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乙基鸟嘌呤

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乙基鸟嘌呤相关的资讯

  • 哈医大通过色谱法建立食物嘌呤数据库
    哪些食物中含有嘌呤物质?每种食物中的嘌呤含量又是多少?今后,痛风的“原凶”——嘌呤物质,将首次得到准确、科学的“再现”,为痛风患者健康膳食提供指导依据。日前,一项规范测定常见食物中嘌呤含量的研究在哈尔滨医科大学进入研究阶段。科研人员将初步建立我国食物中嘌呤含量的数据资料,并补充到国家食物成分数据库中,为降低国内高尿酸血症和痛风病的患病率及症状减轻提供科学数据。   据了解,随着经济发展和人们膳食结构的改变,我国人群高尿酸血症和痛风的患病率呈直线上升趋势。有资料显示,我国20岁以上的人群约2.4%—5.7%存在血尿酸过高的情况,从而引起痛风的发病。而在对痛风患者的治疗中,医生发现,低嘌呤膳食是治疗该病的关键。   据哈医大公共卫生学院潘洪志副教授介绍,在我国食物成分表中,目前尚无食物中嘌呤含量的准确数据,临床及有关网站上公布的嘌呤含量数据普遍来源不清且彼此不一致,对嘌呤含量高低类别的划分标准也不尽相同,给广大痛风患者治疗时带来极大疑惑。   哈医大科研人员此次开展的嘌呤含量研究拟采用高效液相色谱法,通过现代科技手段,测定我国常见各类食品中的嘌呤含量,包括腺嘌呤、鸟嘌呤、次黄嘌呤、黄嘌呤等,并计算总嘌呤含量,提高嘌呤测定方法的准确度、精密度和重现性,获得准确的常用食物嘌呤含量数据。   测定结果评出后,将初步建立我国食物中嘌呤含量的数据资料,并补充到国家食物成分数据库中,以此作为痛风患者健康膳食指导的依据。专家表示,该项研究预计在今年内完成,它将为降低我国高尿酸血症和痛风病的患病率和减轻症状提供科学数据,对公共卫生具有重大意义。   嘌呤为有机化合物,在人体内嘌呤氧化会变成尿酸,而尿酸过高就会引起痛风。据了解,痛风是长期嘌呤代谢障碍、血尿酸增高引起组织损伤的一种疾病。其临床特点为高尿酸血症、急性关节炎反复发作、痛风石形成、关节畸形、肾实质性病变等。   痛风俗称“富贵病”。该病一般在男性身上发病,且会遗传。有痛风的病人发病时,除用药物治疗外,重要的是平时注意忌口,以限制饮食中嘌呤的含量。
  • 食品添加剂6-苄基腺嘌呤等检测国标通过评审
    近日,江门检验检疫局承担制定的“进出口食品添加剂6-苄基腺嘌呤的检测方法”和“进出口食品添加剂蔗糖聚丙烯醚的检测方法”两项国家标准顺利通过了国家认监委、国家标准委和中国检科院等部门的专家评审。   由于此前国内外均无相关标准,江门检验检疫局这两项国家标准的顺利通过评审为今后我国对进出口食品添加剂6-苄基腺嘌呤、蔗糖聚丙烯醚的检测提供了保证。这也是江门局首次承担国家标准的制定,填补了该局国家标准制修订工作的空白,为继续参与国家标准的制修订打下了良好的基础,标志着该局的科研能力迈上了一个新的台阶。
  • 上海市食品学会立项团体标准《豆制品中嘌呤的测定 高效液相色谱-串联质谱法》
    各有关单位:根据《上海市食品学会团体标准工作管理办法》的相关规定,由上海清美绿色食品(集团)有限公司牵头申报的《豆制品中嘌呤的测定 高效液相色谱-串联质谱法》团体标准,经审核,该标准符合立项条件,同意立项。请起草单位按照《上海市食品学会团体标准工作管理办法》有关要求,严格把控标准质量关,切实提高标准制定的质量和水平,增加标准的适用性和实效性,按期完成标准编制的相关工作。联系人:上海市食品学会 郭燕茹 021-54891268 18018674491邮箱:ssfs_office@163.com关于《豆制品中嘌呤的测定 高效液相色谱-串联质谱法》团体标准立项的通知.pdf
  • 上海市食品学会发布《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准征求意见稿
    各相关单位代表及专家:《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准已完成征求意见稿的编制,根据《团体标准管理规定》的要求,为保证标准的科学性、严谨性和可操作性,现在《全国团体标准信息平台》面向社会各界公开征求意见。请各相关单位代表及专家审阅标准文本,对本标准提出宝贵意见和建议,并于2023年5月27日前将《团体标准征求意见反馈表》(附件二) 以E-mail形式反馈给上海市食品学会。逾期未复函,将按无异议处理。此致! 附件一:《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》(征求意见稿)附件二:《团体标准征求意见反馈表》联系人:郭燕茹联系电话:18018674491电子邮箱:ssfs_office@163.com上海市食品学会2023年4月28日关于《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准征求意见函.pdf《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》(征求意见稿).pdf《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》征求意见反馈表.doc
  • 上海市食品学会批准发布《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准
    各会员单位、有关单位:根据《上海市食品学会团体标准工作管理办法》相关规定,现批准发布《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准(T/SSFS0007-2023),2023年7月18日发布,2023年8月1日实施,现予公告。附件一:关于批准发布《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准的公告上海市食品学会2023年7月25日上海市食品学会关于批准发布《豆制品中嘌呤的测定 超高效液相色谱-串联质谱法》团体标准的公告.pdf
  • 精准基因编辑时代到来!华人科学家重排原子精准编辑基因!
