗科技有限公司地址：北京市昌平区生命科学园医药科技中心9号院1号楼联系方式：010-682905242.采购代理机构信息名称：东方国际招标有限责任公司地址：北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室联系方式：吴旭 李媛 冯宇图 010-68290510、010-68290524、010-689175713.项目联系方式项目联系人：吴旭 李媛 冯宇图 xwu@osic.com.cn电话：吴旭 李媛 冯宇图 010-68290510、010-68290524、010-68917571

通微公司HALO核壳型色谱柱又出新品啦！您还在为分离速度太慢而苦等吗，您还在为分离效果不佳而掀桌吗，您还在为没有合适的分离糖类物质的色谱柱而烦恼吗？世界首创新一代BIOCLASS 2.7μm核壳型糖柱，解决您的问题！HALO 糖柱用于PNGase 释放及标记的N-聚糖的HILIC模式分离测试条件：色谱柱：2.1 x 150 mm, HALO 2.7 糖柱流动相 A：50 mM 甲酸铵，pH 4.45流动相 B：乙腈梯度洗脱：80-55% B，25 min流速：0.6 mL/min.温度：60°C压力：190 bar检测波长：UV 300 nm进样体积：3 μL样品溶剂：70/30 乙腈/水时间常数：0.5 s采样频率：3.3 Hz检测池：2.5 μL 半微量检测池仪器：Shimadzu Nexera采用HALO 糖柱实现了核糖核酸酶B中PNGase释放及普鲁卡因胺标记的N-聚糖的快速分离！测试条件：色谱柱：2.1 x 150 mm, HALO 2.7 糖柱流动相 A：50 mM 甲酸铵，pH 4.45流动相 B：乙腈梯度洗脱：80-55% B，25 min流速：0.6 mL/min.温度：60°C压力：190 bar检测波长：UV 300 nm进样体积：3 μL样品溶剂：70/30 乙腈/水时间常数：0.5 s采样频率：3.3 Hz检测池：2.5 μL 半微量检测池仪器：Shimadzu NexeraHALO 糖柱用于10种普鲁卡因胺标记的葡聚糖标准品(Sigma-Aldrich 1:1 (w/w) of Part numbers 00268 and 00269)（0.5 μg/μL,70/30乙腈/水）的高效分离！每个批次的HALO糖柱均进行此样品分离检测，保证了不同批次之间的重复性及色谱柱性能！现有填料类型：HALO Peptide ES-C18HALO Peptide ES-CNHALO Protein C4HALO Protein ES-C18HALO Gycan更多的HALO核壳型2.7μm BIOCLASS填料请点击下载：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100522/down_503914.htm通微公司通微公司，是国际色谱分析领域值得信赖的集研发、制造、销售为一体的『一站式』液相色谱解决方案提供商。通微公司为您提供从微分离、常规分析到半制备分析的系列产品及服务，包括液相色谱仪、蒸发光散射检测器、加压毛细管电色谱、液相色谱柱、毛细管色谱柱、液相色谱耗材、应用检测方法包、分析方法定制等。同时也代理国内外优秀的色谱仪器、色谱柱及相关耗材配件。

利用合成生物学开发的细胞治疗系统具有广阔的疾病治疗前景。其原理是在细胞中装配药物蛋白表达调控开关，在外源刺激信号作用下，细胞调控并释放药物蛋白。将细胞治疗系统应用于糖尿病，可以口服小分子作为外源刺激信号调控胰岛素表达，避免胰岛素注射带来的痛苦。目前，大多数药物蛋白调控开关都是基于转录水平调控设计的，外源刺激信号首先需要刺激转录因子，将药物蛋白基因转录并加工为mRNA，然后翻译出药物蛋白。这种调控过程相对复杂，蛋白表达时间较为缓慢，限制了细胞治疗系统在糖尿病等疾病中的应用。因此，开发快速的蛋白表达调控系统是合成生物学中的研究热点。2021年11月15日，北京大学刘涛团队与华东师范大学叶海峰团队在Nature Chemical Biology杂志发表了题为Genetic code expanded cell-based therapy for treating diabetes in mice的研究论文。文章利用基因密码子扩展技术开发了非天然氨基酸调控的胰岛素细胞治疗系统（Noncanonical Amino acids (ncAAs)-triggered Therapeutic Switch, NATS），证明了该系统能够在翻译水平快速调控蛋白质表达（图1）。该研究补充了合成生物学中的蛋白调控开关工具库，也为基因密码子扩展技术的应用创新提供了新的思路。图1 NAST系统在翻译水平快速调控蛋白表达基因密码子扩展技术通过进化能够识别ncAA的氨酰tRNA合成酶和tRNA分子对，在翻译含有异位琥珀密码子的mRNA过程中将ncAA插入蛋白质。基因密码子扩展技术的最重要应用是蛋白质的定点修饰，刘涛团队则关注该技术的蛋白质翻译机制，建立了在蛋白质翻译水平调控的药物蛋白调控系统。研究人员将含有异位琥珀密码子的药物蛋白基因以及氨酰tRNA合成酶和tRNA分子对插入哺乳动物细胞基因组，构建了NATS系统细胞系（图2a）。在普通培养基中，NATS细胞的核糖体翻译到异位琥珀密码子时由于缺乏ncAA而导致翻译终止。而在含有ncAA的培养基中，NATS细胞可以利用ncAA翻译药物蛋白（图2b）。图2 NATS系统的开关调控方式NATS系统激活的蛋白表达对ncAA有明显的浓度依赖和可逆调控。ncAA与细胞只需要接触1分钟就足以激活NATS系统：这是经典的转录水平调控系统所无法达到的。为了在动物体内能够实现口服ncAA调控目的蛋白表达，研究人员首先做了ncAA药物代谢动力学实验，并证明ncAA可以口服被小鼠吸收。人细胞体外改造后移植到小鼠体内需要克服免疫排斥反应，为此研究人员选用两种用于临床研究的细胞包埋方法，将NATS细胞包裹选择性透过膜后进行细胞移植。选择性透过膜只允许蛋白质等生物大分子以及小分子自由通过，而将小鼠免疫细胞隔离在外，使得NATS细胞可以在小鼠体内存活并分泌目的蛋白进入血液。糖尿病患者的血糖会随着进食情况而波动，准确和及时的血糖控制可以大幅度降低糖尿病并发症的发病概率。转录水平调控的胰岛素表达系统至少需要4小时才能降低小鼠血糖，这很难满足对于快速血糖控制的要求。为研究翻译水平调控系统的降血糖速度，研究人员对移植了NATS细胞的糖尿病小鼠进行单一剂次ncAA灌胃，结果显示小鼠口服ncAA后90分钟，就可以检测到血清胰岛素水平升高和血糖值明显降低，证明了翻译水平调控蛋白表达的速度优势。糖尿病是需要终身服药的慢性疾病，为证明NATS细胞的长期治疗效果，研究人员连续一个月监控糖尿病小鼠的胰岛素和血糖水平，发现NATS细胞可以持续控制小鼠血糖。同时，研究人员将ncAA加入小鼠饲料制成“ncAA饼干“，可以通过小鼠直接进食来控制血糖，提高了给药的便利程度。而且长期毒性实验中并没有发现ncAA对小鼠造成异常。该文章开发的NATS系统跨越了传统的转录水平调控，直接在翻译阶段控制蛋白表达，提高了蛋白质调控速度，扩展了合成生物学用于细胞治疗的调控工具，为糖尿病等需要即时干预的疾病提供了新的治疗策略。文章首次将基因密码子扩展技术应用于细胞治疗，期待未来科学家能够进一步开发基因密码子扩展技术在疾病治疗方面的应用。文章的第一作者是北京大学博士生陈超和黄雨佳，华东师范大学博士生余贵玲。通讯作者为北京大学药学院的刘涛研究员和华东师范大学生命科学学院叶海峰教授。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00899-z

一、背景介绍 　　糖类物质是多羟基醛和多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基醛和/或多羟基酮的一类有机化合物。根据分子的聚合度，糖类物质一般分为单糖(如葡萄糖、果糖)、低聚糖(含2～10个单糖结构的缩合物，常见的是双糖，如蔗糖、乳糖和麦芽糖等)和多糖(含10个以上单糖结构的缩合物，如淀粉、纤维素、果胶等) 根据其还原性可分为还原糖(如葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖)和非还原糖(蔗糖、淀粉) 根据其结构可分为醛糖(如核糖、葡萄糖、半乳糖、乳糖、甘露糖、麦芽糖)和酮糖(如果糖、木酮糖、核酮糖、辛酮糖)。糖的还原性主要基于分子中含有还原性的醛基，所以醛糖是还原糖。有些酮糖在碱性溶液中可发生差向异构化反应转化为醛糖，也具有还原性，属还原糖，比如果糖。单糖分子缩合为双糖或多糖后，若失去了还原性的醛基，就不具备还原性，称为非还原糖，如蔗糖(双糖)和淀粉(多糖)。蔗糖水解后生成1:1的葡萄糖和果糖，产物不是单一分子，称为转化糖。淀粉完全水解后产物为单分子葡萄糖。蛋白质、脂肪、碳水化合物(主要指糖类化合物)、钠是食品的4种核心营养素，所以食品中糖类物质的含量是食品检验的主要内容之一。 　　二、检验标准的探讨 　　现行的国家标准中糖类物质的检验方法一般涉及3个标准：GB/T 5009.7-2008 《食品中还原糖的测定》、GB/T 5009.8-2008《食品中蔗糖的测定》、GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的测定》。其中，蔗糖和淀粉含量的测定是基于测定二者水解后产生的还原糖，所以这3个标准实际上是有着密切联系，并且以还原糖容量法测定为基础的方法体系。 　　(一)样品的前处理 　　食品样品的组成相当复杂，对食品中某成分测定的策略是基于分离复杂背景和除去测试干扰物质后选择适宜的方法进行检测。食品中最普通的糖类物质包括葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉。葡萄糖和果糖是还原糖，易溶于水。食品样品用水充分浸提后，葡萄糖和果糖进入提取液，提取液中当然含有其他能溶于水的胶体物质，如蛋白质、多糖及色素等。这些胶体物质会干扰后续碱性铜盐法还原糖的测定或影响终点判定，所以必须加以分离。标准中是使用澄清剂共沉淀法除去胶体物质，过滤后的澄清液用于还原糖的测定。常用的食品澄清剂有多种，包括醋酸锌和亚铁氰化钾配合溶液、硫酸铜、中性醋酸铅、碱性醋酸铅、氢氧化铝、活性碳等。 　　(二)还原糖测定和结果计算 　　GB/T 5009.7-2008 《食品中还原糖的测定》直接滴定法的原理如下：碱性酒石酸铜甲液与乙液等量混合后，Cu2+与OH-生成天蓝色的Cu(OH)2沉淀物，该沉淀物与酒石酸钾钠反应，生成可溶性的酒石酸钾钠铜深蓝色络合物，该络合物遇还原糖反应后，产生红色Cu2O沉淀。为了便于终点的观察，直接滴定法在蓝—爱农法的基础上进行了改进，碱性酒石酸铜乙液中的亚铁氰化钾与Cu2O沉淀反应生成可溶性的淡黄色络合物。最终反应的终点由碱性酒石酸铜甲液中的亚甲蓝作为指示剂显示，亚甲蓝的氧化能力比Cu2+弱，故还原糖先与Cu2+反应。当碱性酒石酸铜甲液中的Cu2+全部被逐渐滴入的还原糖耗尽后，稍过量的还原糖立即把亚甲蓝还原，溶液颜色由蓝色变为无色，即为滴定终点。 　　直接滴定法首先由还原糖标准溶液(1.0mg/ml，即0.1%)标定来自碱性酒石酸铜甲液中的已知量的Cu2+，建立该已知量的Cu2+与还原糖的定量关系。试样测定时亦取等量的Cu2+溶液与试样中的还原糖反应。反应终点时，试样中的还原糖总量与标定步骤中加入的标准样液中的还原糖总量相同(A = CV，C为葡萄糖标准溶液的浓度，mg/ml V为标定时消耗葡萄糖标准溶液的总体积，ml)。由此，可以建立结果计算公式(1)： 　　X= 　　其中，X：试样中还原糖的含量(以某种还原糖计，如常用的葡萄糖，g/100g) A：终点时加入的还原糖总量，mg m： 试样质量，g V： 试样消耗的体积，ml 1000：毫克换算成克的系数。 　　(三)计算公式的正确表达 　　1.还原糖计算公式。公式(1)中的250 ml是GB/T 5009.7-2008 《食品中还原糖的测定》样品处理过程中样液的最终定容体积。显然，该计算公式的建立与滴定方法的原理和操作过程密不可分。对于含大量淀粉的食品，根据样品的处理过程，公式(1)的适用性存在疑问。为了清楚地解释问题的根源所在，现将“含大量淀粉的食品”试样处理过程依标准摘录如下：“称取10g～20g粉碎后或混匀后的试样，精确至0.001g，置250ml容量瓶中，加水200ml，在45℃水浴中加热1小时，并时时振摇。冷后加水至刻度，混匀，静置，沉淀。吸取200ml上清液置另一250ml容量瓶中，慢慢加入5ml乙酸锌溶液及5ml亚铁氰化钾溶液，加水至刻度，混匀。静置30分钟，用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，取续滤液备用。”问题出在样液的分取过程：“吸取200ml上清液置另一250ml容量瓶中，”照此，最后定容的250ml样液中仅含有原样品总量的4/5 ，即200ml/250ml，这一点在计算公式(1)中未有显示，由此会造成计算结果比实际结果低20%。综上所述，对于“含大量淀粉的食品”试样，公式(1)中试样质量应该乘以样品分取因子(等于 4/5)，以保证计算公式(1)与实际操作过程相符和计算结果的正确性。 　　2.蔗糖标准中的计算公式。GB/T 5009.8-2008《食品中蔗糖的测定》的第二法酸水解法还原糖计算公式的错误更加严重。其错误在于样品的水解过程中溶液的分取体积未在计算公式中体现。按照标准的操作过程，正确的计算公式(2)应为： 　　X = (2)比较上述公式(2)与现行GB/T 5009.8-2008《食品中蔗糖的测定》的第二法酸水解法中还原糖的计算公式可知，现行国标的计算结果比正确结果小了整整一倍。如果国标的使用者未注意到该错误，报出的检验结果将会出现很大错误的。 　　(四)还原糖滴定法的注意事项 　　1.该法原理是基于还原糖标液与试样溶液滴定等量的碱性酒石酸铜甲乙混合液，因此，每次测定时，碱性酒石酸铜甲液(含Cu2+)的移取量(5.0ml)一定要精确，以保证结果的准确性和平行性。 　　2.滴定应按标准操作在沸腾条件下进行。其一，高温可以加快还原糖与Cu2+的反应速度，确保滴定反应正常进行 其二，保持反应液沸腾可防止空气进入，避免还原态的次甲基蓝和氧化亚铜被氧化而影响终点判定和增加还原糖消耗量。达终点后还原态的次甲基蓝(无色)遇空气中氧时又会被氧化为氧化态(蓝色)。同样，氧化亚铜也易被空气氧化回到二价态。因此，滴定时也不应过分摇动锥形瓶，更不能把锥形瓶从热源上取下来滴定，以防空气进入反应液中。 　　食品中糖类物资国标还原糖滴定法，其优点是快速、方便、准确，对仪器设备的依赖程度较低，所以它是实验室普遍采用的方法。现行的GB/T 5009.7-2008《食品中还原糖的测定》和GB/T 5009.8-2008《食品中蔗糖的测定》在标准转换过程中出现了计算公式的严重错误，中初级检验人员很难发现和自行纠正。因此，笔者建议国家相关部门尽快组织对现行食品中糖类物质(还原糖、蔗糖)国家检验标准的两个方法的修订工作，完善检测方法和标准，确保检测的准确度。

2014年7月7日，中国&ndash 全球领先的专业信息提供商汤森路透旗下的知识产权与科技事业部近日发布了一份题为《2025年世界十大创新预测》的新报告。该报告通过分析全球专利数据和科学文献，预测了2025年的科技发展趋势。 　　在这项研究中，研究人员用汤森路透的Web of ScienceTM平台对引文排名进行分析，划定了10大新兴科研前沿。随后，他们分析了德温特世界专利索引(Derwent World Patents Index® )中的全球专利数据，找到从2012年迄今发明数量最多的10大专利领域。最后，研究人员对这10个最受商业和科研领域关注的技术进行评估，确定了将会推动未来科技重大突破的创新热点。 　　以下是该研究中对2025年创新预测的部分内容： 　　太阳能将成为地球上的主要能源：根据最近两年的高被引科研论文统计，在光伏技术、化学键合及光催化剂使用等领域所取得的进步，正使太阳能的收集和转换从环保的新事物变为可服务于普通大众的现实科技。 　　量子传输的测试将广泛开展：用于大型强子对撞机所产生的希格斯玻色子测量技术具有突破性进展，有望于2025年实现量子传输的测试。目前，该领域的研究呈现出了爆炸性增长，仅2012年一年的研究引用就超过400次。在有关希格斯玻色子的最新专利申请中提到：&ldquo 一个物体以光速加速，而且速度可以增至光速的平方&rdquo 。 　　任何地方的任何事物都将数字化：从最小的个人物品到最大的大陆，任何地方的任何事物都将因为半导体、石墨烯-碳纳米管电容器、基于非基站架构的天线网络和5G技术的进步而实现数字化的连接。 　　I型糖尿病将可预防：核糖核酸引导(RNA引导)工程的进步将发展到有可能创造出人类基因组工程通用平台，该平台为修饰致病基因并防止某些代谢疾病的发生奠定了基础。目前，该领域已在科学文献研究中成为前沿，且引领着基因工程的各类专利发展。 　　出生时进行DNA测绘将成为常规检测：人类基因组分析仍然是最热门的科研领域之一，其中一篇新近的论文被引用了超过1,000次。随着纳米技术的进步以及大数据技术的进一步普及，开展体内测量并进行精确的细胞层面筛查以帮助诊断已经成为可能。 　　其他预测包括：癌症治疗的毒副作用将变得非常小 衍生的纤维素包装将取代基于石油的包装 电动空中运输工具将问世 粮食短缺和粮食价格波动的时代将一去不复返 以及痴呆症将减少。 　　汤森路透知识产权与科技事业部总裁Basil Moftah表示：&ldquo 尽管没有可预见未来的水晶球，但我们却有个仅次于水晶球的工具：科学文献引文数据及专利数据。通过对这些数据进行综合分析，我们可以打开一个精彩纷呈的窗口，洞悉那些将会改变人类未来生活的创新。通过分析当前研发活动和商业渠道，我们看到了一些将在未来十年出现的最激动人心的进展。&rdquo 　　完整的《2025年世界十大创新预测》报告提供了每个技术领域的科研引文及专利申请度量指标的简介，以及定义这些新兴技术重要发展趋势的评注。该报告使用了汤森路透的Web of ScienceTM科研平台、InCites® 研究分析平台、Derwent World Patents Index® 和Thomson Innovation科技创新解决方案平台进行数据整理汇编。

点评 | 朱锦芳（NIH）2022年5月23日，上海交通大学基础医学院生化与分子细胞生物学系童雪梅教授课题组及其合作团队，上海市免疫学研究所李斌研究员课题组和复旦大学附属华山医院/脑科学转化研究院杨辉研究员，在Nature Metabolism杂志在线发表题为 Non-oxidative pentose phosphate pathway controls regulatory T cell function by integrating metabolism and epigenetics 的研究论文，揭示非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）对调节性T（Treg）细胞代谢模式及细胞功能的调控机制。Nature Metabolism同期发表伦敦帝国理工学院Margarita Dominguez-Villar博士为该研究撰写的News & Views特评，认为该文章发现非氧化PPP在Treg细胞活化和功能调控中的中心地位（a central regulator）。表达特征转录因子Foxp3的Treg细胞是一类具有免疫抑制功能的CD4+ T细胞亚群，维持机体免疫系统稳态，防止免疫过激诱发自身免疫病。已知葡萄糖酵解、脂肪酸氧化和氨基酸分解代谢等都参与 Treg 细胞功能调控。PPP是一条不产生ATP的葡萄糖分解代谢途径，由生成NADPH的氧化PPP和产生5-磷酸核糖的非氧化PPP组成。非氧化PPP包括4个代谢酶催化的5步可逆反应，可以通过改变代谢物流向来满足细胞的功能需求。非氧化PPP是否参与免疫细胞如Treg细胞的代谢与功能调控尚不清楚。转酮醇酶TKT是非氧化PPP中催化两步可逆反应的代谢酶。童雪梅团队已发现TKT在肝脏、脂肪和肠道中调控糖脂代谢平衡的重要作用（Li M et al, Cancer Research, 2019 Tian N et al, Diabetes, 2020 Tian N et al, Cell Death & Disease, 2021）。在本研究中，研究人员通过构建Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠模型，深入探究非氧化PPP是否和如何调控Treg细胞代谢及功能。他们研究发现，Treg细胞特异性敲除TKT的小鼠出生3周后发生严重自身免疫性疾病，并且在断奶之后相继死亡，其表型与缺失Foxp3基因的小鼠相似。进一步研究发现，敲除TKT在不影响Treg数目和转录因子Foxp3 水平的情况下，阻断Treg细胞的免疫抑制功能。为了排除炎症反应的影响，研究者根据Foxp3基因位于X染色体和雌鼠X染色体选择性失活的特点，构建了在同一只鼠中既有TKT缺失又有TKT正常表达的Treg细胞嵌合小鼠模型。该小鼠Treg细胞的转录组和表观遗传组分析表明，TKT缺失导致Treg细胞中87.9%的差异表达基因被下调，染色质可及性降低。这些被下调的基因几乎全部为效应性Treg特征性基因，表明非氧化PPP对调控Treg细胞免疫抑制功能是必需的。研究者进一步发现，TKT缺失导致Treg 细胞NADPH 减少和氧化应激增加，葡萄糖进入线粒体氧化减少，脂肪酸氧化增加，氨基酸分解代谢显著增强，分解代谢重构使线粒体功能受损。同时，被氧化应激和线粒体损伤诱发的还原性TCA循环使α-酮戊二酸/琥珀酸及α-酮戊二酸/富马酸比率降低，DNA甲基化增加，抑制Treg细胞特征性功能基因表达，导致其免疫抑制性功能丧失。文章也发现非氧化PPP中的另外一个代谢酶——转醛醇酶（TAL），对维持效应性Treg特征性功能基因表达也不可或缺。此外，在自身免疫性病人外周血 Treg细胞中，TKT水平显著降低。综上所述，此研究首次揭示非氧化PPP对于调控Treg细胞中糖、脂和蛋白质分解代谢稳态、维持代谢物依赖的表观遗传修饰和功能基因表达有关键作用，即非氧化PPP可以通过整合三大营养物质代谢和表观遗传修饰控制Treg细胞功能。这项研究将为通过调控Treg功能防治自身免疫性疾病和其它免疫相关疾病提供新策略新手段。非氧化 PPP 通过整合代谢组和表观遗传组调控Treg细胞功能上海交通大学医学院博士生刘琪、阿拉巴马大学伯明翰分校博士生朱方明和上海市免疫学研究所博士生刘鑫男是该研究论文的共同第一作者。此项研究得到复旦大学生物医学研究院叶丹研究员、海军军医大学附属长征医院风湿免疫科徐沪济主任、上海交通大学附属仁济医院沈南主任、上海交通大学基础医学院徐天乐教授、清华大学药学院胡泽平研究员、阿拉巴马大学伯明翰分校胡晖教授等合作实验室的大力协助。通讯作者为童雪梅教授、李斌研究员和杨辉研究员。专家点评朱锦芳Jeff Zhu (Chief, Molecular and Cellular Immunoregulation Section, NIH)调节性T细胞（Tregs）在维持免疫耐受和免疫稳态中发挥关键作用，并且参与调节感染和癌症中的各种免疫反应。一方面，Treg功能的丧失通常与自身免疫和过度炎症有关；另一方面，肿瘤微环境中激活的Treg往往会抑制肿瘤免疫。因此，了解Treg的产生、激活及其获得抑制性功能的机制不仅将拓展基础免疫学认知，而且将为各种免疫相关疾病提供新颖有效的临床疗法。不同的代谢途径在控制Treg和效应性辅助型CD4+ T（Th）细胞的发育和分化中作用不同。经典观点认为，Tregs更倾向于脂肪酸氧化，而效应Th细胞主要利用葡萄糖作为能量来源。在本项工作中，童雪梅团队及其合作实验室共同发现，非氧化磷酸戊糖途径（非氧化PPP）在控制Treg细胞激活和抑制功能中起着关键作用。非氧化PPP是葡萄糖分解代谢的一个分支，它在Treg和效应性Th细胞中的功能尚不清楚。令人惊奇的是，在Treg中敲除非氧化性PPP中的重要酶—转酮醇酶（TKT），小鼠会产生致死性自身免疫病。Treg细胞特异性 TKT 缺失导致其失去免疫抑制功能，却不影响其发育和Foxp3蛋白表达。机制上，童雪梅及其合作团队发现TKT缺失诱导线粒体氧化应激和还原性TCA循环，导致α-酮戊二酸（α-KG）水平降低。α-KG作为重要的表观遗传辅助因子，能调控组蛋白和DNA去甲基化酶的功能。TKT缺失时，Treg中众多基因的DNA甲基化增加，染色质可及性下降。并且，α-KG补充能够改善由Treg特异性TKT 缺失引起的自身免疫反应。此外，在临床自身免疫性疾病患者外周血Treg中，TKT水平被下调。Treg获得抑制功能需要被激活，TKT缺失诱发的自身免疫反应是由活化Treg特征性基因表达减少所导致的。由于Treg细胞群体的异质性，单细胞分析可以为TKT如何调节Treg激活和表观修饰提供一个更清晰的解释。然而，该研究发现在大约1000个激活态Treg特征基因中，只有124个受到TKT缺失的影响，却诱发了显著的小鼠自身免疫病表型，表明这个小的基因群体包含对Treg功能至关重要的效应分子，例如IL-10和TIGIT等。因此，本项研究发现令人印象非常深刻。本项工作不仅促进我们全面认识Treg细胞激活和功能的机理，而且在未来治疗人类疾病方面具有潜在重要转化价值。原文和特评链接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00575-z，https://www.nature.com/articles/s42255-022-00574-0