    p   当我们在谈论生命时,我们谈论的都是化学分子。DNA也好,蛋白质也罢,正是这些生物大分子发生的原子重排,才催生出无数生化反应,为地球带来生命。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/c0bbe2b5-3415-4594-bc51-72b794f474de.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong   本研究的主要负责人David Liu教授(图片来源:Broad研究所) /strong /p p   今日,Broad研究所的华人学者David Liu教授公布了一项了不起的研究!他的团队开发了一种“碱基编辑器”,能在细胞内用简单的化学反应,使DNA的一种碱基进行原子重排,让它变成另一种碱基。与CRISPR-Cas9等流行的基因编辑手段不同,这种技术无需使DNA断裂,就能完成基因的精准编辑。这项研究发表在了顶尖学术期刊《自然》上。 /p p style=" text-align: center " img title=" 002.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/25395cd0-f659-4486-b95c-07cbee1c729a.jpg" / /p p style=" text-align: center "   strong  将近一半的致病变异来源于C-G组合到A-T组合的改变(图片来源:《自然》) /strong /p p   要看懂这项研究,我们先来看看DNA本身。我们知道,DNA的双螺旋结构由4种碱基:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)组成。它们A和T配对,C和G配对,就像字母一样,编写了人类的遗传信息。然而由于化学结构的问题,C这个字母不大稳定,容易出现自发的脱氨突变,把原本的好好的C-G组合,变成A-T组合。据估计,每天人类的每个细胞里都会出现100-500次这样的突变。而人类已知的致病单碱基变异,高达一半属于这种突变。 /p p style=" text-align: center " img title=" 003.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/3079c9ad-aff8-4c2e-b7ab-54dc17de1cbe.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong   合适的脱氨反应能将腺嘌呤转变为结构类似于鸟嘌呤的肌苷(图片来源:《自然》) /strong /p p   换句话说,如果我们能定点修复这些基因突变,把A-T变回C-G,就有望从根源上纠正人类的许多遗传疾病。这正是Liu教授团队的研究思路。在实验室中,他们观察到了一个很有意思的现象——腺嘌呤(A)在出现脱氨反应后,会变成一种叫做肌苷的分子,而它与鸟嘌呤(G)的结构非常接近,也能成功骗过细胞里的DNA聚合酶。简单的几轮DNA复制后,A-T组合就能变回C-G。 /p p   但科学家们遇到一个棘手的问题——自然界中并没有能够在DNA中催化腺嘌呤进行脱氨反应的酶。 /p p   如果没有现成的道路,那就开辟一条!在人体中,科学家们发现了一种叫做TadA的酶,它能催化转运RNA上的腺嘌呤(A),使它脱氨。尽管催化的对象不同,但Liu教授的团队认为它有足够的应用潜力。于是,利用演化的力量,科学家们对TadA进行了改造。他们将编码TadA的基因引入大肠杆菌内,并寄希望于这种酶能在大肠杆菌快速的繁衍中,突变出催化DNA腺嘌呤的能力。 /p p style=" text-align: center " img title=" 004.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/77d2e2cb-4181-4432-b16c-f701f36c851b.jpg" / /p p style=" text-align: center "   strong  本研究中,碱基编辑器的作用机理(图片来源:《自然》) /strong /p p   同时,科学家们也想到,DNA上的腺嘌呤特别多,总不能把他们全都转化为鸟嘌呤吧。因此,特异性地对某个碱基进行催化,是这套系统迈入实际应用的关键。Liu教授想到了自己的实验室邻居张锋教授,这名华人学者以CRISPR基因编辑技术而闻名于世。如果我们借助CRISPR-Cas9系统的精准,但不让它切开双链DNA,或许就能定点对腺嘌呤进行原子重排,让它变成另一种碱基。为此,科学家们在筛选TadA酶的过程中,也同样引入了一套切不动DNA的特殊CRISPR-Cas9系统,用于精准定位。 /p p   功夫不负有心人!这套系统虽然极为复杂,但在经历了漫长的7代筛选后,Liu教授团队终于开发出了一款全新的“碱基编辑器”,其核心正是能有效针对DNA的TadA酶。无论是在细菌里,还是在人类细胞中,这款编辑器都能顺利发挥作用。在人类细胞里,它的编辑效率超过了50%! /p p style=" text-align: center " img title=" 005.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/e1500d56-ca99-4809-932c-2bd6c898751f.jpg" / /p p style=" text-align: center "   strong  这套系统能有效用于人类细胞(图片来源:《自然》) /strong /p p   尽管这套系统利用了CRISPR-Cas9系统,但科学家们在这篇论文里指出,他们开发的技术与CRISPR-Cas9系统各有千秋。在矫正单碱基突变方面,它比CRISPR-Cas9系统更为有效,也更“干净”。它几乎没有引起任何随机插入和删除等突变,在全基因组里的脱靶效应也要好于CRISPR-Cas9技术。要知道,这可是人们对CRISPR-Cas9技术安全性的最大担忧之一。 /p p   先前,研究人员们也同样开发了编辑其他碱基的方法。目前,Liu教授的团队已经有了把C变成T,把A变成G,把T变成C,以及把G变成A的工具。诚然,这些工具目前距离人类临床应用还有不小的距离。但要知道,它只涉及碱基的原子重排,无需让DNA双链断裂,从而降低了基因治疗过程中的风险。此外,许多遗传病都是单基因突变,用这些工具进行治疗也显得更为有的放矢。 /p p   我们感谢Liu教授的团队为我们带来如此令人兴奋的基因编辑新工具。毫无疑问,基因编辑的时代已经到来,你准备好迎接冲击了吗? /p p   参考资料:[1] Programmable base editing of AT to GC in genomic DNA without DNA cleavage /p p & nbsp /p
  • 一探前沿 | Orbitrap助力环境Ding级研究实现突破
    一探前沿 | Orbitrap助力环境Ding级研究实现突破原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国关注我们,更多干货和惊喜好礼 李宇翔 吴珊湖Orbitrap助力环境顶ding级研究实现突破 Orbitrap 技术发展至今,凭借其卓越的分辨率、灵敏度、多项创新技术等“硬实力”,圈“粉”无数,平均每小时就有一篇文章问世,也逐渐成为就全球科学家实现世界ding级科研突破的有力伙伴。 今天我们就环境领域ding级期刊ES&T近2年发表的前沿研究,一探 Orbitrap 技术是如何助力实现突破的: 1# 创新方法助力重新认识人与环境污染的潜在联系 人体皮肤的脂质可以和氧化剂、臭氧和羟基自由基发生反应,反应产生的次生产物排放对室内环境的影响越来越重要。研究者们创新性地使用Orbitrap高分辨率质谱仪结合商业化的二次电喷雾电离(SESI)源的方法,评估了通过臭氧与手部皮肤脂质的异质反应形成的次生有机化产物。在不到40分钟的实时测量时间内,检测到600多个化合物离子,其中53个化合物离子在有臭氧存在时信号强度显着升高。研究者首次发现,这些次生产物可能会通过人体皮肤释放的亲核氨(NH3)产生进一步裂解。同时该研究展示的进一步结果表明,人类本体是大量有机化合物的重要来源,这些有机化合物可显着影响室内环境中的空气质量。(点击查看大图) 2# 前沿技术助力突破气溶胶研究分析手段瓶颈当前,用于在线分析有机气溶胶成分的质谱技术受到电离干扰和质量分辨率限制,无法准确的进行分子表征。研究者结合了萃取电喷雾电离(EESI)的软电离能力和Orbitrap质谱的的超高质量分辨率优势,对有机气溶胶进行了实时近分子表征。 EESI-Orbitrap对实验室产生的二次有机气溶胶和周围颗粒物的过滤提取物进行了进一步评估,分辨率高达140000(m/z200)可以实现对气溶胶分子的元素组成的准确鉴定和与邻近干扰成分的分离(这在分辨率只有20000的仪器上是无法分离的),同时获取二级高分辨质谱图的功能可以对化合物结构解析提供有效帮助。该研究所展示的新分析方法将更有信心的帮助我们增进对大气气溶胶形成和演化的认识。 3# 独树一帜奠基环境暴露与特定人群健康关系新发现职业工人通常会更多地接触高浓度的全氟化合物(PFAS),这使他们相较于一般人群面临更大的健康风险。