Nature Biotechnology 杂志发表了由澳大利亚昆士兰大学的植物遗传学家Lee Hickey领衔撰写的题为“Breeding crops to feed 10 billion”的综述文章，该文章介绍了如何利用Speed Breeding（加速育种）技术，结合高通量表型、基因编辑、基因组选择、从头驯化等其他生物育种技术，来提高育种效率，以应对未来需要养活全球100亿人的巨大挑战。以下为全文翻译：前言作物改良可以帮助我们应对要养活100亿人口的挑战，但是我们能够足够快的培育出更好更多种的作物吗？基因分型、分子标记辅助选择、高通量表型、基因编辑、基因选择和从头驯化等技术通过利用快速育种技术被激发，使育种学家能够跟得上不断变化的环境和持续增长的人口。 未来30年，全球人口预计将增长25%，达到100亿。迄今为止，传统育种方法生产产量高的营养作物,可以收获相对足够的粮食,以满足不断增长人口的粮食需求。但目前主要农作物（小麦、水稻和玉米）产量增加的速度，不足以满足未来的需求。育种学家和植物学家面临的压力有：改善现有作物和培育出高产、更有营养、抗病虫害和适应气候型新作物。所以需要利用各种手段提高育种效率，将最先进的技术与快速育种相结合，为将来满足100亿人口的粮食生成奠定基础。不像12000年前,如今植物育种者可以应用大量的创新技术来提高育种效率和质量（图1）。举个例子，自动化高通量表型系统的发展给更巨大的人口数量带来了提高选择强度、提升选择精度的价值。二代三代测序平台意味着育种家可以负担的起使用DNA标记来辅助选择，并且促进了基因发现、形状解剖和预测育种技术。 作物育种的一个关键制约因素是作物过长的生长周期，特别典型的就是一年 一生、两生的作物，可以通过利用延长的光周期和可控的温度这样的“Speed Breeding 快速育种”技术手 段来缓解，将春小麦、大 麦 、鹰嘴豆和油菜的生长周期缩短至一半 。 将最先进的技术和快速育种相结合为应对养活10亿人的挑战打下基础。 图1 植物育种关键技术与其他技术简表左边绿色时间表示传统育种。右边绿色表示基因工程。棕色表示DNA标记。粉色表示基因组测序。蓝色表示其他重要事件。快速育种发展史大约150年前，植物学家首次证明了植物可以利用碳弧灯在人工光下生长。不久之后，我们评价了连续光对植物生长的影响。Arthur和他的同事报告说，在持续光照下，近100种植物中的大多数的开花速度更快，包括蔬菜、谷物、杂草、草本植物和花园观赏植物。在1980年代中期，NASA和犹他州立大学合作开拓在空间站持续的光照下种植快速循环小麦的可能性。这一共同努力的结果开发了一种矮小、生长周期快的小麦“USU-Apogee”。与此同时，1993年俄罗斯科学家提议测试“太空镜”，一种把黑夜变成白天的理论来提高地球农业生产率。在1990年，威斯康辛大学开始探索LED对植物生长的影响开始，随着LED技术的不断发展，不仅使室内植物育种系统的成本越来越低，而且提高了作物产量。受美国宇航局工作的启发，2003年，昆士兰大学的研究人员创造了“加速育种”(speed breeding)一词，用于描述一套加速小麦育种的改进方法。现在快速育种也应用于多种农作物中。与双单倍体技术不同，双单倍体技术产生单倍体胚胎，染色体加倍，产生完全纯合子的品系，快速育种适用于不同的种质资源，不需要专门的实验室进行体外培养。该技术利用最佳的光质量、光强度、昼长和温度控制来加速光合作用和开花，并结合早期种子收获来缩短世代时间。对于需要特定环境线索来诱导开花的物种，如春化处理或短日照。当这些技术应用于可以高密度生长的小谷物，例如1000株/平方米，与开发大量自交系相关的空间和成本可以减少。种子切片和单株植物追踪条码技术的结合能够促进高通量标记辅助选择。为了加快植物研究的进展，可以在快速育种系统中进行诸如杂交、定位群体的开发和对特定性状的成年植物表型等活动。此外，快速育种可以加速性状的回交和聚合（图2），以及转基因通道。图2　通过快速育种和标记辅助选择，实现性状快速叠加 小麦穗前发芽(Phs-A1)、小麦锈病(Lr34)、镰刀菌头疫病(Fhb1)和耐盐性(Nax1)为小麦优良品种。a，通过四轮回交和选择产生近等基因系(96%纯种)，结合两轮杂交(基因构建步骤1和2)，选择一个携带所有四个性状的纯合系(基因堆积步骤3)。ｂ、实现四种性状叠加的时间轴分别为田间(每年一代)、常规温室(每年两代)和快速繁殖温室(每年六代)。精心的策划可以用来创建一个DNA标记测试、快速育种和现场评估的通道。第一个采用快速育种技术开发的春小麦品种“DS Faraday”于2017年在澳大利亚发布。在这种情况下，快速育种被用于加速抑制作物成熟时萌发的籽粒休眠基因的渐渗，从而产生具有提高对收获前发芽的耐受性的高蛋白碾磨小麦。对于没有大型设施的研究人员，可以建立小型、低成本的快速繁殖单位。快速育种还可以加速发现和利用地方品种和作物野生近缘种的等位基因多样性。例如，利用快速育种对瓦维洛夫小麦收集的叶锈病抗性进行筛选，以及与已知基因相关的DNA标记，发现了新的抗性来源。更快更好的表型表型是指对植物生长、发育和生理学的任何方面的测量。表型产生于基因型和环境之间的相互作用，包括光合机制的荧光特性、生长速率、抗病性、非生物胁迫耐受性、总体形态、物候学，以及最终的产量成分和产量。稳健的表型是植物育种的核心，因为它是选择品种培育新品种的主要基础。因此，表型方法的改进必须平衡提高的准确性、速度和成本。虽然“育种者的眼睛”可能永远不会被取代，但工程可以增加育种者所看到的东西，并告知更好的基于表型的选择。创新是多方面的，包括机器人技术植物成像（使用输送机、移动陆地车辆和无人机），在可见波和长波光谱中有多达数百个光谱波段。这使得利用计算机视觉和机器学习对植物的生长和功能进行无破坏性监测，以处理图像和提取有价值的信息（特征）。利用高度连接的环境监测，可以自动地得到关于植物生长环境的相应信息（https://www.miappe.org）。结合起来，这些技术为提高表型准确性和降低其成本提供了令人兴奋的机会。这种平台，即在受控环境中部署的平台的早期例子是植物加速器（https://www.plantphenomics.org.au），它在解决需要受控环境变化的问题时仍然具有重要的作用。更便宜的、基于现场的平台正变得越来越强大和有用，特别是随着无人机更容易获得，这些无人机有合理的飞行时间，可以携带大量的有效载荷。这个新一代表型的主要持续挑战仍然是数据处理和图像处理。计算机科学家的持续贡献将对保持快速发展至关重要。随着基因组学的快速发展，更好的表型工具正在引领加速育种计划。育种家们通过天然存在的或实验室控制群体结构来理解表型-基因型之间的关联性，表型分析也随之发展。例如，这些方法已经成功地绘制出了影响复杂表型的遗传区域，如水稻的产量成分和高粱的高度。将这些技术与基因组辅助育种方法相结合，可以更快地改善作物品系。田间种植作物表型创新只能与目标环境和快速育种条件之间的快速育种相结合，以便选出在目标环境和快速育种条件（如长日照时间和人工光谱）之间均保持稳定的性状。耐受某些害虫和疾病的抗性表型分析也可以整合到快速育种研发线中，以进行单一性状的表型分析，如一些形态特征和能力，能保持植物生长在次优条件下（例如，与凉爽的日子或温暖的夜晚），可能使植物应对特定的非生物压力。将快速育种设施与自动化高通量表型平台相结合，将进一步加速位点和基因的发现，以及鉴定特定基因对植物生长发育的影响。通过使用低成本的计算机和其他硬件，表型平台正变得廉价和容易获得。而且，尽管在受控环境中进行表型有优势，但对于简单的疾病性状，表型最好在多个现场试验中得到证实。对于更复杂的性状，包括耐旱性或产量，必须在目标环境下的田间进行表型分析。作物改良的快速编辑基因编辑和转基因性状的优势可以通过将这些工具整合到快速育种管道中更快地实现。许多第一代基因编辑应用仅依赖于一两个非优良基因型，这些基因型能够从植物组织培养和转化中再生。最近发展起来的技术甚至为一些优良基因型提供了高转化效率。应用基因编辑仍然需要耗费时间进行组织培养，以及具有适合使用Cas9基因和单导RNA (sgRNA)序列进行基因操作的专门实验室。然而，将基因编辑直接纳入快速育种的系统中，如ExpressEdit（图3)，可以避免植物材料体外操作。虽然还不是常规操作，但已经采取了许多步骤来快速跟踪基因编辑，如下所述。图3　快速编辑的方法中，快速基因组编辑可以直接在快速育种系统中进行为了避免实验室中植株再生的问题，Cas9基因和sgRNA序列可以直接应用于植物。从分离的后代中筛选出新的性状(例如，抗病性)，并且识别出缺乏Cas9基因但含有新性状的植物。或者，Cas9可以留在“CRISPR-ready”植物中，通过将sgRNA应用于不同的基因靶点，这些植物就可以经历更多的编辑周期。在CRISPR基因编辑中，sgRNA将Cas9酶引导到目标DNA位点，Cas9切割该位点切割DNA。可以创建包含异源Cas9基因的“CRISPRready”基因型。例如，携带Cas9转基因的转化植株可以作为供体，利用速度标记辅助回交创建一系列优良自交系。如下所述，有不同的方式来传递sgRNA进行靶向基因组编辑。然而，这种技术仍将产生受调控的转基因植物，随后编辑的转基因(s)位点，在大多数情况下，将需要Cas9和一个可选择的标记基因。在没有组织培养的情况下整合基因组编辑和快速育种需要许多技术突破，最佳结果是不需要组织培养或应用外源DNA的等位基因修饰，因为这些将避免转基因生物标签（图3）。它已被广泛证明，可以实现单一或多重编辑，这现在可以使用以下无组织培养技术来实现。举个例子， 例如，可以使用CRISPR-Cas9核糖核酸蛋白复合物进行基因组编辑。这被应用于许多物种中，包括小麦、玉米和马铃薯(茄属)。目标组织一般是未成熟的胚胎或原生质体，在理想情况下，这种方法将用于优化成熟的种子或发芽的幼苗。表型可以在后代中显现，允许性状的堆积。另外,粘土纳米片可以传递Cas9蛋白质和sgRNA。粘土纳米片还可用于向植物传递RNAi，使其具有抗病毒能力。RNAi在植物中持续数周，并在整个植物中移动。病毒载体可以传递Cas9和sgRNA成分，如双病毒载体，或通过成熟种子的茎尖分生组织的planta粒子轰击，或在不培养愈伤组织的情况下通过生物DNA传递，使编辑机制进入细胞，如小麦。该方法可将预组装的Cas9-sgRNA核糖核酸蛋白导入植物茎尖分生组织中，产生基因编辑或将编辑机制导入花粉和花序组织中。快速基因组选择 标记辅助选择(Marker-assisted selection)是一种利用连锁DNA标记跟踪少量基因或性状的方法，已成功地应用于很多作物育种项目中，目的是寻找具有较大效应突变的性状。相比之下，基因组选择使用全基因组DNA标记来预测培育个体复杂性状的遗传优点。这项技术的发展是为了了解复杂的性状，如产量，这些性状受到大量基因和/或调控因子变异的影响，通常每个变异的影响都很小。通过与全基因组DNA标记连锁不平衡效应来捕捉这些变异的影响，例如，单核苷酸多态性（SNP）。还有在大参考样本和群体中评估标记的影响，在群体中测量个体品系的基因型和性状。只要估计了标记的影响，就可以知道培育的候选品系基因型。然后，为了评估每个候选育种品系的价值，估计它们的基因组育种值(GEBVs)作为它们携带的标记等位基因的标记效应之和。选择具有高GEBV的植株作为下一代亲本。基因组选择相比传统育种的一个优点是，可以较早地在多个发育体系中选择利用品系作为亲本；并且基于GEBV的多个育种周期可以在与传统育种单个周期相同的时间内完成。对于那些通常在生长发育后期（评估阶段，图4）进行测量的性状和表型分析成本较高（如产量）的性状，基因组选择在节省时间和资源方面有着较好的优势潜力。基因组选择正在大规模地用于个人的作物育种项目，例如玉米育种。Cooper和 Gaffney 等人说明了由基因组选择产生的耐干旱玉米杂交种在工业生产规模下评估的影响。这些变异品种(“AQUAmax”杂交品种)现在广泛种植在农民的土地上。对农业生产数据的评估表明，无论是有利还是干旱胁迫条件下，AQUAmax玉米杂交种的产量都显著提高，在水资源有限的情况下提高了产量稳定性，降低了农民面临的风险。 为了获得更大的产量，可以使用基因组选择同时选择多个优秀性状。例如，为了选择产量提高的植物，可以使用多性状分析方法来提高选择的准确性，该方法包括在早期高通量测量性状的表型分析，如冠层温度和不同植被指数，以及关于产量的GEBV。另一个例子是测定关于最终用途的性状，这是小麦育种计划中最后要测定的性状之一。利用红外和核磁共振光谱分析，再结合DNA标记预测得到准确的GEBV。这些值可以用来选择具有理想性状的植物，在育种周期中，比其他方法的利用更早。 基因组选择的最大好处是当结合其他技术时，能（i）减少一代间隔和（ii）包括影响目标性状或特征的致病突变的精确位置，因为在这种情况下预测不再依赖DNA标记和致病突变之间的连锁不平衡。由于快速育种可以大大减少世代间隔，通过在每一代应用基因组选择来挑选下一代的亲本，可以大大增加这种方法的遗传增益。目前，基因组选择的最大问题是基因分型成本过高。为了减少成本，隔两代或三代才应用基因组选择，或者只选择那些在快速培育周期中表现出超过阈值的良好表型（例如一些抗病性）。利用高通量测序的新基因分型策略，如rAmpSeq，可以显著降低基因组选择的基因分型成本。尽管在某些情况下已经发现了SNP单核苷酸多态性，但许多性状的病因SNP的精确位置是未知的。如果这些多态性发生在野生或非优良种质资源中，一个可能的策略是采用ExperessEdit方法通过基因工程，将SNP导入优良的材料中，然后通过全基因组DNA标记，使用基因组选择来选出编辑的基因和其他成千上万个影响所需性状的SNP（图4）。另一个有前途的选择是将基因组选择与快速抗病基因克隆技术相结合。虽然标记辅助选择可用于转移具有较大影响的抗性基因，但将该方法与基因组选择相结合可以帮助积累和维持有助于有效抗性的微小基因变异。这种方法可能会减少病原体变异后克服抗性基因的选择压力。 图4　育种策略 育种策略的可视化表示和传统育种与利用双单倍体育种(DH)、快速育种(SB)、基因组选择育种(GS)和快速编辑 (剪刀表示)的周期长度比较。粉色底纹表示在快速育种条件下进行的步骤，绿色底纹表示在常规条件下进行的步骤。一个箭头表示一个世代。曲线箭头表示育种中的步骤，在这些步骤中，通过田间测评或基因组选择最佳品系，利用其作为亲本来进行新的杂交。基因组选择也可以用于在整个基因组中堆叠有用的单倍型，从而从群体中分离的现有单倍型中创建一个最佳的种植品系。例如，基因组区域可以通过连锁不平衡块来定义。单倍型GEBV被定义为单倍型标记效应的和。然后，可以为基因组的每个部分识别出具有最佳GEBV的单倍型，并且这些最佳的单倍型可以利用最佳的杂交模式堆叠在单个个体中。具有理想的基因编辑位点或抗病等位基因的单倍体可以设置为特定基因组区域的“最佳”单倍体，并在最终个体中组合。当与快速育种相结合时，这种叠加方法可用于快速开发具有多种性状的新型作物品种。加速驯化植物驯化（植物选择培育）是一个漫长的过程，选择突变的一系列性状，最终使植物可培养。通过对野生物种的新驯化来模拟这一过程可能是培育现代品种的另一种方式。这提供了获取驯化基因库中没有的基因和性状的途径。驯化通常与多倍体有关：事实上，大多数作物都是多倍体的。然而，由于与亲本的有性隔离和多体遗传，多倍体作物改良十分复杂。通过多倍体重建的快速再培养是从野生物种中引入新的基因和等位基因的直接方法。这种再培育过程可以通过快速育种来加速。可以利用这种方法培育多倍体作物花生(Arachis hypogea)和香蕉(Musa sp.)。花生是异源四倍体，由野生二倍体AA－和BB－通过秋水仙素和多次回交选择得到。在培育花生的多次选择步骤中，快速培育缩短了再培育的时间。在香蕉中，多倍体AA，BB通过杂交得到AAA、AAB和ABB。基本多倍体事件的少量发生，加上多年生植物在世界范围内的无性系繁殖，对毁灭性疾病几乎或根本没有抵抗力，加剧了遗传多样性狭窄造成的问题。在香蕉、花生中，通过利用不同二倍体和快速培育，合成多倍体可以得到新性状，包括抗病性，也有助于新品种的快速发展。此外，在香蕉中，直接编辑现有的三倍体优良品种，可以在短期内快速得到改良系，从而避免了重新合成三倍体所需的成本和时间。为了避免多体遗传，在某些物种中，可以使用具有所需性状的供体在二倍体中繁殖，然后通过未减少（缩短缩小）的配子和/或倍体间杂交（交叉）重新构成多倍体。与直接育种多倍体相比，该方法所需的时间和资源更少，为培育新品种提供了一条有效的途径；可以利用于一些作物上，如香蕉和土豆。同样，快速育种可以在加快杂种生长方面发挥作用，以便进行评估和进一步的杂交和选择。以香蕉为例，育种工作是在二倍体优良品系和野生近缘种之间进行，然后对选定的二倍体进行杂交（二倍体杂交种），并对选定的二倍体进行染色体加倍，以快速产生间倍体杂交（即 4x× 2x），从而培育出无籽三倍体。香蕉植株很大，周期很长，从杂交品种的产生到初步评估长达三年。同样，快速育种可能在加速杂交品种的评估和进一步的杂交和选择方面发挥作用。新物种的其他选择培育的途径包括已知的基因工程。在农作物和野生物种中通过CRISPR－Cas9进行基因组编辑，得到与再选择培育有关的基因。基因工程得到的新再培育系可以直接作为农作物，也可以与优良品系杂交得到新的优良性状。编辑技术和诱变技术结合快速培育也可以应用于培育健康食品——例如,增加维生素B9的水稻或去除藜麦中的皂苷等有害蛋白质、芸苔属种子的抗营养硫代葡萄糖苷和草豌豆的神经毒素等。基因编辑驯化是一种令人兴奋的途径，可以通过生产可以直接与遗传阻力小的先进品系杂交的品系来快速利用作物野生近缘植物的基因库。与快速育种结合，这些工具提供了快速获取新的遗传变异，并意味着加速部署这种变异到种植者的领域。快速育种2.0LED技术创新性地结合了扩展的光周期和早期种子收获，使加速育种得到了更广泛的应用。但进一步提高速度还有多大空间?加速育种的目的是优化和整合影响植物生长和繁殖的参数，以减少世代和观察表型所花费的时间，特别是观察那些在发育后期出现的表型。我们如何定制加速育种，以满足不同作物、品种和表型的具体要求?打破种子休眠是提高育种速率的第一步。在许多物种中，母体植物在胚胎发育过程中种子是处于休眠状态。种子的休眠可以在收获后立即被打破，通过冷分层，即种子在低温下吸水或使用促进发芽的激素，如赤霉素(图5a)。早期收获小麦和大麦种子，在开花后第14天，接着是干燥的第3天和冷分层的第4天，与成熟的种子相比，打破休眠可以减少大约15天的生产时间(图5b)。类似的方法也被应用于扁豆。更早的收获可以通过利用胚胎来实现，成花12天后，培养2-3天后发芽率达100%。这种方法避免了给种子干燥和分层，至少缩短了8天的生产时间。向开花的过渡也可以被缩短。有些植物需要较长时间的冷处理（春化）来介导向开花的过渡；冬小麦品种需要6到12周。控制春化的分子成分在许多植物中都已知。短暂地操纵这些控制点-例如，通过下调中央调节器VERNALISATION 2-可以导致“快速春化”的发展（图5c)。在关键的生长阶段，通过提高温度可以加速植物的生长。高温会导致水蒸气不足，阻碍植物生长和花粉发育；然而，当允许的水蒸气水平保持不变时，（高温使）营养生长和衰老的速度加快。这已经在玉米中得到了证明，尽管植物在较高的最低（夜间）温度下容易受到粮食产量的大幅下降。当已知植物的温度敏感性时，就有可能在适当的生长阶段进行高温干预，以加速生长。在面包小麦中，在减数分裂期间发现了一个籽粒产量下降的温度敏感期（图5d.ii）。因此，在营养生长过程中可以采用高温，而在生殖阶段可以保持低温来维持籽粒的发育（图5d.i）。优化日照时间和光照质量可以改善繁殖时间线。昼长和光照质量的变化可以加速植物的生长（图5f）。较长的日照促进中性或长日照植物的生长，而光合作用优化的光质量可以提高初级产量。此外，红光与蓝光的比值对开花也很重要，在小麦中，这在粉红色光下最早被诱导，其比值约为1。现有的速度育种系统的一个特点是使用led来改善光质量和降低操作成本。相反，激光可以用来进一步降低成本，因为它具有更高的电转换效率，40-60%的能量被转换为光，这取决于光的颜色。除了促进生长和增加能源输入的回报，激光还可以在生长柜或温室外产生，在植物内部发射，然后分散在植物上，消除了在可控环境下使作物研究昂贵的大量冷却成本。土壤一直是植株成功培养的关键。但是，水培生长系统可以优化营养成分和更快的吸收，同时保持根系生长的最佳有氧条件(图5th:100% max-height:100% width:1152px height:1498px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202402/uepic/3c2ad034-cf76-444f-99b0-e3e705ad7c5e.jpg" title="表1.jpg" alt="表1.jpg" width="1152" height="1498"文章来源：Hickey LT, N Hafeez A, Robinson H, etal.,(2019) Breeding crops to feed 10 billion. Nat Biotechnol. 37(7):744-754. doi:10.1038/s41587-019-0152-9.https://www.nature.com/articles/s41587-019-0152-9