为评估健康风险,启动了通过基于orbitrap质谱的代谢组学分析方法详细探究了相关职业接触PFAS的潜在健康问题,研究对象为40名来自中国某工厂的职业工人,和52名一般人群作为对照组。通过分析两组血浆中的PFAS水平的差异,发现十三种检测到的PFASs有六种PFAS同系物(Σ6PFAS)含量水平在职业工人和普通人群中差异巨大,同时偏最小二乘法差异性分析模型表明二组的代谢物检测结果存在明显差异。最终鉴定出14种潜在的生物标志物,发现它们与氧化应激,脂肪酸β-氧化紊乱和肾脏损伤有关。该研究结果表明职业性接触PFAS人群的健康风险不容忽视。 4# 独出心裁非靶向环境暴露组学研究迎突破在制药和化妆品行业中,对羟基苯甲酸酯被广泛用作常用防腐剂。目前已有研究发现,对羟基苯甲酸酯的环境暴露,与人的代谢改变和代谢疾病(例如糖尿病)的风险增加密切相关。但是,对羟基苯甲酸酯接触相关的代谢途径却鲜有报道。中国研究团队,在88名孕妇的尿液样品中测定了三种对羟基苯甲酸酯,并按测定的尿液浓度进行分组,使用UHPLC和Orbitrap高分辨率质谱联用平台对88个尿液样本进行代谢谱分析。通过对来自不同对羟基苯甲酸酯暴露组的尿液样品的特征筛选差异代谢物。鉴定出的代谢产物包括嘌呤,酰基肉碱等,这表明对羟基苯甲酸酯会干扰诸如嘌呤代谢、脂肪酸β-氧化等代谢途径。该团队首次完成了针对对羟基苯甲酸酯暴露孕妇基于MS的非靶向代谢组学研究工作,这一发现不仅揭示了对羟基苯甲酸酯环境暴露的潜在健康风险,也为理解对羟基苯甲酸酯暴露与某些代谢性疾病间的联系奠定了良好的研究基础。 # Orbitrap #作为环境研究不可或缺的手段,Orbitrap技术凭借高分辨能力和高质量精度以及稳定性好等优势,助力您实现多维度科研突破。明星产品推荐,马上加入你的研究计划/方案! Orbitrap Exploris 120 Orbitrap Exploris 240扫描以下二维码扫码获取报价和相关资料 相关阅读• 一探前沿|环境研究ding级期刊,哪些技术备受青睐?重金属分析篇(上)• 一探前沿|环境研究ding级期刊,哪些技术备受青睐?重金属分析篇(下) 参考文献:1. Environ. Sci. Technol. 2020 Nov 3 54(21):13478-13487. 2. Environ. Sci. Technol. 2020 Apr 7 54(7):3871-3880. 3. Environ. Sci. Technol. 2019 Aug 20 53(16):9800-9809. 4. Environ. Sci. Technol. 2020 Mar 17 54(6):3447-3454.
  • Illumina透露半导体测序仪的更多细节
    2016年度的基因组生物学技术进展大会(AGBT)于上周在美国奥兰多举行。Illumina的CEO Jay Flatley在大会上宣布了其半导体测序平台,即Firefly计划的更多细节。  Flatley表示,Firefly将打开新的市场,因为它是如此简单。最终目标是制成这样一种设备,输入的是原始样本,而输出的是报告。尽管Illumina还没有实现,但Firefly无疑是朝着那个方向迈进了一步。  正如Illumina之前提到的,Firefly是基于它在2008年收购Avantome时获得的CMOS技术。Illumina一直在开发Avantome的技术,但从未商业化,因为这项技术离不开emulsion PCR。然而,Illumina希望将边合成边测序技术(SBS)与半导体芯片相融合。  Firefly设备本质上是一个带有纳米孔的CMOS传感器。纳米孔嵌入光电二极管中,让DNA沉积。簇生成和测序都在CMOS芯片上直接发生。由于CMOS是个单通道的设备,Flatley表示,研究人员必须弄清楚如何开发单通道的边合成边测序技术。  Firefly将采用一种新的编码技术。对于Illumina HiSeq测序仪采用的四通道技术,每个核苷酸被一种单独的荧光染料标记,并在四个不同的光学通道中检测。而之后推出的NextSeq则采用了一种双通道技术。这种技术使用两种荧光染料,其中鸟嘌呤总是暗的,腺嘌呤和胞嘧啶用单个染料标记,而胸腺嘧啶用两个染料标记。  在单通道技术中,胸腺嘧啶将有一个永久的荧光标记。腺嘌呤将有相同的荧光标记,但这种染料是可以去除的。鸟嘌呤将永远是暗的。另外,胞嘧啶一开始是暗的,但之后会加上荧光标记。  Flatley随后演示了这个方案如何读取DNA。在四个核苷酸的第一幅图像中,A和T同时被标记并可以检测。之后,在第二幅图像中,A的染料切除,并添加到C上。这样,第二幅图像中只有C和T发荧光。通过综合两幅图像的信息,所有四种碱基很容易被区分。在内部测试中,Illumina已经证明了99%的原始读取准确性和2x150 bp读长,与HiSeq X的表现相当。  这个平台将包含两个模块,总体积达1立方英尺。一个模块将用于文库制备,能够在3.5小时内平行制备8个文库,且无人值守。文库制备卡盒将利用Illumina NeoPrep所使用的数字微流体技术。用户只需加入样品和引物。这个设备将带来8个单独的文库,或合并成一个文库,用于测序。  制备好的文库随后上样到测序卡盒中,其中包含CMOS芯片。测序大约需要3.5-13小时,具体取决于应用,随后结果可上传到BaseSpace云计算环境,进行数据分析。这个系统将由iPad驱动,因此可无线监控。  Firefly有望在2017年下半年商业化,售价低于3万美元,而每个样品的耗材成本约为100美元。Flatley表示,Firefly的产量达到1 Gb,使其特别适合靶向研究、耐药性监控以及个人基因组测序等应用。
  • 分析科学仪器助力!陨石中发现DNA的主要成分
    日本北海道大学的大场康弘(Yasuhiro Oba)和合作者研究发现,组成DNA和RNA必不可少的嘧啶碱基可能是由富碳陨石带来地球的。相关研究4月26日发表于《自然—通讯》。 组成DNA和RNA离不开两类化学成分,也称碱基。这两类化学成分是嘧啶和嘌呤,其中嘧啶包括胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶,嘌呤包括鸟嘌呤、腺嘌呤。 目前为止,只有嘌呤碱基和尿嘧啶在陨石中发现过。然而,研究人员在模拟星际介质——恒星之间的空间——条件的实验中发现了嘧啶,有人据此推测它们可能是通过陨石抵达地球的。 大场康弘和同事使用了专门针对碱基进行优化的小规模量化的先进分析技术,分析了3颗富碳陨石:默奇森陨石、默里陨石和塔吉什湖陨石。 除了之前在陨石中已检测到的化合物,如鸟嘌呤、腺嘌呤、尿嘧啶之外,他们还首次发现了达到十亿分比浓度的各种嘧啶碱基,如胞嘧啶和胸腺嘧啶。 这些化合物存在的浓度与模拟太阳系形成前条件的实验预测的差不多。 作者认为,研究结果表明,这类化合物可能是在星际介质中经由光化学反应产生的,随后又在太阳系形成的过程中融入了小行星。这些化合物最终通过陨石抵达地球,对于早期生命出现的遗传学功能可能起到了一定作用。
  • 基质辅助激光解吸电离质谱技术突破 新基质实现快速诊断
    疾病的非侵入性快速筛查方法在临床医疗领域中具有重要意义,可以实现疾病的早期发现。然而传统的方法难以实现短时间大量样本的检测,急需发展一种高通量的体液代谢物检测新方法。基质辅助激光解吸电离(MALDI)是一种高通量的电离质谱技术,MALDI质谱已经成为生物分析化学中不可或缺的工具之一,在生物活性小分子检测、代谢组学分析、小分子质谱成像等许多重要领域具有广泛应用。   在国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下,中科院化学所活体分析化学院重点实验室聂宗秀研究员课题组长期致力于开发高通量代谢小分子分析新方法,先后发展了用于基质辅助激光解吸电离质谱成像的新基质和新技术(Anal. Chem. 2018, 90, 729;Chem. Comm. 2018, 54, 10905),以及新型基质喷涂装置(Anal. Chem. 2018, 90, 8309.)。最近,他们开发了一种TiO2/MXene纳米材料新基质,建立了基于尿液中小分子代谢物的疾病快速筛查方法。利用该基质,他们提取了尿液样本的约550种代谢小分子图谱,结合机器学习算法的数据分析,显示疾病组和健康对照组之间小分子代谢物群的差异,正常组和疾病组的区分准确度为96.8 %,膀胱癌与尿路结石疾病之间的诊断准确率达到88.3 %。同时,他们还发现两组疾病在能量代谢通路,组氨酸、色氨酸代谢通路,嘌呤代谢路径,苯乙酸类化合物代谢路径中的46个小分子代谢物有显著差异,并鉴定出了其中的11个代谢物。相关研究结果发表于近期的Advanced Functional Materials期刊上(Adv. Funct. Mat. 2021, 31, 2106743)。第一作者是博士生陈俊宇,通讯作者是赣南医学院江丽霞教授、中科院化学所刘会会副研究员和聂宗秀研究员。
  • 施一公团队Science再发文 报道酵母剪接体三维结构