离子色谱自上世纪70年代开始经过近40多年的发展，已成为色谱分析领域中十分重要的分支，被广泛应用于无机阴阳离子、有机酸、糖醇类化合物、氨基酸、氨基糖苷类抗生素等，具有方便快速、灵敏度高、选择性好、可同时分析多种化合物、样品用量少等优点。离子色谱的检测器主要有电化学检测器与光学检测器，在药品控制领域，应用得最多的为电化学检测器，包括电导检测器和安培检测器。电导检测器主要用于测定无机阴阳离子与部分极性有机物如羧酸等。安培检测器又可分为直流安培检测器与积分安培（包括脉冲安培）检测器，其中积分安培检测器主要用于测定糖类、氨基酸类及氨基糖苷类抗生素等。氨基糖苷类抗生素具有相似的化学结构与理化性质，都是以碱性环己多元醇为苷元，与氨基糖缩合成苷，是临床应用较早的一类抗生素。氨基糖苷类抗生素根据其来源可分为发酵与半合成2种，其中发酵来源的主要有链霉素、新霉素、卡那霉素、巴龙霉素、妥布霉素、庆大霉素、核糖霉素及大观霉素等；半合成是以发酵来源的抗生素为前体，再进行结构改造而得到，主要有阿米卡星、奈替米星、异帕米星及我国自主研发的依替米星等，具有更强的抗菌活性、低耐药性及低毒性等。氨基糖苷类抗生素结构中无紫外吸收基团，难以采用常规的高效液相色谱-紫外检测器控制质量，目前国内常用的分析方法为高效液相色谱-蒸发光散射检测法（HPLC-ELSD）。由于其结构中含有多个氨基（-NH2）与羟基（-OH），在强碱性溶液中易解离成阴离子，在一定电压下，可在金电极表面发生氧化反应，实现脉冲安培检测，因此国外药典中多采用离子色谱法检测该类药物。本文概述了本实验室近十几年来采用离子色谱法分析氨基糖苷类抗生素的实例，并简述离子色谱法在各国药典中控制该类药物的应用与发展趋势。1. 硫酸阿米卡星、硫酸阿米卡星注射液与注射用硫酸阿米卡星有关物质1.1 色谱条件YMC ODS-Aq C18（4.6mm×250mm, 5µm）色谱柱，流动相为1L无二氧化碳的去离子水中加三氟乙酸20mL，五氟丙酸300μL，七氟丁酸300μL，50%（V/V）氢氧化钠溶液8mL，用50%（V/V）氢氧化钠溶液调节pH为3.3，加乙腈10mL；流速1.0 mLmin-1；柱后加碱2.1%（V/V）氢氧化钠溶液，流速为0.3mLmin-1；脉冲安培电化学检测器，工作电极为金电极（直径3mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，四波形检测电位（T1: 0.00～0.40s，E1: 0.1V；T2: 0.41～0.42s，E2: -2.0V；T3: 0.43s，E3: 0.6V；T4: 0.44～0.50s，E4: -0.1V）。柱温为35℃，进样量20μL。1.2 结果硫酸阿米卡星与其杂质A、杂质B、杂质 C、杂质D、杂质E、杂质G、杂质H、杂质I均能分离，见图1。阿米卡星质量浓度在0.4985～9.969 µgmL-1范围内峰面积线性关系良好，阿米卡星峰检测限为2.0ng，定量限为5.0ng。供试品溶液中除辅料峰外，各杂质均以主成分自身对照法计算，其中杂质B校正因子为1.4，杂质C校正因子为1.3，杂质D校正因子为0.8，杂质E校正因子为1.2，杂质H校正因子为1.4，杂质I校正因子为0.6。结果8批次硫酸阿米卡星原料总杂质含量为1.2%～1.7%，77批次硫酸阿米卡星注射液总杂质含量为1.1%～2.3%，10批次注射用硫酸阿米卡星总杂质含量为1.2%～2.2%。1. 杂质I 2.杂质B 3.杂质G 4.杂质A 5.杂质C 6.杂质D 7.杂质E 8.杂质H图1 硫酸阿米卡星系统适用性色谱图中国药典2020年版（ChP2020）采用高效液相色谱紫外末端吸收法测定硫酸阿米卡星及其制剂的有关物质。英国药典2024年版（BP2024）与欧洲药典11.0版（EP11.0）均采用离子色谱法测定，流动相体系均为辛烷磺酸钠-无水硫酸钠-四氢呋喃，其中四氢呋喃是影响该方法测定的关键因素，同样纯度不同品牌、甚至同一品牌不同批号的的四氢呋喃都会影响该方法的重复性。此外，EP 11.0 与BP2024的方法还存在运行时间太长大于100min，三电位检测对金电极损耗较大，盐浓度较大对仪器损耗大等缺点。本实验室同样采用离子色谱法，用多氟烷酸体系代替辛烷磺酸钠体系，简化了流动相的配制，缩短了分析时间为35min，用四电位取代三电位保护了工作电极，检测的杂质数量与杂质总量均多于ChP2020的紫外末端吸收法，可用于硫酸阿米卡星及其制剂的有关物质控制。2. 硫酸庆大霉素注射液、硫酸庆大霉素片与硫酸庆大霉素颗粒2.1 色谱条件TSK-gel ODS-81Ts C18（4.6mm×250mm，5µm）色谱柱；流动相为0.7%三氟乙酸（含0.025%五氟丙酸，50%（V/V）氢氧化钠4ml，用50%（V/V）氢氧化钠调节pH值至2.6）-乙腈（97:3）；流速为1.0mLmin-1；柱后加碱为2%（V/V）氢氧化钠溶液，流速为0.3mLmin-1；脉冲安培电化学检测器，工作电极为金电极（3mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，四电位检测：同前；柱温为35℃；进样量20µL。2.2 结果硫酸庆大霉素含有4个主组分，分别为C1、C1a、C2a、C2，还含有结构相似的小组分西索米星与小诺霉素。该方法可完全分离4个主组分，并可同时分离出22个有关物质。庆大霉素C1a、西索米星与小诺霉组分的检测限分别为5.3ng、3.5ng与8.0ng，定量限分别为17.8ng、11.6ng与26.7ng。ChP2020采用HPLC-ELSD法测定硫酸庆大霉素注射液的组分，而BP2024与EP11.0均采用离子色谱法测定硫酸庆大霉素原料的组分与有关物质，USP现行版采用离子色谱法测定其原料的组分，均未采用离子色谱法对硫酸庆大霉素注射液进行控制。本实验室对比了离子色谱法与HPLC-ELSD法同时测定硫酸庆大霉素注射液的有关物质，发现两种方法的分离效能相当，但采用离子色谱法时各组分的响应值随其电化学活性不同而差异明显，如西索米星的响应因子大于小诺霉素，在以西索米星为外标法进行有关物质测定时，结果小于HPLC-ELSD。 3 硫酸庆大霉素片组分与有关物质3.1 色谱条件Thermo AcclaimTMAmG C18（4.6mm×150mm, 3µm）色谱柱，流动相为0.7%三氟乙酸（含0.025%五氟丙酸，50%（V/V）氢氧化钠4mL，用50%（V/V）氢氧化钠溶液调节pH至2.6）-乙腈（96.5:3.5），流速1.0mLmin-1，柱后溶液为2%（V/V）的氢氧化钠溶液，柱后加碱为0.3mLmin-1；脉冲安培电化学检测器，工作电极为金电极（直径3mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，四波形检测电位（T1: 0.00～0.40s，E1: 0.1V；T2: 0.41～0.42s，E2: -2.0V；T3: 0.43s，E3: 0.6V；T4: 0.44～0.50s，E4: -0.1V）。柱温为35℃，进样量20μL。3.2 结果该方法中庆大霉素C1、C1a、C2a、C2分别在1.328～132.8µgmL-1、1.606～160.6µgmL-1、7.378～737.8µgmL-1、1.276～127.6µgmL-1浓度范围内线性关系良好，回收率为98.2%～101.8%。有关物质测定中，西索米星在2.632～52.64µgmL-1、小诺霉素在2.006～25.07µgmL-1浓度范围内线性关系良好，西索米星检测限为0.01µg，小诺霉素检测限为0.02µg，各杂质与庆大霉素各组分均能完全分离，见图2。156批次中148批次的硫酸庆大霉素片各C组分的绝对含量分别为C1a为26.3%～37.1%，C2+ C2a为41.8%～49.3%，C1为16.5%～22.2%，4个组分总含量为90.6%～105.0%。148批次的有关物质为小诺霉素1.8%～2.8%，西索米星为未检出～1.5%，其他最大单杂为 0.3%～0.9%，其他总杂为1.2%～4.2%。发现其余8批次样品组分与有关物质均不符合规定，原因为企业采用不符合标准规定的原料所致。1-5,7-8.未知杂质 6. 西索米星 9.小诺霉素图2 硫酸庆大霉素片有关物质典型色谱图ChP2020采用微生物检定法控制其含量，未控制有关物质。BP2024、EP11.0与USP现行版均未收载该品种。本实验室在参考国外药典离子色谱法测定其原料的基础上建立了硫酸庆大霉素片组分与有关物质的方法。方法对乙腈的比例进行了调整，工作电位由四电位取代三电位，可有效的分离硫酸庆大霉素片各组分与各杂质。4.硫酸庆大霉素颗粒组分与有关物质 4.1 色谱条件YMC-Pack Pro C18 RS（4.6×250mm，5μm）色谱柱，流动相为1.6%三氟乙酸（含0.05%五氟丙酸，50%（V/V）氢氧化钠8ml，用50%（V/V）氢氧化钠溶液调节pH值至2.6）-乙腈（94:6），流速1.0 mLmin-1，柱后加碱为2%（V/V）的氢氧化钠溶液，柱后加碱为0.3mLmin-1；脉冲安培电化学检测器，工作电极为金电极（直径3mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，四波形检测电位（T1: 0.00～0.40s，E1: 0.1V；T2: 0.41～0.42s，E2: -2.0V；T3: 0.43s，E3: 0.6V；T4: 0.44～0.50s，E4: -0.1V）。柱温为35℃，进样量20μL。4.2 结果硫酸庆大霉素颗粒的辅料主要为蔗糖，含量较高，与主成分的比例约为200:1，出峰时间约为5min。采用硫酸庆大霉素片的方法测定颗粒时，蔗糖的拖尾峰会导致前15min的基线抬高，严重干扰颗粒有关物质的测定。因此本实验室在硫酸庆大霉素方法的基础上增加了三氟乙酸、五氟丙酸与乙腈的比例，成功解决了蔗糖对硫酸庆大霉素颗粒有关物质测定的干扰。该方法中庆大霉素C1、C1a、C2a、C2分别在5.264～131.6µgmL-1、5.032～125.8µgmL-1、5.595～139.9µgmL-1、3.410～85.24µgmL-1浓度范围内线性关系良好，回收率为98.7%～100.8%。有关物质测定中，西索米星在1.987～39.74µgmL-1、小诺霉素在2.045～51.13µgmL-1浓度范围内线性关系良好，西索米星检测限为0.003µg，小诺霉素检测限为0.01µg，各杂质与庆大霉素各组分均能完全分离，见图3。1-14,16-18-未知杂质；15-西索米星；19-小诺霉素图3 硫酸庆大霉素颗粒有关物质典型色谱图5.盐酸大观霉素与注射用盐酸大观霉素有关物质 5.1 色谱条件采用离子色谱法及HPLC-ELSD法同时分析注射用盐酸大观霉素的有关物质。两法色谱柱均为Apollo C18 (250mm× 4.6mm，5µm)，流动相均为0.1molL-1三氟乙酸溶液，柱温均为30℃，进样量均为20µL。离子色谱检测：柱后加减为21g/L氢氧化钠溶液，流速0.5mlmin-1，工作电极为金电极（直径3mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，四波形检测电位（T1: 0.00～0.40s，E1: 0.1V；T2: 0.41～0.42s，E2: -2.0V；T3: 0.43s，E3: 0.6V；T4: 0.44～0.50s，E4: -0.1V）。ELSD检测：漂移管温度110℃，载气流速2.6Lmin-1，增益1。5.2 结果ChP2020采用HPLC-ELSD法控制其原料，BP2024与EP11.0采用离子色谱法控制其原料。注射用盐酸大观霉素为无菌原料直接分装，本实验室参考国外药典方法测定了盐酸大观霉素及其制剂的有关物质，并同时与HPLC-ELSD方法进行比较。结果两种方法检测出的有关物质种类和数量基本一致，但离子色谱灵敏度比ELSD高，离子色谱检测限为2.4ng，ELSD为72.8ng。两种方法测定的31批次注射用盐酸大观霉素，杂质D与杂质E结果基本一致，但杂质A、4R-双氢大观霉素及总杂质结果差异较大，原因为杂质A、4R-双氢大观霉素杂质在两种检测器上响应不一致。因此采用离子色谱测定时需对杂质A与4R-双氢大观霉素杂质进行校正因子计算，按校正因子计算后的有关物质结果两种方法基本一致。6.青霉胺与青霉胺片含量与有关物质6.1 色谱条件Dikma Spursil C18（4.6mm×250mm，5µm）色谱柱；流动相为5.3g无水磷酸二氢钠-0.25g己烷磺酸钠，加去离子水1L溶解后，用磷酸调节pH值为2.85，加乙腈9ml；流速为1.0mLmin-1；柱后加碱为21gL-1氢氧化钠溶液，流速为0.3mLmin-1；脉冲积分安培电化学检测器，工作电极为金电极（1mm），参比电极为Ag-AgCl复合电极，六电位检测（T1为0～0.04s，E1为0.13V；T2为0.05～0.21s，E2为0.33V；T3为0.22～0.46s，E3为0.55V；T4为0.47～0.56s，E4为0.33V；T5为0.57～0.58s，E5为-2.0V；T6为0.59～0.60s，E6为0.93～0.13V）；柱温为30℃；进样量20µL。6.2 结果含量测定方面，青霉胺浓度在49.88～199.5µgmL-1范围内线性关系良好，回收率为98.4%～101.5%，31批次青霉胺片含量为97.6%～101.5%。有关物质测定方面，各杂质与主成分青霉胺均能完全分离（见图4），青霉胺浓度在3.118～49.88µgmL-1，青霉胺二硫化物杂质浓度在1.616～19.39µgmL-1范围内线性关系均良好，青霉胺与青霉胺二硫化物杂质的检测限均为0.02µg；青霉胺二硫化物结果为0.4%～0.8%，最大单杂为0.9%～2.9%，其他总杂为2.4%～7.3%。1. EDTA 2.辅料3~8.未知杂质 9.青霉胺10.青霉胺二硫化物图5 青霉胺片有关物质典型色谱图ChP2020采用电位滴定法测定其含量，USP现行版采用HPLC法测定其含量，二者均未控制其有关物质。青霉胺虽不属于氨基糖苷类抗生素，但其结构中含有多个氨基与羧基，无共轭双键，同样可以采用离子色谱法测定。离子色谱法测定该品种的关键点为检测电位的选择，直接采用糖四电位时主成分响应很弱，采用仪器自带的六电位时峰型严重拖尾，因此本实验室采用循环伏安法分别对青霉胺与杂质青霉胺二硫化物进行扫描，确定了最佳的六电位波形，解决了主成分严重拖尾的问题。讨论讨论1： 操作过程中遇到的问题与解决方法离子色谱电化学检测在操作过程中常存在背景信号较高、基线噪音较大，重复性差等问题，导致试验耗时耗力，进展缓慢。如硫酸阿米卡星及其制剂测定过程中会出现响应信号下降的现象，原因为流动相中的三氟乙酸可使金电极表面钝化，使用一段时间后需用水擦拭金电极。硫酸庆大霉素制剂测定过程中，出现了背景信号缓慢增加，基线噪音增大的情况，使用一段时间后需用硝酸冲洗管路或打磨电极。为解决该问题，本实验室与离子色谱工程师们查找问题与原因，耗时近3年，终于初步解决了上述问题。首先，所有涉及的容器、试剂与过滤装置均应单独使用，试剂均应为高纯度试剂。其次，对仪器的部分管路用聚醚醚酮材料的管线取代原白色塑料管线，降低管路的透氧性。再次，仪器使用前分别用1.5molL-1的硝酸溶液、2.4gL-1的EDTA溶液、乙腈与去离子水依次冲洗管路。接着，使用时分别对流动相、柱后碱液的水离线脱气15min，除去溶解在其中的氧气，脱气完成后再用氮气或氦气保护。使用时所有的管路须充满液体，防止氧气进入系统中导致重复性降低。最后，更换了进样阀。初步解决了重复性差的问题，但测定时仍需要在碱液中加入一定浓度的EDTA，降低金属离子的影响。虽然重复性差的问题初步得到解决，但背景信号较高，剂型噪音较大等问题在日常操作中还存在着，还需要继续磨合。讨论2：各国药典中离子色谱法分析氨基糖苷类药物的情况（1）中国药典ChP2005年版在“附录V D 高效液相色谱法”检测器下提到了电化学检测器。从2010年版开始在附录中单独列出了“离子色谱法”，对离子色谱的色谱柱、洗脱液、检测器、测定法均进行了详细说明。直到2015年版才首次将该法收录至正文中，涉及的品种为硫酸依替米星，检测项目为有关物质与含量，同时还设有第二法为HPLC-ELSD法，二者选其一。现行2020年版药典仍沿用2015年版方法测定硫酸依替米星。收载的氨基糖苷类药物主要都采用HPLC-ELSD法。硫酸依替米星是我国自主研发的一种半合成氨基糖苷类抗菌药物，也是ChP 2020年版唯一一个采用离子色谱法安培检测器控制的品种。有关物质方法与含量测定方法均一致，为采用C18色谱柱，以0.2molL-1三氟醋酸溶液[含0.05%五氟丙酸、1.5gL-1无水硫酸钠、0.8%（V/V）的50%氢氧化钠溶液、用50%氢氧化钠溶液调节pH值至3.5]-乙腈（96:4）为流动相，四电位检测，柱后加碱（50%氢氧化钠溶液1→25），柱后流速为0.5mLmin-1。（2）国外药典美国药典USP25-NF20首次采用高容量的三乙胺阴离子交换色谱柱，以氢氧化钠为淋洗液测定了阿米卡星（包括硫酸阿米卡星及阿米卡星注射液）、卡那霉素（包括硫酸卡那霉素、卡那霉素注射液及硫酸卡那霉素胶囊）的含量。随后，USP27-NF22开始采用耐强酸、强碱和高浓度盐的聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物填料色谱柱代替传统的阴离子交换柱，并首次用四电位取代三电位测定了硫酸链霉素原料、硫酸链霉素注射液及注射用硫酸链霉素的含量。随着离子色谱不断发展，USP37-NF32及之后的版本用十八烷基键合硅胶代替了聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物色谱柱，流动相以烷基化有机酸如三氟乙酸、五氟丙酸等作为离子对试剂测定庆大霉素原料的组分。该方法采用柱后加碱的模式，较美国药典常用的氢氧化钠淋洗液体系更能避免空气中二氧化碳的影响，分析系统更稳定。BP从2002年版、EP从4.0版开始收载了硫酸新霉素的离子色谱方法，方法采用柱后加减模式测定了硫酸新霉素原料的有关物质。随后，BP2003年版、EP5.0版及之后的版本陆续将离子色谱法应用于奈替米星、妥布霉素、庆大霉素、大观霉素及阿米卡星等品种。方法的共同特点为采用耐强酸碱的聚苯乙烯-二乙烯基苯柱或耐酸的C18柱，以烷基磺酸盐或三氟乙酸等离子对试剂作为流动相，与氨基糖苷类药物形成离子对增强其保留，再加入少量的有机改进剂改善分离，三电位检测。直到BP2007年版、EP6.0版开始陆续采用更为普及的辛烷基键合硅胶或十八烷基键合硅胶色谱柱测定了盐酸大观霉素、硫酸庆大霉素、阿米卡星与硫酸阿米卡星等。其中从BP2011年版、EP7.0版开始，硫酸庆大霉素有关物质与组分方法中，流动相由烷基磺酸盐体系变更为三氟乙酸-五氟丙酸体系，减少了流动相中的盐在金电极表面沉积并使检测信号更稳定。发展趋势与展望中国药典是药品研制、生产、经营、使用和监督管理等均应遵循的法定依据，是我国保证药品质量的法典。中国药典具有使用范围广，权威性强的特点，因此其收载的质量标准应具有操作性强、重现性好、耐用性好、成本适中等特点。目前中国药典中采用离子色谱安培检测法测定的品种仅硫酸依替米星一个，而国外药典多采用安培检测法测定氨基糖苷类药物。离子色谱安培检测法在中国药典中发展缓慢的原因主要有2点：一是国内外离子色谱仪的普及率不同。国内制药企业规模参差不齐，离子色谱仪价格较高，仅一些规模较大的企业采购了离子色谱仪；而国外制药企业规模通常较大，大多有条件购买价格昂贵的仪器。二是国内外离子色谱仪使用情况不同。国内使用离子色谱电导检测比较多，而国外电导检测与安培检测发展基本持平。由于离子色谱安培检测器在分析无紫外吸收或紫外吸收较弱的药物方面具有一定的优势，无需衍生化可直接检测，灵敏度高、选择性好，具有一定的发展前景。而且目前国产离子色谱仪蓬勃发展，日趋成熟与稳定，为今后离子色谱在药物分析方面提供了更多的技术支持和选择性。但相关离子色谱生产企业也需解决操作过程中仪器存在的一些问题，如提高仪器的重复性和易操作性，使离子色谱在今后的应用更加深入和广泛。本文作者：李茜，王立萍，刘英*（河南省药品医疗器械检验院，郑州，450018）作者简介：李茜，女，副主任药师 研究方向：抗生素质量分析与质量控制*通讯作者：刘英，女，主任药师 研究方向：抗生素质量分析与质量控制