    p   2016年12月16日,清华大学生命学院、结构生物学高精尖创新中心施一公教授研究组于《科学》(Science)杂志就剪接体的结构与机理研究再发长文(Research Article),题为《酵母剪接体处于第二步催化激活状态下的结构》(Structure of a Yeast Step II Catalytically Activated Spliceosome),报道了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)剪接体在即将开始第二步剪接反应前的工作状态下的三维结构,阐明了剪接体在第一步剪接反应完成后通过构象变化起始第二步反应的激活机制,从而进一步揭示了前体信使RNA剪接反应(pre-mRNA splicing,以下简称RNA剪接)的分子机理。 /p p   由于真核生物中的基因编码区中存在不翻译成蛋白质的序列(称为内含子),染色体DNA转录出来的前体mRNA(pre-mRNA)并不直接参与蛋白质翻译,而是需要先将其中的内含子片段去除,才能进入核糖体进行蛋白质合成。内含子的去除需要通过两步转酯反应来实现:首先,位于内含子序列中下游被称为分支点(branch point sequence)的序列中有一个高度保守的腺嘌呤核苷酸(A),其2’羟基亲核攻击内含子5’末端的鸟嘌呤(G),于是第一步反应发生,形成套索结构 然后,5’外显子末端暴露出的3’-OH向内含子3’末端的鸟嘌呤发起攻击,第二步反应发生,两个外显子连在一起。通过这两步反应,前体信使RNA中数量、长度不等的内含子被剔除,剩下的外显子按照特异顺序连接起来从而形成成熟的信使RNA(mRNA)(图1)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0e590db1-7664-40b3-9508-9269cc1b944d.jpg" title=" 201612161410211731.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1 基因剪接反应示意图(图片来源:《Cell》) /p p   这两步化学反应在细胞内是由一个庞大、复杂而动态的分子机器——剪接体催化完成的。对于每一个内含子来说,为了调控反应的各个基团在适当时机呈现合适的构象从而发挥其活性,剪接体各组分按照高度精确的顺序结合和解离,组装成一系列具有不同构象的分子机器,统称为剪接体。根据它们在RNA剪接过程中的生化性质,这些剪接体又被区分为B、Bact、B*、C、P、ILS等若干状态。获取剪接体在组装、激活、催化反应过程中各个状态的结构是最基础也是最富挑战性的结构生物学难题之一。 /p p   2015年8月,施一公研究组率先突破,在世界上首次报道了裂殖酵母剪接体处于ILS状态的3.6埃高分辨率结构。2016年7月22日,施一公教授研究组在《科学》在线发表背靠背长文,首次报道了酿酒酵母剪接体分别处于激活状态(activated spliceosome,又称为Bact complex)和第一步催化反应后(catalytic step I spliceosome,又称为C complex)的近原子分辨率的剪接体结构,首次完整地展示了第一步转酯反应前后pre-mRNA和其中起催化作用的snRNA的反应状态,以及剪接体内部蛋白组分的组装情况。但是对于剪接体催化第二步转酯反应的细节,至今没有高分辨率的结构加以佐证。 /p p   在最新发表的《科学》长文中,施一公教授研究组捕获了性质良好的酿酒酵母剪接体样品,并利用先进的单颗粒冷冻电镜技术和高效的数据分类方法,重构出了总体分辨率分别为4.0埃的冷冻电镜结构,首次报道了酵母第二步催化激活状态下的剪接体结构。该结构的解析,进一步补充了mRNA剪接过程的关键信息,描述了从第一步转酯反应到第二步转酯反应过程中,剪接体催化反应活性中心内部组分的变化,以及关键蛋白的参与情况,为理解第二步反应所需的3’剪接位点是如何进入活性位点提供了重要的结构基础。值得关注的是,该结构的催化核心区域的分辨率达到3.5埃,第一次展示了转酯反应进行中的关键结构信息,填写了第二步转酯反应细节信息的空白。 /p p   2015年8月至今,施一公教授研究组共报道了剪接反应中5个关键状态剪接体复合物的高分辨率结构,分别是3.8埃的预组装复合物tri-snRNP、3.5埃的激活状态复合物Bact complex、3.4埃的第一步催化反应后复合物C complex、4.0埃的第二步催化激活状态下的C* complex以及3.6埃的内含子套索剪接体ILS complex。这5个高分辨率结构所代表的剪接体状态,基本覆盖了整个剪接通路中关键的催化步骤,提供了迄今为止最为清晰的剪接体不同工作状态下的结构信息,大大推动了RNA剪接研究领域的发展。 /p p   施一公教授为本文的通讯作者 清华大学生命学院博士后结构生物学高精尖创新中心卓越学者闫创业、医学院四年级博士生万蕊雪以及生命学院二年级博士生白蕊为该文的共同第一作者 生命学院二年级博士黄高兴宇参与了这项研究 电镜数据采集于清华大学冷冻电镜平台,计算工作得到清华大学高性能计算平台、国家蛋白质设施实验技术中心(北京)以及荣之联董事长王东辉先生的支持。本工作获得了北京市结构生物学高精尖创新中心及国家自然科学基金委的经费支持。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/265b7d28-fd8c-4b5c-b254-723cb115e514.jpg" title=" 201612161410211270.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 C* complex三维结构示意图 /p p br/ /p
  • 分子植物卓越中心等发现新型植物RNA低温感受器
    低温胁迫是限制植物分布的主要环境因素之一,感知低温信号是植物适应寒冷环境的基础。植物在低温中呈现出生长减缓、开花延迟等表型以适应低温环境。鉴定植物的冷感受器是解析植物低温感知分子机制的关键。   10月20日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/CAS-JIC植物和微生物科学联合研究中心研究员杨小飞研究组、东北师范大学教授张铧坤研究组,以及英国约翰英纳斯中心(John Innes Centre,JIC) 研究员丁一倞研究组合作,在《自然-通讯》(Nature Communications)上,发表了题为RNA G-quadruplex structure contributes to cold adaptation in plants的论文。   温度依赖的大分子结构变化决定生物大分子发挥细胞温度计的功能,如蛋白质、核糖核酸等。为寻找与温度感知有关的RNA结构域特征,科研团队对1000种植物转录组项目(1KP)的RNA序列开展研究。该研究对其中的906种陆生植物与环境因素的相关性分析表明,生长在低温地区的植物RNA中普遍富含鸟嘌呤(Guanine)。鸟嘌呤(G-rich)序列在体外可以折叠为特殊的鸟嘌呤四链体(RNA G-quadruplex,RG4)结构,耐寒植物中具有更多的RG4结构,暗示富含G-rich序列与植物的耐寒性有关。   为探究RG4折叠与冷响应间的关系,科研人员对模式植物拟南芥进行低温处理,并利用此前开发的RG4检测方法SHALiPE-seq对体内RG4折叠进行定量检测。结果表明,低温处理显著诱导植物体内RG4结构的折叠,证明植物RG4具有感知低温的能力。研究系统分析了拟南芥的mRNA降解组数据,发现包含有冷诱导RG4的mRNA降解速率明显降低,暗示RG4或抑制了mRNA的降解。为验证RG4结构在mRNA降解中的作用,科研团队挑选了一个受低温显著诱导的RG4基因,命名为CORG1。通过碱基替换将G突变为A,可将包含RG4结构的野生型wtRG4-CORG1突变为不能形成RG4结构mutRG4-CORG1基因。进一步研究发现,mutRG4-CORG1在冷胁迫中的降解速率显著高于wtRG4-CORG1的降解速率,证明低温诱导的RG4结构形成抑制mRNA的降解。同时,低温对mutRG4-CORG1的转基因植物的生长抑制也明显弱于wtRG4-CORG1的拟南芥,表明RG4结构突变降低植物对低温响应的敏感性。   综上所述,冷处理诱导植物mRNA的RG4折叠,进一步选择性抑制mRNA的降解从而减缓植物在低温环境下的生长速度。转录组中RG4结构的选择性富集帮助陆生植物感知低温信号,促进植物对寒冷环境的适应性进化。该研究迄今为止首次发现RG4结构抑制mRNA的降解,阐明了RG4结构的全新分子调节功能,且RG4结构是植物中发现的第一个RNA低温感受器。美国哈佛大学和耶鲁大学研究人员对动物细胞的同期研究工作表明,多种胁迫因素(如低温、饥饿)促进3’UTR的RNA结构折叠,并提高mRNA的稳定性(https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.03.03.482884v1)。这些研究暗示环境依赖的RNA结构折叠作为胁迫感受器,在自然界广泛存在。   研究工作得到国家自然科学基金、英国生物技术与生物科学研究委员会基金和欧洲研究委员会基金等的支持。耐寒植物中的RG4富集提高了植物对寒冷环境的感知能力
  • 便携式数字尿糖计登陆中国