近期，北京大学前沿交叉学科研究院执行院长、定量生物学中心主任汤超院士在《当代科技史》系列课程上讲授《当代科技史——生命科学革命》，本文撷取精辟论断，纵览生命科学革命，窥看自然奥秘。　北京大学前沿交叉学科研究院执行院长、定量生物学中心主任汤超院士　　生命科学革命已经发生了两次，目前是第三次，讲生命科学革命前，我们先谈谈科学革命。科学革命、学科交叉、技术进步，这三个方面互相有很深的关系和影响，它们互相联系、互相促进。　　一、16-17世纪的科学革命　　这是一次标准的科学革命，也是第一次科学革命，也是现代科学的诞生。这发生在16—17世纪，大概在这一两百年时间里井喷式地发生了很多事情，所以叫革命。　　下面列出了这些具有代表性的革命事件：　　• 尼古拉斯哥白尼，1543年出版了《天体运行论》，提出了日心说理论。　　• 安德烈维赛留斯，1543年出版了《人体构造》，解释了血液在人体内循环的过程，还从解剖尸体组装了第一副人类骨架。　　• 威廉吉尔伯特，1600年出版了《论磁石》是物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。　　• 第谷布拉赫，对16世纪末期所认知的星体进行了详细并且准确的观测，为开普勒的研究提供了基本数据。　　• 弗兰西斯培根，企图通过分析和确定科学的一般方法和表明其应用方式，给予新科学运动以发展的动力和方向。　　• 伽利略伽利莱，改进了望远镜，并对金星和木星的卫星进行了准确的观测，于1610年发表观测结果。通过理论分析与实验推翻了被奉为圭臬的亚里士多德的力学体系并建立了近代力学。　　• 约翰内斯开普勒，1609年发表了关于行星运动的两条定律，1618年发现了第三条定律，就是后来被称为“开普勒定律”的行星三大定律，说明了行星围绕太阳旋转的理论。　　• 威廉哈维，通过解剖等手段展示了血液的循环。　　• 勒奈笛卡尔，是演绎推理的先驱，1637年出版了《方法论》。　　• 安东范列文霍克，建造了高清晰度的单显微镜，研究了毛细管循环和肌肉纤维。他观察了血球、精子与细菌，并绘出了它们的形象。於1683年发现了细菌。　　• 艾萨克牛顿，1687年7月5日发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。　　以天文学为例，这些故事的背后发生了什么?它们为什么在这个时候发生?这可能是值得思考的问题。　　1. “地心说”——一个“很有道理”的旧理论　　以前可能我们每一个民族的各个国家的人都喜欢观测自然，观测自然的主要活动之一就是看星星，那时候也没有电，也没有手机，大家晚上只能看星星，看了星星就想解释它，所以这是最早科学的雏形，看到一个自然现象想来解释。当时最好的解释是托勒密的《地心说》，托勒密是一个大科学家，科学不是说是对还是错，科学是说我要去解释自然界的现象，然后一步步推进，他当时做的模型非常精密，可以解释他当时观测到的几乎所有行星运动的现象，但是因为确实行星运动不是以地球为中心，而是以太阳为中心，所以他的解释必须把他的模型做很多的修正微调，假如地球是中心的话，行星围着地球转，你就不能解释看到行星往后退的现象，他就说围绕地球转有两个轮，一个均轮一个本轮，一个大圆一个小圆，每一个行星都有一个大圆有一个小圆，大圆有一个半径，小圆也有一个半径，大圆有一个周期，小圆也有一个周期，所以每个行星都有自己的一套参数。但是如果地球真是中心的话，还是有问题，后来他又做了进一步修正，认为在地球对称的这个地方是中心。总之他是很严密的一个科学家，他花了很多时间把他的模型做得越来越精确，他的“地心说模型”统治了近两千年。　　　　托勒密与他的“地心说模型”　　2. 日心说——一个革命性的新观点　　到了哥白尼，他提出革命性的观点，他说“地心说”太复杂了，他完全从美学的角度，一个对称的角度说太阳可能是中心。　　哥白尼与他的“日心说模型”　　但是他提出太阳是中心，其实并不能比“地心说”解释更多的当时的实验观测到的数据，为什么呢?第一，现在我们都知道所有这些行星轨道其实也不是圆的，而是椭圆 更重要的是，第二，当时的观测仪器还不能精确到证明哥白尼对还是托勒密对，很多时候我们只能看一个大概，所以当时的模型还不足以推翻“地心说”，但是他确实提出了革命性的观点。　　3. 数据的积累——用更精密的仪器做更准确的测量　　到了第谷，他是一个丹麦天文学家，一个大英雄，丹麦皇家给了他一座岛，大概是北大的四分之一那么大，专门用于观测天象，整个岛布满有各种各样的仪器，他的浑天仪做的很好，收集了很多很精确的数据，十几年二十几年一直在观测，收集了大量的数据，而且非常的精确。　　第谷与他的天文观测岛(上)，火星观测数据和浑天仪(下)　　然后发现“地心说”不对，但是他摆脱不了“地心说”的观念，他提出一个模型，说地球还是中心，然后月亮围着地球转，太阳也围着地球转，但是所有其他的行星围着太阳转。把它这个结合一下，他这个比纯“地心说”可以多解释一些东西，但还是不能完全解释(Better observation itself does not automatically lead to better understanding)。　　第谷的“新地心说模型”　　但是他还是很了不起，他收集了大量的数据，为后面的开普勒定律、牛顿定律奠定了很好的基础，没有他的这些仪器观测，也就没有后面的革命，所以说技术的进步很重要，这时候的技术进步虽然很简单，你甚至可能觉得这些都不算什么高技术，但是当时是一个很先进的进步，所以技术进步往往是科学革命的前列。　　4. 新工具发现新现象　　来到伽利略，望远镜不是他发明的，但是他把望远镜改造了一下，然后来看行星的运动，他发现两个事情，和“地心说”不太符。一个是他看到木星也有卫星，那说明地球就不特殊了。他还看到金星有时候亮一点有时候暗一点，和月亮一样有阴晴圆缺。　　伽利略改进望远镜观察到木星的卫星和金星的相位变化　　5. 定量规律的发现　　前面说第谷有两大功绩，第一个就是他造了很好的浑天仪，收集了大量的数据 第二个是他收了开普勒做助手，开普勒从小对天文非常感兴趣，他当时就知道第谷有很多数据就想跟他去做，据说两个人关系很不好，第谷让他去研究火星。火星数据非常多，但是火星我们知道椭圆性是最大的，假设火星轨道是一个圆而且围着地球转，大概是下面的轨迹：　　以“地心说”为基础描述的火星轨道　　第谷觉得不可能搞清楚，他和开普勒说你就研究火星吧，开普勒自己也收集了很多火星的数据。以前一直觉得每一个行星都有自己的运动规律，现在开普勒说不是，所有的行星满足同样的规律，所有的行星都在椭圆形轨道上围绕太阳转，太阳在一个焦点上，这个普适性就出来了，这是他的第一个定律。第二定律是定量，就是说行星运动的时候，单位时间走的面积相同，比如说走一天，离太阳近的时候就走的快，离太阳远的时候走的慢，所以面积是一样的。　　　开普勒第二定律　　第三个定律是十五年以后找到的，就是这个行星运动周期的平方与长轴这个半径的立方成正比。这个三个定律看上去非常简单，但是他把行星运动全部统一起来了，其实没有那么多很复杂的，就是几个简单的规律就可以解释，开普勒是非常了不起的。所以从技术的进步到大量的精确数据，到总结一些现象的规律，最后到科学革命的完成。最后科学革命的完成，总是要有人集大成。　　6. 普适性原理的发现　　牛顿看到开普勒的三个定律觉得很有意思，为什么有开普勒三个定律，后面有没有更简单的更普适的解释，牛顿说其实是有的，受到的启发是不是被苹果砸的不知道，但是有一点是确定的，当时伦敦正在闹瘟疫，剑桥也关门了，他回家在他自己后院里边待了半年，可能还更长时间，学校关了，他没事可干，整天想这些东西，所以说英国不闹瘟疫，他可能也不会想这么快。他说其实那三个定律有原因的，为什么呢?是因为有万有引力，太阳拉着地球，或者拉着火星，互相拉，这是引力，这个引力和两个物体的质量成正比，和距离平方成反比，这是看不见的万有引力。另一个方面，力是质量乘加速度，把这两个连起来就可以推导出开普勒三个定律，开普勒三个定律是牛顿的更普适定律的一个表现，是在一个体系里的一个特殊结果。　　牛顿与他的普适性原理　　牛顿不光把开普勒三个定律做了解释，找到了更下一步的原因，还把这个推广到整个宇宙，所有的力学，不光行星运动满足牛顿的这些普适规律，所有宇宙里力学运动全都满足这个规律，这非常了不起，是非常大的进步。还有他为了把这些东西能够推出三个定律，行星轨道是一个椭圆，椭圆你看这个万有引力随着半径平方成反比，所以这个万有引力时小时大，一个加速度也是时小时大，所以不是匀速的，所以就要找到瞬时速度的概念，瞬时加速度的概念，在你瞬间那个速度多快，所以他发明了微积分。他不光找到了基本规律，还把基本规律的数学语言找到了，一个科学革命，最终要伴随数学语言，牛顿力学的数学语言就是微积分。　　第一次科学革命的总结　　我们总结一下天文学革命，也就是经典物理学的革命，第一次科学革命，最伟大的一次科学革命。　　　　科学革命的一般过程　　它大概是一个什么程序，首先是观测数据积累，这可能是很长很长的时间，上千年，至少从托勒密到科学革命有一千多年，然后不断有一些初步的、表面的、唯像的理论，比如托勒密的“地心说”，然后到技术进步，产生更大量更精确的数据，就发现原有模型不太对，就出现一些定量的规律开普勒三定律，解释了这些更大量更精确的数据，如果这一步做的对的话，就可能产生普适的原理，把这个进一步推广，就伴随着数学语言的一个发展。所有的科学革命，不管它是基础的还是需求推动的，最后基本上都会导致很大的应用，工程应用、设计制造、改造自然。有了牛顿力学可以发射卫星，飞机可以飞等等，整个革命改变了我们人类。　　二、科学革命对人类文明的影响　　科学革命之后，人类的思维彻底改变，把自然当成可以用科学来理解的东西，有定量规律的东西，一百年发生了工业革命(1750-1850)，到后来产生蒸汽机、纺织机、火车… … 大家都觉得有规律可循，所以研制这些蒸汽机后又诞生了热力学。　　下面显示的是世界人均GDP：　　公元1年到公元2003年的世界人均GDP　　从公元零年一直到差不多现在，这个中间有些年因为数据不全，所以没画，在工业革命之前世界人均GDP基本上是常数，人口有时候多有时候少，打仗、瘟疫就少一些，太平时就多一些，但人均GDP不变。科学革命和工业革命之后大概就是指数型的增长，到现在还是指数型的增长。所以可以看出科学革命的重要性，对整个工业革命是怎么推动的，而且科学革命之后就有很多革命，电气革命(第二次工业革命)，以及我们比较熟悉的信息革命，你们就诞生在信息革命的时代。从第一台数字电脑，一直到我们现在iPhone、互联网，大家可能都觉得是应用性革命，确实有强大的应用的需求和市场推动，但也是多学科交叉在起作用，而且很重要的有物理学理论在做基础，没有物理学的基础理论这些信息革命是不可能的，还有其他的科学，我给大家说两个例子。　　1.信息革命背后的科学——电动力学　　第一是电动力学，电动力学的这个诞生也是很有意思，我们的古人很早就知道有电，闪电，干燥的时候手会打电，我们有时候冬天的时候不敢去碰门把手，会打电。磁的概念我们祖先两千多年前就发明了指南针。　　　古人很早就知道的电和磁的现象　　这么早就知道有电有磁，为什么要等到一千多年以后，科学革命再后面一点，才有人总结出定量的东西，是不是科学革命忽然把大家脑袋打开了，然后集中发现了安培定律，法拉第定律，电生磁磁生电现象等。而且非常定量，通过导线的电流强度与其产生的磁场强度成正比，看上去很简单，但是它非常普适，中国是这样，法国是这样，月亮上也是这样。法拉第在1831年首次演示电磁感应，电和磁可以互相转换，一个电磁铁上的线圈通过电流，有线圈就有磁。　　　安培的“电生磁”和法拉利的“磁生电”现象　　这就相当于我们前面讲的天文学革命里边的开普勒定律，很简单，但是它总结了一个非常定量的规律，然后没有多少年，麦克斯韦把安培和法拉第这些简单的定律统一起来，写了四个方程，非常天才的把它统一起来了，他说这些电磁现象都是这四个方程的解，有点像说你开普勒三定律都是我牛顿方程的解，都是我这个普适理论的一个表现。所以我这个方程不光可以解释你的现象，还可以解释一些新的现象，这个方程确实它的影响是巨大的，把这个方程一解就发现，电和磁可以有电磁波，电磁波可以在没有电线的情况下，真空里面什么都没有介质的情况下传播。　　　　麦克斯韦方程组(Maxwell' s equations)　　大家突然就觉得视野开阔了，一个东西在这边捣鼓电磁波就可以传过去，然后赫兹很快就首先证明了电磁波确实存在，他读博士的时候，他的导师是很有名的亥姆霍兹，就让他去证实电磁波的存在，但他没弄出来，他觉得太难了，但是他毕业以后继续弄，发现电磁波确实存在。　　　　赫兹于1887年首次证实电磁波的存在　　那电磁波意味着什么?我们所有的无线电通讯，手机、电视、无线通讯都是靠电磁波传的，整个改写了人类通讯历史，没有当时这些看起来没有用的东西打下的基础，现在的信息革命是不可能的，我们也不可能成天使用手机、互联网。　　2.信息革命背后的科学——量子力学　　第二个是量子力学，没有量子力学也不可能把芯片做出来，也没有半导体的概念，也没有集成电路… … 有了量子力学才知道这些东西可以来做电路的一些基本元件。量子力学的诞生也是因为大家在做一些非常“无用”的东西，所以很多时候一个突破性的概念的产生，都是因为好奇心，然后当时觉得没有什么用，就是好奇就去做。　　　量子力学发现的英雄们　　量子力学有很多英雄，就不一一说了，开始也是不理解一些现象，比如光电效应，黑体辐射，太阳的光谱，与经典物理算起来结果不一样。当时一些物理学家非常失望，牛顿之后还有波尔兹曼统计物理、热力学，加上麦克斯韦的电磁理论，物理学家已经觉得物理把整个世界都搞清楚了。现在发现一些东西完全不可理解。在理解这些现象的过程中，诞生了量子力学。量子力学给我们今天的人类文明的很多东西都打下了基础，包括我们计算机芯片、半导体、激光、超导，到现在的量子通讯、量子计算等等，所以信息革命后面是非常基本的一些基础研究，而且这个基础研究不是由目的性带来的，它是由好奇心带来的。　　三、交叉的产物——生命科学的前两次革命　　这第一次生命科学革命不到100年，大约在70年前。当时有一批物理学家、化学家进入到生命科学领域，想搞清楚基因的物质基础，基因到底是什么。基因是分子?还是结构?还是什么东西?这是在思路上带给生命科学的，第二个是在方法上，把大量的工具带进生命科学，X射线、核磁共振、电子显微镜、离心机等等，这一革命的标志性的成果就是沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，就是用X射线照出来的，没有X射线他们也发现不了。　　第一次生命科学革命以1953年沃森和克里克发现DNA双螺旋结构为标志　　第二次生命科学革命大概是上世纪末九十年代开始的基因组学，也就是我们现在说的测序，基因组学是数学和计算机科学与生命科学的交叉。　　这两次革命之后，生命科学是什么状态呢?为什么还要有第三次革命呢?　　假如我们把生命体比作一辆汽车的话，分子生物学革命就把这个汽车零部件搞的越来越清楚了，有方向盘、刹车、油门，就是我们很多基因很多蛋白搞的越来越清楚，蛋白质结构都可以用X射线解出来，长的什么样子，我们都知道。基因组学革命就让我们得到了这个汽车的说明书，就是我们的基因组，所有的信息都在说明书里边，但是我们基本上看不懂。大概知道方向盘在第几页，这一段基因对应这个蛋白。至于这个汽车是怎么组装起来的，为什么能跑起来，能跑多快，能跑多久，我们不知道。坏了怎么修，里边有哪些原理性东西，哪些是普适的规律，哪些是特殊的，这些基本上都不知道，所以生命科学现在是处在一个大革命的前夜。　　美国科学院在2009年出了一部纲领性文件，文件题目叫《二十一世纪的新生物学》。美国科学院认为在二十一世纪会产生全新的生物学，这个全新的生物学就标志着生命科学的第三次革命。　　　2009年美国科学院发布的《21世纪的新生物学》　　上图右侧是他们总结的图，它有很多很多的根，生物学只是其中的一部分，物理、化学、计算机、工程、数学甚至包括科学教育。全部在一起交叉融合。新生物学和原生物学有什么不一样呢，它可以对生物系统有更深的了解，比如了解汽车它是怎么跑起来，怎么装起来，有什么控制原理，然后也许就可以预测。生命可以预测太不可思议了，而且可以定量的分析，就像工程一样。当然就需要把生命系统原理搞清楚，所以生命科学就从一个观察性定性的科学，到一个定量可预测的科学转变，这当然肯定会对世界产生很深远的影响，他们举了四个方面的例子：健康、环境、能源、食品。　　生命科学是不是生命科学本身的事，不是，每个学科都忙活起来了，美国科学院凝聚态与材料物理委员会2010年出了一个报告——《下一个十年的六大挑战》。这个六个问题有三个和生命科学相关，第三个直接就是“什么是生命的物理?”。我们知道什么是行星的物理——牛顿力学 什么是蒸汽机的物理——热力学 什么是通讯的物理——电动力学 什么是计算机硬件的物理——量子力学 什么是生命的物理——我不知道。应该有，因为生命现象也是一个自然现象，有自然现象就应该有规律，也许你就可以把它总结出来，物理学家总结出来就叫生命的物理。　　四、生物学和物理学如何交叉?　　生物学和物理学好像根本连不上，怎么可能会交叉呢?更别说融合。　　生物都是物种、细胞、基因、蛋白，都是很多事实在那，而且很不一样，都是描述性的观察性的，要记很多事实。物理是反过来的，就是几个公式，非常简单，然后那些事实都不管，都可以在公式里推出来，一个是极端的观察性的一个是极端的抽象性的，它们之间怎么会有关系。　　　　生物学与物理学的两个极端　　1.飞行中的流体力学　　举一些例子，如果把地球上所有带翅膀的东西找出来，能飞的带翅膀的，小到蜻蜓大到波音747，然后你画横轴是它的质量或者是重量，纵轴是它的飞行速度。　　　飞行中的规律性　　他们都在这条线上，万变不离其宗，不管是大自然进化出来的还是我们人造的，非常有规律，是不是有点像开普勒三定律中的一个。单独每个看它很特殊，但是我们用很简单的线全连起来。你要能飞的话要有升力，这个升力和翅膀面积成正比，和飞行的速度平方成正比，重量和你的体积成正比，然后面积和体积大概有这样一个关系，你把这些个方程一连立，你飞的速度必须和重量六分之一成正比，否则你飞不上去，就是非常简单的一个定律，把所有能飞的东西全部都给统一起来，所有能飞的都必须满足这规律，无论是人造的还是大自然演化出来的。　　2.植物中的数学　　植物有很多很漂亮的形状，不光是植物还有海螺贝壳等等。松子、菠萝、向日葵，是不是有很多一圈一圈的，一圈一圈可以往一边转，可以数这边转多少圈那边转有多少圈，你数以后发现，对这个向日葵来说往这边转的是21个，那边34个。　　植物中的斐波那契数列　　松子数一下，菠萝数一下，就发现几乎所有的，往两个方向转的圈数都是这个序列的相邻两个数，5、8、13、21、34等。这个序列是300年前，意大利的数学家斐波那契造出来的，这个序列非常简单，第一个是1，第二个是1，后边是前边两个的和，1+1=2，1+2=3，3+5=8，5+8=13… … 。这个序列还有一个神奇的性质，它相邻两个数的比值，13：8、21：13、34：21、… … ，它趋于黄金分割。黄金分割是最漂亮的比例是不是?为什么这些植物里边有这么漂亮的数学，有一些解释，我们知道一些，还有一些不知道。　　3.细胞中的微分几何　　你们看细胞中一片一片的，叫内质网，内质网是折叠某些特殊蛋白的。大概在2013年以前，大家都不知道它的结构具体是什么样子，到2013年生物学家和物理学家合作，用电子显微镜把这个结构解出来了(下图中)。　　　细胞中的内质网呈现螺旋面结构　　像不像停车场?停车场为什么要设计成这个样子呢?因为它要停尽可能多的车，因为它要连通，要能开上去开下来，这个内质网的功能和停车场的功能几乎一模一样，要停尽量多的核糖体，把蛋白质折叠在里边，两层膜中间有一个内部的环境，内部要一样的环境，它必须连通，停尽量多的核糖体在上面，而且要在三维空间中尽量节省空间，如果你做一个模型优化这些功能上的要求，结果就是这个样子。数学家在几百年前就想象出这个东西，叫“螺旋面”(Meusnier, 1776)，是微分几何的前身。这个数学家想这个螺旋面的时候可没想这么多，但是我们造停车场也是按“螺旋面”的设计，细胞进化也是螺旋面的设计。　　4. 真菌的枪炮　　　　可以发射孢子的克莱因水玉霉　　生命体系非常神奇，进化出了很多东西，它们甚至进化出了枪炮，克莱因水玉霉只有一个毫米这么大，它可以用火箭一样的原理把上面的孢子发射到很远的地方，到2.5米开外，发射的时候加速度和手枪一样大。　　5.鸟群运动的临界现象　　　　鸟群里的“临界现象”　　有一些特殊的鸟群，鱼群也是这样经常“跳舞”，它们怎么能够跳的这么好，没人指挥它们，其实有一个很有意思的统计物理在里边，周围伙伴怎么做，它也怎么做，于是就有了整体运动，这个整体运动有很特别的性质，叫作临界性，对外界来的威胁反映非常快，转变队形非常快，有一个老鹰来了鸟群前后都能马上作出反应，所以这是鸟群里边的物理。

核糖核苷酸是RNA的基本单位，它们会在DNA复制和修复过程中嵌入基因组DNA，进而影响基因组的稳定性。然而，迄今为止人们还无法鉴定和定位这些插入DNA的核糖核苷酸。 　　为此，乔治亚理工学院和科罗拉多大学的科学家们开发了一种新测序技术，Ribose-seq。该技术可以鉴定和分析插入基因组DNA的核糖核苷酸，适用于包括人类在内的多种生物。这一成果发表在一月二十六日的Nature Methods杂志上。 　　研究人员利用这一技术在酿酒酵母的细胞核和线粒体DNA中，绘制了核糖核苷酸的完全图谱，鉴定了核糖核苷酸插入的&ldquo 热点&rdquo 区域。研究显示，核糖核苷酸嵌入很普遍但并不是随机发生的。 　　&ldquo 核糖核苷酸是DNA中丰度最高的非标准核苷酸，但迄今为止人们还无法确定它们的位置和类别，&rdquo 乔治亚理工学院的副教授Francesca Storici说，他与科罗拉多大学的助理教授Jay Hesselberth共同领导了这项研究。&ldquo 核糖核苷酸插入会改变DNA的结构和功能。&rdquo 　　核糖核苷酸里的羟基(OH)能使DNA发生扭曲，形成敏感性位点。值得注意的是，OH和碱性溶液之间的反应，会让DNA更容易被切割。Ribose-seq就是利用这一反应来检测核糖核苷酸插入事件的。 　　研究人员先在核糖核苷酸处切割DNA，然后在此基础上构建DNA文库，文库中的DNA序列包含核糖核苷酸插入位点及其上游序列。随后，他们对文库进行高通量测序，将测序读取与参考基因组进行比对，最终获得rNMP插入事件的基因组图谱。 　　&ldquo Ribose-seq能够特异性直接捕捉嵌入DNA的核糖核苷酸，&rdquo Storici指出。&ldquo 这一技术适用于任何基因组DNA(从细胞核基因组、质粒DNA到线粒体DNA)，不需要进行标准化。Ribose-seq还可以在DNA遭遇环境压力发生断裂和脱碱基时分析rNMP。&rdquo 　　核糖核苷酸里的羟基是ribose-seq的关键，&ldquo OH是核糖核苷酸特有的&rdquo 文章的第一作者Kyung Duk Koh说。 　　研究人员在酿酒酵母中对这一方法进行了验证。&ldquo 不论是核糖核苷酸的插入位点，还是核糖核苷酸的组成都存在偏好，&rdquo Koh说。&ldquo 我们找到了核糖核苷酸插入基因组的一些热点。&rdquo 人们可以在此基础上鉴定不稳定的基因组区域，理解它们对DNA性能和活性的影响。 　　下一步，研究人员将把ribose-seq用于其它DNA，&ldquo 这一技术可以用于任何生物的任何细胞类型，只要能提取出基因组DNA，&rdquo Koh说。 　　除了DNA修复和复制以外，药物、环境压力和其它因子造成的损伤也会使核糖核苷酸插入DNA。而Ribose-seq可以帮助人们研究这些过程产生的影响。 　　&ldquo Ribose-seq能让我们更好的理解核糖核苷酸对DNA结构和功能的影响，&rdquo Storici说。&ldquo 鉴定特征性的核糖核苷酸插入，可以找到人类疾病的新生物学指标，比如癌症和退行性疾病。&rdquo 　　原文检索： 　　Ribose-seq: global mapping of ribonucleotides embedded in genomic DNA

退火——在冶金学中很常见——将金属或合金加热到设定温度，保持该温度，然后将金属冷却到室温，以改善材料的物理性质，有时还改善材料的化学性质。退火材料倾向于采用同质状态并容易组装成三维 (3D) 或二维 (2D) 晶体。人们可以通过原子力显微镜 (AFM)、X 射线衍射 (XRD) 或电子显微镜 (EM) 轻松地观察到这种规则堆积。退火是否对生物大分子，尤其是蛋白质表现出类似的影响，是一个迷人的科学问题。2022年2月22日，上海科技大学沈庆涛研究员团队等在PNAS发表题为Annealing synchronizes the 70S ribosome into a minimum-energy conformation的研究论文，将退火技术引入冷冻电镜解析蛋白质结构，在模拟退火中引入了一个类似的概念，以预测生物大分子的最小能量构象。通过实验验证，在自由能分析中，以快速冷却速率退火可以将 70 S核糖体同步到具有最小能量的非旋转状态。此结果不仅提供了一种简单而可靠的方法来稳定蛋白质以进行高分辨率结构分析，而且有助于理解蛋白质折叠和温度适应。与金属和有机聚合物不同，蛋白质和蛋白质复合物通常是由化学上不同的亚基以不同的几何形状结合在一起的离散实体。这种显着的结构异质性阻碍了通过 AFM 或 XRD 直接确定结构。相比之下，cryo-EM 分辨率的最新进展为在单分子水平上获得高分辨率蛋白质结构提供了绝佳机会。通过使用冷冻电镜比较退火前后的详细结构，可以获得退火影响蛋白质构象的直接实验证据。退火提高了局部分辨率研究中，选择来自大肠杆菌的载脂蛋白状态 70 S核糖体作为模型，其中 30 S亚基经历热驱动的亚基间旋转并表现出显着的结构灵活性以及明显的自由能。在 0°C 下将纯化的脱基态 70 S核糖体培养 5 分钟，然后立即将核糖体快速冷冻以进行低温 EM 分析，这可能保留了与玻璃化之前相同的构象（描绘为未退火状态）。筛选了收集到的 70 S核糖体颗粒通过 2D 和 3D 分类丢弃明显的垃圾和拆卸的核糖体。根据金标准傅里叶壳相关性，从 200,000 个随机选择的粒子中重建得到最终分辨率为 2.6 Å 的结构。由于缺乏稳定因素，例如信使 (mRNA) 和转移 RNA (tRNA)，对未退火的 70 S核糖体的局部分辨率估计表明，在 2.6 至 7.2 埃范围内的整个密度图上存在可变分辨率（图 1A )。相对于 50 S亚基，30 S亚基——尤其是它的头部结构域——没有得到很好的解析，这在其他脱辅基态核糖体中很常见。图1 退火提高了 70 S核糖体的局部分辨率为了量化不同区域的分辨率变化，通过平均选定区域内的局部分辨率值来计算局部分辨率。分析表明，50 S亚基的平均局部分辨率为 3.1 Å，而 30 S亚基的分辨率要低得多——只有 5.2 Å。此外，30 S头域的分辨率更低——平均分辨率为 6.1 Å（图 1 B ）。50 S和 30 S亚基之间的亚基间棘轮是分辨率差的主要原因；30 S的亚基内漩涡亚基是次要的，这会降低头部域的分辨率。为简单起见，使用 30 S亚基的局部分辨率作为标记来监测退火对 70 S核糖体的影响。未退火的、加热的和退火的核糖体结构变化退火使柔性区域稳定退火诱导的分辨率改善在整个 70 S核糖体中并不均匀。相对于 30 S亚基的 1.5-Å 分辨率提高，良好分辨的 50 S亚基在退火后仅提高了 0.3 Å（即从 3.1 Å 值到 2.8 Å 值）（图 1 B ） . 因此，退火对具有更大结构灵活性的低分辨率区域特别有益。为了进一步验证这一推论，我们对未退火和退火 70 S之间相同子区域的平均局部分辨率进行了综合统计分析核糖体。例如，退火将不同区域的平均局部分辨率提高到 0.1、0.6、0.8、1.2 和 2.0 Å 的水平；未退火核糖体中相应区域的局部分辨率范围为 2.5 至 3.0、3.0 至 3.5、4.0 至 4.5、5.0 至 5.5 和 5.5 至 6.0 Å（图 2 A ） 。指数曲线与数据非常吻合，表明未退火的 70 S核糖体具有更大的灵活性，对应于退火后局部分辨率的更大提高。图 2 退火稳定了 70 S核糖体的柔性区域讨论不限于金属、合金或半导体，我们通过实验证明退火还可以使 70 S核糖体同步到具有窄构象分布的最小能量状态（图 3）。核糖体/核小体的结晶具有类似退火的处理，其中研究人员通常将核糖体/核小体加热到 37 °C 和 55 °C 之间，然后将它们降低到室温 (19 °C)。对 70 S核糖体进行严格退火以进行结晶将有助于探索退火对70 S核糖体的物理和化学影响，如在冶金学中。除了 70 S核糖体，在其他生物大分子上退火，特别是那些具有动态结构的大分子，将有助于验证该方法的普遍性。图3 模型说明退火可以使核糖体同步到最小能量状态并提高局部分辨率。显示了自由能曲线（实线）和粒子分布概率（浅绿色峰）。结构灵活性虽然对蛋白质功能至关重要，但阻碍了研究人员应用结构研究在分子水平上阐明功能的能力。持续的努力——例如关键残基的突变，引入额外的二硫键，添加抗体/结合蛋白 ，或在溶液中或甘油内交联/葡萄糖梯度——对于优化样品以提高结构稳定性很有用。然而，这样的努力耗时且缺乏明确的方向，最终的结构仅限于固定状态，有时甚至会在额外的操作后发生扭曲。退火——适当加热和冷却的组合——对蛋白质没有破坏性，是一种简便而可靠的高分辨率冷冻电镜方法。有趣的是，与通过戊二醛交联的 70 S核糖体相比，退火提高了 50 S和 30 S亚基的局部分辨率。研究人员还尝试通过在低温 EM 图像处理期间对柔性区域进行局部细化来提高局部分辨率。我们对未退火和退火核糖体的灵活 30 S亚基进行了局部改进。在局部细化后，未退火核糖体的 30 S亚基的平均局部分辨率提高了 ~1 Å，达到 4.2 Å。与通过退火提高分辨率不同，局部细化本身仍然导致 30 S亚基头部域的平均分辨率不足 5.5 Å 。显然，退火和局部细化通过不同的机制提高了局部分辨率。退火可以将生物大分子驱动到最小能量状态，并且无论区域大小如何，都可以全局提高整个地图的分辨率。作为对照，局部细化在算法级别上起作用，并且仅适用于大小合理的区域。当我们对退火核糖体应用局部细化时，30 S亚基的主体和头部结构域分别提高到 2.9 和 3.9 Å。这表明退火与柔性区域的局部细化兼容，并且可以进一步优化局部分辨率以进行详细的结构分析。可以使用退火将蛋白质同步到最低能量状态，这可能有利于许多单分子方法，例如光镊和单分子荧光共振能量转移 。人们还可以使用退火来研究温度适应和蛋白质折叠，并促进分子动力学模拟中的算法开发。因此，研究人员应彻底研究退火机制并进一步优化退火条件以提高分辨率。本研究由国家重点研发计划项目2017YFA0504800（Q.-TS）、2021YFF1200403（Q.-TS）和2018YFC1406700（Q.-TS）和国家自然科学基金项目31870743（Q. .-TS）等支持。论文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2111231119#sec-6

2009年诺贝尔化学奖揭晓 美以三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖 Venkatraman Ramakrishnan Thomas A. Steitz Ada E. Yonath 　　北京时间10月7日下午5点45分，2009年诺贝尔化学奖揭晓，美以三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖。这三位科学家为美国的Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz及以色列的Ada E. Yonath。 　　Venkatraman Ramakrishnan，1952年出生于印度的Chidambaram，美国公民。1976年从美国俄亥俄大学获得物理学博士学位。现为英国剑桥MRC分子生物学实验室结构研究部资深科学家和团队领导人。Thomas A. Steitz，1940年出生于美国密尔沃基市，美国公民。1966年从哈佛大学获得分子生物学与生物化学博士学位。现为耶鲁大学分子生物物理学和生物化学教授(Sterling Professor)及霍华德• 休斯医学研究所研究人员。Ada E. Yonath，1939年出生于以色列耶路撒冷，以色列公民。1968年从以色列魏茨曼科学研究所获得X射线结晶学博士学位。现为魏茨曼科学研究所结构生物学教授及生物分子结构与装配研究中心主任。 　　今年的诺贝尔化学奖奖金为1000万瑞典克朗，三位科学家将各获得三分之一的奖金。 　　2009年诺贝尔化学奖奖励的是对生命一个核心过程的研究——核糖体将DNA信息“翻译”成生命。核糖体制造蛋白质，控制着所有活有机体内的化学。因为核糖体对于生命至关重要，所以它们也是新抗生素的一个主要靶标。 　　今年的诺贝尔化学奖奖励Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz和Ada E. Yonath这三位科学家，他们在原子水平上显示了核糖体的形态和功能。三位科学家利用X射线结晶学技术标出了构成核糖体的无数个原子每个所在的位置。 　　在所有有机体的每个细胞内都存在DNA分子，它们包含的蓝图决定着一个人、一棵植物或一个细菌的外形和功能。但是DNA分子是被动的，如果没有其他东西存在，就不会有生命。 　　这些蓝图通过核糖体的作用被转变成活物质。依据DNA内的信息，核糖体制造蛋白质——运输氧的血红蛋白、免疫系统的抗体、胰岛素等激素、皮肤胶原质或分解糖的酶等。身体内存在成千上万种蛋白质，各自具有不同的形态和功能。它们在化学水平上构造并控制着生命。 　　理解核糖体最基本的工作方式对于科学地理解生命是重要的。这一知识可被直接应用于实践，比如，目前许多抗生素通过阻滞细菌核糖体的功能而治愈多种疾病。没有起作用的核糖体，细菌就无法生存。这就是为什么核糖体对于新抗生素来说是如此重要的一个靶标。 　　今年的三位获奖者均制造了3D模型，展示了不同的抗生素如何绑定到核糖体。这些模型如今被科学家们所应用以开发新的抗生素，直接帮助了挽救生命及减少人类的痛苦。

生物科技公司Moderna Therapeutics 雄心勃勃，且资金充沛。图片来源：Paddy Mills 　　在两年半前的一次早餐会上，英国制药巨头阿斯利康有限公司新任首席执行官Pascal Soriot和一家药物研发公司合作达成他上任后的第一单生意。Soriot的合作对象是美国马萨诸塞州坎布里奇市一家名不见经传的生物技术公司&mdash &mdash Moderna Therapeutics。这单生意的价值达到4.2亿美元，如此高额的投资对于一种刚开始起步的制药技术来说可谓不同寻常，况且这项技术还未经过临床人体测试。 　　对于Moderna来说，这笔投资仅是大量巨额投资中的一项。仅在今年1月，该公司就宣布从若干投资者处获得5亿美元，如此一来，该公司投资额已超过10亿美元，使其成为迄今为止药物研发领域接受风险投资额最高的私人公司。 　　&ldquo 这件事可谓口口相传。&rdquo 坎布里奇市一家生物技术孵化器LabCentral公司经营者Johannes Fruehauf说，&ldquo 有这样巨大、惊人的投资额度，人们很难不这么做。&rdquo 　　投资人对Moderna公司技术的青睐十分明显，然而，尽管该公司商业投资遥遥领先，却仍面临许多棘手难题，如技术专利问题及其他基于信使核糖核酸的药物曾面临的问题等。究竟该公司能否实现其预期产值，对此分析人士也难作定论。 　　诞生缘由 　　从研究论文看，信使核糖核酸疗法似乎很容易。如果一些人不能产生某种足够的蛋白或是制造出一种有损伤的蛋白，医生就可以给患者的细胞中注射具有替代性蛋白编码的信使核糖核酸。和其他基因疗法类似，这样做可以避免基因发生永久性混乱。 　　然而，如果说生长因子、抗体以及其他复杂的&ldquo 生物&rdquo 药物可以通过生物工程细胞安全制造，这种药物却仅局限于分泌分子。另外，基于信使核糖核酸的疗法还可以制作出作用于细胞内部的蛋白。&ldquo 信使核糖核酸的释放可以重新改造人体作为一个加工厂处理许多疾病的方式。&rdquo 马萨诸塞州波士顿RA资本管理公司合作人Peter Kolchinsky说，该公司也是Moderna的投资方之一。 　　但是信使核糖核酸的释放却有些棘手。上世纪90年代初期，科学家首次证实，注射信使核糖核酸之后，可以在小鼠和大鼠体内产生相应的蛋白。但是蛋白的产量却很低，而且转瞬即逝 另外信使核糖核酸似乎也过于不稳定，不适宜制药。数年后，研究人员还认识到，实验室合成的信使核糖核酸在注射后，容易激发生物体免疫攻击，产生潜在的危险性炎症应答。 　　Moderna的相关技术可以追溯至波士顿儿童医院干细胞生物学家Derrick Rossi的实验室研究。Rossi与博士后Luigi Warren曾尝试利用信使核糖核酸让细胞&ldquo 多能化&rdquo ，从而产生许多细胞种类。为了避免引起炎症，研究人员用假尿嘧啶核苷和5-甲基胞苷替换了核糖核酸分子的一些构建模块&mdash &mdash 即核苷的尿苷和胞嘧啶核苷。这让核糖核酸变得更像一种可以自我复制的细胞，因为诸如细菌等入侵者通常不能在其自身的信使核糖核酸上产生类似的基因编辑。 　　这种办法生效了。2010年，Rossi和Warren对其生成干细胞的方法进行了注册，相关成果随后也发表于学术期刊。这项工作引起了麻省理工学院一位卓有声望的生物工程师和企业家Robert Langer以及坎布里奇市科技投资公司旗舰风险公司执行官Noubar Afeyan的注意。随后，Rossi和Langer又拉来了另外一位合作者&mdash &mdash 原哈佛大学医学院心血管生物学家、现在瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院工作的Kenneth Chien。 　　2010年9月，他们携手创建了Moderna。公司的名字源自Rossi的想法&mdash &mdash 一个由&ldquo 修饰&rdquo (modified)与&ldquo 核糖核酸&rdquo (RNA)构成的混合词。 　　专利拦路 　　然而，Moderna头上却仍然悬着一把&ldquo 达摩克利斯之剑&rdquo ：专利权的纷争。 　　费城宾夕法尼亚大学遗传生物学家Katalin Karikó 和Drew Weissman发表的文章和Moderna的技术专利有很大重合性，Karikó 两人也曾利用假尿嘧啶核苷和5-甲基胞苷让试管和小鼠体内的信使核糖核酸在细胞防御系统面前几乎&ldquo 隐形&rdquo 。 　　Karikó 两人在2005年就申请了用于医疗目的的相关专利，而且还创建了一个叫作RNARx的公司，该公司曾收到美国政府小企业资助经费近90万美元。然而，部分出于研究人员和宾夕法尼亚大学在知识产权方面的争议，该公司的研究被终止，学校最终把知识产权出售给了威斯康星州一家名为Cellscript的企业。 　　Karikó 和Weissman的专利对Moderna构成了威胁。2010年，来自旗舰风险投资公司&mdash &mdash 当时参与孵化Moderna的公司之一 &mdash &mdash 的一项内部评估称，如果科学家不能研制出假尿嘧啶核苷和5-甲基胞苷的替代物，&ldquo 我们公司的技术可能会受到宾夕法尼亚州立大学的限制&rdquo 。 　　因此，Moderna需要找到一个回避该专利的方法，任务降临在该公司首个雇员Jason Schrum的头上。作为一名核酸生物化学家，Schrum开始检测同种类的修饰核苷。大多数修饰核苷都不适用，但最终Schrum仍然找到了一种假尿嘧啶核苷的变体：1-甲基假尿嘧啶核苷。去年美国专利商标局向Moderna授予了使用1-甲基假尿嘧啶核苷的专利，然而宾夕法尼亚大学同样获准了一项包括许多同样核苷在内的专利。 　　尽管如此，知识产权的不确定性并未冲击到Moderna的投资人。Kolchinsky表示，专利纷争可能是一个痛苦且昂贵的过程，但问题最终一定会被解决，Moderna也有充足的时间做这一切。另外，该公司银行账户中的经费也很充足&mdash &mdash 据推测达9亿美元，因此它可以继续签约制药合作伙伴，同时在科学投资上比其竞争对手花费更多钱。单说今年，Moderna计划在研究和开发领域分别投资1.5亿美元和1.8亿美元，远超其他信使核糖核酸制药公司。 　　&ldquo 引资之王&rdquo 　　Moderna蓬勃的发展动力离不开一个人：董事长Sté phane Bancel。&ldquo 他是一个销售天才。&rdquo 2012年前一直在该公司工作的科研人员Justin Quinn说。 　　在担任法国诊断技术公司bioMé rieux执行官5年之后，Bancel在2011年7月加入该公司，Afeyan曾反复邀请他经营旗舰风险投资旗下的公司，但是Bancel对大多数项目&mdash &mdash 聚焦某一疾病领域的新公司&mdash &mdash 都不感兴趣。 　　而Moderna有所不同：它具有重建制药行业的前景。对于能说会道、衣着时尚的Bancel来说，&ldquo 如果一家新公司具有真正的发展潜力，就很值得迎接职业挑战、面对薪资减少的风险。&rdquo Afeyan说。 　　Bancel很快就开始集资，并且获得极大成功，尽管一些人质疑他的策略。此前在Moderna公司工作的一名不愿具名的科研人员表示，Bancel利用他的领袖气质和人际关系以及公司合作者的影响力让投资人和合作方相信Moderna平台的独特之处，但同时却会掩饰公司面临的任何知识产权威胁。&ldquo 他做了大量的工作说服投资人向公司投资，但是其中的技术可以说100%都不是该公司自有的。&rdquo 这位前员工说。 　　作为回应，Bancel表示，Moderna的投资者在开支票之前当然作过考察：&ldquo 现在的投资公司都很精明。&rdquo 他表示，通过自主研发以及合作研究，Moderna正在探索若干项技术，但是他并未透露具体细节。&ldquo 18个月后，人们看到我们的专利后，就会知道我们现在在做什么。&rdquo 他颇有些神秘地说。 　　&ldquo 猛兽&rdquo 之志 　　在井然有序的坎布里奇总部，Moderna正在从头到脚购置最佳仪器武装自己的实验室。在其三楼的一个实验室中坐落着一套Bancel称之为&ldquo 猛兽&rdquo 的设备：一套每天可以在非人灵长类动物中进行50例信使核糖核酸检测的自动化设备。Moderna还计划今年晚些时候购置一套可以检测人类信使核糖核酸的设备。 　　目前，Moderna的资源可以使该公司启动50多项药物研发项目，其中大多数是和外部制药合作者共同进行，但是该公司也有3个资助经营的研发公司： Onkaido、Valera和Elpidera，分别聚焦于肿瘤、传染病和罕见病。Bancel表示，Valera将首先进行临床转移转化。&ldquo 到2016年，我们将会拥有现存所有治疗领域的试点。&rdquo 他说。 　　但是并不能保证临床上的成功。&ldquo 它可能会像此前信使核糖核酸研究领域遇到的问题一样。&rdquo 一位独立的生物技术咨询师James McSwiggen说，他曾与Moderna作过合作。其他基于核糖核酸的药物，如反义疗法、核糖核酸干预以及近来的微型核糖核酸技术等均达到了产业繁荣期，但是在展示其真正的临床效用之前，它们也曾经历过许多艰难困境。 　　Bancel对Moderna的期望是，让该公司迅速成长壮大，使其他任何对手都不足以与其抗衡。&ldquo 我们希望的公司是，如果你想从现在开始在5年之内研制出一种信使核糖核酸类的药物，你一定会拿起电话打给Moderna。&rdquo Bancel说，对于批评人士的观点，他表示：&ldquo 我知道一些人不高兴，我了解一些人很妒忌，我明白这一切，但这就是生活。&rdquo

近日，国家药品监督管理局（NMPA）官网公开信息显示，已批准吉因加自主品牌国产基因测序仪Gene+Seq-2000和Gene+Seq-200的适用范围变更申请。两款仪器分别于4月14日和4月27日通过审批，新增了“对核糖核酸（RNA）进行测序”的适用范围。在基因检测应用场景不断扩展的今天，单纯的DNA测序无法满足迅猛增长的临床需求，而RNA测序扮演者越发重要的角色，国产测序平台在该领域获批应用，为临床提供了更加丰富的选择，必将更好地支撑起相关产业的发展，推动NGS技术在临床合规落地。 吉因加表示：根据《医疗器械监督管理条例》、《医疗器械注册管理办法》等相关法律法规的要求，应用于临床的医疗器械产品应具备相应的适用范围并获得国家药品监督管理局批准。但是，目前市面上的测序仪大多是“在临床上用于对来源于人体样本的人的脱氧核糖核酸(DNA)进行测序”，例如聚焦生育领域DNA检测、肿瘤DNA检测以及遗传病DNA检测等，不包含人的RNA，也不包含来源于人体样本的病原的DNA和RNA检测等应用，不能够完全满足目前临床合规开展各类基因检测的需求。 本次Gene+Seq-2000和Gene+Seq-200获批 “可用于人体样本的不仅限人的DNA和RNA测序”，可以检测包括肿瘤融合基因、病原RNA、全转录组等多种需求，可以真正实现DNA和RNA基因检测需求的全覆盖。测序仪适用范围/预期用途Gene+Seq-200该产品采用联合探针锚定聚合测序技术，在临床上用于对来源于人体样本的脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）进行测序Gene+Seq-2000该产品采用联合探针锚定聚合测序技术，在临床上用于对来源于人体样本的脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）进行测序测序仪A该产品用于对来源于福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织的人基因DNA测序测序仪B该产品用于人脱氧核糖核酸（DNA）测序测序仪C该产品基于边合成边测序技术，在临床上用于对来源于人体样本的人的脱氧核糖核酸（DNA）进行测序在临床应用方面，其实已经有较为成熟的RNA应用场景，比如对肿瘤融合基因的检测。DNA测序在检测融合基因时，对于仅发生在RNA或DNA层面融合丰度低的情况，以及对于存在长内含子或重复序列融合的情况均存在局限性，而RNA测序除了能够有效检出这些融合之外，还能发现更多未知融合，为未来的药物研发提供更丰富的信息。目前，已有多项研究证明，将DNA检测与RNA检测相结合，可以实现核心治疗靶点及罕见、有效的融合变异的同时测定，弥补常规检测方法可能出现的漏检、融合基因不明确等不足，有效提高融合基因检出率，更好地帮助医生进行临床诊断及治疗。因此，多项指南都在推荐将DNA检测与RNA检测相结合，以更全面覆盖基因融合/重排，更大程度地提高临床获益。

2021年7月8日，国际结构生物学领域权威期刊《Journal of Structural Biology》在线发表了由中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心与孙飞研究组合作的技术创新成果《VHUT-cryo-FIB, a method to fabricate frozen hydrated lamellae from tissue specimens for in situ cryo-electron tomography》，针对组织样品原位结构生物学研究的技术瓶颈开发了组织样品冷冻含水切片制备技术VHUT-cryo-FIB，这是该中心在2016年开发的细胞样品冷冻含水切片制备技术（Journal Structural Biology, 2016，194：218-222）后的又一技术创新，将原位结构生物学的研究对象从单细胞拓展到更接近于生理状态的组织样品。　　冷冻电子断层成像技术（cryo-electron tomography，cryo-ET）是一项重要的冷冻电镜技术，可以获得细胞和组织样品原位三维高分辨率超微结构、生物大分子的原位结构信息以及蛋白质机器原位相互作用信息。该技术被认为是分子生物学和细胞生物学联结的桥梁，被称为"可视化蛋白质组学"。然而该技术要求样品的厚度必须在300nm以下，获取高分辨率信息则需要更薄的样品（150nm以下），但是大多数生物样品厚度都在数微米以上，无法直接应用该技术进行研究。此外，为了研究生物组织样品更接近生理状态的结构，通常需要利用高压冷冻技术对生物组织样品进行冷冻固定，但是高压冷冻后的样品厚度一般都在100μm以上，如何制备出适合冷冻电子断层成像技术研究的高质量的生物组织样品切片是原位结构生物学领域面临的一个重要技术问题。　　本项技术研究基于最新的冷冻聚焦离子束技术（cryo-FIB），设计和研制了一套冷冻传输硬件，有效将振颤切片技术、高压冷冻技术、冷冻修块技术和冷冻聚焦离子束减薄技术结合起来，创新冷冻聚焦离子束切割工艺，形成了一套完整高效的组织样品冷冻含水切片制备技术流程VHUT-cryo-FIB。利用该技术流程可以高效制备出厚度在150-300nm之间的组织样品冷冻含水切片。本研究中应用VHUT-cryo-FIB方法分别制备了菠菜叶片、小鼠骨骼肌、肝脏和心肌的冷冻含水切片，并成功解析了菠菜胞质核糖体（34 Å）和小鼠肝脏胞质核糖体（18 Å）的原位三维结构（图1）。这些结果证明VHUT-cryo-FIB方法可以广泛应用于各种生物组织样品的冷冻含水切片制备，为原位结构生物学研究提供有力的样品制备方法。　　孙飞研究员为该论文的通讯作者，高级工程师张建国、孙飞研究组张丹阳博士（已毕业）和高级工程师孙磊为共同第一作者。蛋白质科学研究平台生物成像中心的多位工程师季刚、黄小俊、牛彤欣为该项成果贡献了力量，徐伟研究员为实验的设计和方向提供建议。北京大学生命科学学院的高宁教授和马成英博士在小鼠肝脏核糖体数据分析方面给予了帮助。　　该工作受到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、北京市科委等的资助。图1. Cryo-FIB方法制备的冷冻含水切片样品，Cryo-ET 方法解析菠菜叶片和小鼠肝样品中核糖体三维结构。a菠菜叶片重构后的细胞内部结构，其超微结构包括细胞壁、细胞质、叶绿体、囊泡、核糖体和基粒。b三维渲染后的图a，黄色,核糖体 淡粉色，细胞壁 橙色,细胞膜 紫色,囊泡 绿色,叶绿体膜 青色, 叶绿体基质。菠菜核糖体的原位结构，大亚基蓝色的，小亚基黄色。c Subtomo average得到小鼠肝脏核糖体的原位结构(左)，与通过单粒子重构得到小鼠胞质核糖体密度图(右)。d小鼠肝脏核糖体原位结构密度图，大亚基和小亚基分别为蓝色和黄色。红色(P/E位点)和紫色(A/P位点)显示了两个tRNAs。Scale bar:150nm。　　文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S104784772100068X?dgcid=coauthor#s0075

新华网斯德哥尔摩6月6日电，瑞典卡罗琳医学院5日说，他们的研究人员开发出了一种新方法，可以较简便地测定病原体细胞或癌细胞的DNA合成状况。这一方法也可用来检测新药物对耐药性病菌和癌症的有效性，有助于新药物的筛选。 　　由卡罗琳医学院研究人员托兰德和斯德哥尔摩大学教授朔贝里员共同进行的这一研究，其机理是检测核糖核苷酸还原酶(RNR)。这种酶是DNA合成和细胞增殖过程中所必需的，可以作为抗菌药物和抗癌药物的“标靶”。但因为目前技术还难以处理这种酶，目前市场上还很少有成功的药物。 　　瑞典研究人员设计了一种变异的聚合酶链式反应，结合高通量筛选技术，使得核糖核苷酸还原酶的变化可以测定。这意味着可以很方便地测定病原体细胞或癌细胞的增殖状况，也可以用来筛选、检测以核糖核苷酸还原酶为标靶的药物。 　　研究人员在新一期美国《国家科学院学报》上报告说，借助这种方法，他们已从1300多种物质里筛选出了两种物质，能通过抑制核糖核苷酸还原酶来杀死抗药性较强的绿脓杆菌。他们认为，这一新方法将大幅降低研发核糖核苷酸酶抑制剂的难度，有助于开发新型抗癌药物。

近期，来自美国哈佛大学和伊利诺伊大学芝加哥分校等研究团队开发了一种对多重耐药细菌有效的合成抗生素。研究成果发表在《Nature》上，题为：A synthetic antibiotic class overcoming bacterial multidrug resistance。　　研究人员报告了一种具有特殊效力和活性谱的抗生素，它的合成是以刚性牛脯氨酸支架为结构导向设计，基于其组分与克林霉素的氨基辛糖残基连接形成。研究人员称之iboxamycin（IBX）。IBX对ESKAPE（六大超级细菌缩写）病原体有效，包括表达耐药基因Erm和Cfr核糖体RNA甲基转移酶的菌株。这些基因的产物对所有针对大核糖体亚基的相关抗生素，即大环内酯类、林可酰胺类、酚类、噁唑烷酮类、胸腺素类和链霉素类等都有抗性。　　IBX与细菌核糖体以及与Erm甲基化的核糖体复合物的X射线晶体结构研究显示了这种活性增强的结构基础，以及抗生素结合后m6 2A2058核苷酸的位移情况。口服IBX可治疗小鼠的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌感染，具有安全性和有效性。　　在耐药性不断增加的时代，该项研究为化学合成抗生素提供了新思路。 　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41586-021-04045-6

p 　　英国《自然》杂志近日发表的一篇微生物学论文报告称，美国科学家通过全基因组测序和对比后认为，艰难梭菌(Clostridium difficile)的高毒菌株获得了代谢海藻糖的机制，而这种能力与疾病相关联。数据显示，很可能正是一种广泛使用的食品添加剂，“无意”中导致了这些流行菌株的出现。 /p p 　　艰难梭菌是一种肠道病原菌，如果人体或动物过度服用某些抗生素，就会导致艰难梭菌菌群生长速度过快，影响肠道中其它细菌，进而引发炎症，所以这种菌被视为抗生素相关腹泻的主要原因。 /p p 　　科学家已知通过分析细菌菌株的核糖体RNA(即rRNA)差异，可以确定其具体的核糖体分型。此次，美国贝勒医学院研究人员罗伯特· 布雷顿及其同事，通过全基因组测序和对比分析发现，两种在系统发生学上存在显著差异的艰难梭菌高毒流行核糖体分型——RT027和RT078，已独立获得了代谢低浓度海藻糖的机制。换句话说，这两种核糖体分型不断发生变异，使艰难梭菌在低浓度海藻糖中的生长能力逐渐增强。更重要的是，这种能力与人化小鼠模型的疾病严重程度相关。 /p p 　　数据揭示，该核糖体分型的出现与一种糖添加剂有关，该添加剂广泛应用于人类饮食中的海藻糖。研究人员表示，这之间的关联可表明，一种本身“无害”的食品添加剂，也可能“无意”中促进了病原菌的出现。 /p p 　　想起之前看过的一本书，说肠道区是细菌的聚集地，好的、半好的还有不好的都混在一块。大多数时候它们保持合适比例，但如果你的饮食长期有问题，菌群势力不平衡，闹将起来，就能把人折腾得够呛。其实，对人的消化系统来说，添加剂是新玩意，毕竟我们的老祖宗哪吃过这些东西。菌群很给力，它们会努力适应人的饮食结构。只是，从这篇研究看来，人吃进去的新鲜东西，还能让一些细菌变得过于强大，并引发连锁反应。所以，你永远想不到，现代社会给传统肠道到底提出了怎样的挑战。 /p

单细胞测序的方法对于不同的生物体、不同组织以及不同细胞种类达到了更为深入的探究。这些工具集中于对单细胞的基因组【1】、表观遗传组【2】以及转录组进行分析【3】。但是现今想要在单个细胞中进行翻译过程的测量并非易事。 2021年9月8日，荷兰皇家艺术和科学学院与乌得勒支大学医学中心Oncode研究所Alexander van Oudenaarden研究组以及Michael VanInsberghe（第一作者）在Nature期刊上发表Single-cell Ribo-seq reveals cell cycle-dependent translational pausing，构建了能够达到单密码子精度的翻译测量测序技术scRibo-seq，并且通过该技术对细胞周期依赖的翻译暂停特点进行了揭示。 近年来，关于单细胞水平、翻译过程的检测的技术有一定的进展，比如在单细胞分辨率上进行的质谱分析技术SCoPE-MS【4】。SCoPE-MS技术可以对小鼠胚胎干细胞分化过程中的一千多种蛋白进行量化。但是，分辨率还不够。由此，scRibo-seq技术应运而生。 scRibo-seq技术是将核酸酶足迹与小RNA文库构建、尺寸富集技术结合起来，以测量单细胞中的翻译动态变化过程（图1）。单个活细胞被分选到含有放线菌酮（Cycloheximide）的裂解缓冲液中，以稳定和停止转录本上的核糖体，随后暴露的RNA被微球菌核酸酶MNase消化，由此产生核糖体保护足迹（Ribosome-protected footprints，RPFs）。这些足迹通过连接包含独特分子标识符（Unique molecular identifier，UMI）和引物位点的适配子，转化为测序库，用于后续的cDNA合成和PCR扩增。最后，对PCR翻译过产物进行尺寸富集，选择符合典型核糖体保护足迹的产物进行测序。 为了验证该方法的有效性，作者们首先对HEK293T细胞以及hTERT RPE-1中scRibo-seq技术的应用效果进行检测。结果证明该方法能够有效的显示蛋白编码转录本的5’UTR、CDS以及3’UTR区域的核糖体分布。先前的研究表明在培养基移除后细胞中的核糖体会在某些关键的密码子上停顿，这一停顿是受到密码子类型影响的【5,6】。为了进一步验证scRibo-seq测量翻译动力学的能力，作者们从HEK 293T培养基中去除精氨酸和亮氨酸的不同时间点后再进行细胞分选和检测，发现核糖体的停顿的确是不同处理依赖性的暂停。比如，精氨酸的缺失会造成CGC以及CGU密码子上足迹的频率升高，而去除培养基中的亮氨酸则不会有此现象。而UAA密码子上核糖体占位的增加则只在亮氨酸饥饿的情况下出现。因此，该结果证明了scRibo-seq技术的准确性和有效性。 随后，作者们想知道细胞周期的状态是否会对细胞响应氨基酸限制具有影响，所以作者们将scRibo-seq技术与FUCCI（Fluorescent ubiquitination-based cell cycle indicators）技术进行联用，对不同细胞周期的细胞进行分选和收集。作者们发现核糖体的活性位点的确受到细胞周期的显著影响。 在体外培养的细胞中证明了scRibo-seq的作用之后，作者们希望对原代小鼠内分泌细胞（Enteroendocrine cells）中的应用进行检测。EECs细胞群在胃肠道细胞中所占的比例极低，数量少于细胞总量的1%，会在营养刺激下产生和分泌不同的激素【7】。通过scRibo-seq检测，作者们根据已经建立的激素细胞标记物基因的翻译特征鉴定发现了8个细胞类型，并对EECs细胞中的密码子特异性核糖体停顿进行了鉴定。因此，该结果说明scRibo-seq可以直接应用于原代细胞样品，并对稀有细胞群的翻译动力学过程进行测量。 总的来说，该工作建立了用于检测单密码子精度的翻译过程的高通量测序方法scRibo-seq，填补了目前单细胞基因组学方法的关键空白。另外，由于scRibo-seq技术不依赖于标记物以及转基因体系，可以直接对核糖体谱进行分析，其灵敏度和分辨率相较于先前的方法都更胜一筹。未来，该技术将会得到进一步广泛的应用，可以用于揭开高度动态系统中罕见细胞群的转录特征。 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03887-4【参考文献】1. Navin, N. et al. Tumour evolution inferred by single-cell sequencing. Nature 472, 90-94, doi:10.1038/nature09807 (2011).2. Smallwood, S. A. et al. Single-cell genome-wide bisulfite sequencing for assessing epigenetic heterogeneity. Nature methods 11, 817-820, doi:10.1038/nmeth.3035 (2014).3. Tang, F. et al. mRNA-Seq whole-transcriptome analysis of a single cell. Nature methods 6, 377-382, doi:10.1038/nmeth.1315 (2009).4. Budnik, B., Levy, E., Harmange, G. & Slavov, N. SCoPE-MS: mass spectrometry of single mammalian cells quantifies proteome heterogeneity during cell differentiation. Genome biology 19, 161, doi:10.1186/s13059-018-1547-5 (2018).5. Darnell, A. M., Subramaniam, A. R. & O' Shea, E. K. Translational Control through Differential Ribosome Pausing during Amino Acid Limitation in Mammalian Cells. Molecular cell 71, 229-243.e211, doi:10.1016/j.molcel.2018.06.041 (2018).6. Subramaniam, A. R., Pan, T. & Cluzel, P. Environmental perturbations lift the degeneracy of the genetic code to regulate protein levels in bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 110, 2419-2424, doi:10.1073/pnas.1211077110 (2013).7. Gribble, F. M. & Reimann, F. Enteroendocrine Cells: Chemosensors in the Intestinal Epithelium. Annual review of physiology 78, 277-299, doi:10.1146/annurev-physiol-021115-105439 (2016).