    百利达公司日前宣布,其通过中国国家食品药品监督管理局核准的便携式数字尿糖计在中国正式上市。这个直接测量尿液中糖分含量的小仪器,6秒钟就能知道测量结果,可以帮助糖尿病患者实现方便、快捷的无痛血糖监测。   据最新的流行病学调查结果推算,中国现有糖尿病患者9240万人,有1.482亿人处于糖尿病前期,已成为全球糖尿病患者最多的国家,其中增长最快的是2型糖尿病。自我血糖监测(包括空腹和餐后血糖监测)是糖尿病治疗过程中的重要一环,有利于观察疗效和调整治疗方案。但是,由于传统测血糖时多次手指穿刺带来的疼痛和创伤,不少“糖友”的生活品质下降,有的因此放弃测量,导致目前在中国,有超过70%的2型糖尿病患者血糖控制不理想。   北京大学医学部公共卫生学院营养专家李榴柏教授表示,尿糖作为衡量血糖的间接手段,可以反映从上次排尿到这次排尿这一段时间的平均血糖水平。而且尿糖计对饭后高血糖监测更敏感,一旦餐后血糖超过肾阀值,这一瞬间的高血糖状态就能反映在尿糖中,可以给医生提供参考,有利于减少餐后高血糖引发的多种并发症,还可以据此调节运动和饮食,最终能帮助患者和高风险人群高效、可持续性地监测和控制血糖。   据研发专家介绍,虽然尿糖监测目前还无法取代血糖监测,但数字尿糖计无痛、无创、方便携带的优点,能减少“扎手指”(测血糖)次数,比如原来是周一到周五每天都要“扎手指”测血糖的“糖友”,使用尿糖计后,只需要周一、周三和周五进行手指穿刺,周二和周四可通过测尿糖进行监测。这将惠及包括孩子、老人以及疼痛不耐受者在内的广大“糖友”。(余锦境)
  • 单克隆抗体制备的基本原理与过程
    单克隆抗体制备的原理:B淋巴细胞在抗原的刺激下,能够分化、增殖形成具有针对这种抗原分泌特异性抗体的能力、B细胞的这种能力和量是有限的,不可能持续分化增殖下去,因此产生免疫球蛋白的能力也是极其微小的、将这种B细胞与非分泌型的骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞,再进一步克隆化,这种克隆化的杂交瘤细胞是既具有瘤的无限生长的能力,又具有产生特异性抗体的B淋巴细胞的能力,将这种克隆化的杂交瘤细胞进行培养或注入小鼠体内即可获得大量的高效价、单一的特异性抗体.这种技术即称为单克隆抗体技术。单克隆抗体制备的过程:免疫动物免疫动物是用目的抗原免疫小鼠,使小鼠产生致敏B淋巴细胞的 过程。 一般选用6-8周龄雌性BALB/c小鼠,按照预先制定的免疫方案进行免疫注射。 抗原通过血液循环或淋巴循环进入外周免疫器官,刺激相应B淋巴细胞克隆,使其活化、增殖,并分化成为致敏B淋巴细胞。细胞融合采用二氧化碳气体处死小鼠,无菌操作取出脾脏,在平皿内挤压研磨,制备脾细胞悬液。 将准备好的同系骨髓瘤细胞与小鼠脾细胞按一定比例混合,并加入促融合剂聚乙二醇。在聚乙二醇作用下,各种淋巴细胞可与骨髓瘤细胞发生融合,形成杂交瘤细胞。选择性培养选择性培养的目的是筛选融合的杂交瘤细胞,一般采用HAT选择性培养基。在HAT培养基中,未融合的骨髓瘤细胞因缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖转移酶,不能利用补救途径合成DNA而死亡。 未融合的淋巴细胞虽具有次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖转移酶,但其本身不能在体外长期存活也逐渐死亡。 只有融合的杂交瘤细胞由于从脾细胞获得了次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖转移酶,并具有骨髓瘤细胞能无限增殖的特性,因此能在HAT培养基中存活和增殖。杂交瘤阳性克隆的筛选与克隆化在HAT培养基中生长的杂交瘤细胞,只有少数是分泌预定特异性单克隆抗体的细胞,因此,必须进行筛选和克隆化。通常采用有限稀释法进行杂交瘤细胞的克隆化培养。采用灵敏、快速、特异的免疫学方法,筛选出能产生所需单克隆抗体的阳性杂交瘤细胞,并进行克隆扩增。经过全面鉴定其所分泌单克隆抗体的免疫球蛋白类型、亚类、特异性、亲和力、识别抗原的表位及其分子量后,及时进行冻存。单克隆抗体的大量制备单克隆抗体的大量制备主要采用动物体内诱生法和体外培养法。(1)体内诱生法 取BALB/c小鼠,首先腹腔注射0.5ml液体石蜡或降植烷进行预处理。1-2周后,腹腔内接种杂交瘤细胞。杂交瘤细胞在小鼠腹腔内增殖,并产生和分泌单克隆抗体。约1-2周,可见小鼠腹部膨大。用注射器抽取腹水,即可获得大量单克隆抗体。(2)体外培养法 将杂交瘤细胞置于培养瓶中进行培养。在培养过程中,杂交瘤细胞产生并分泌单克隆抗体,收集培养上清液,离心去除细胞及其碎片,即可获得所需要的单克隆抗体。但这种方法产生的抗体量有限。各种新型培养技术和装置不断出现,大大提高了抗体的生产量。单克隆抗体制备的意义:用于以下各种生命科学实验并具有医用价值(1)沉淀反应:Precipitation reaction(2)凝集实验:haemaglutination(3)放射免疫学方法检测免疫复合物(4) 流式细胞仪:用于细胞的分型和细胞分离.(5)ELISA 等免疫学检测(6)BIAcore biosensor:检测Ab-Ag或与蛋白的亲和力 .(7)免疫印记(western blotting)(8) 免疫沉淀:(9) 亲和层析:分离蛋白质(10) 磁珠分离细胞(11)临床疾病的诊断和治疗;
  • 爱拓-尿液比重折射仪成功被临床医学反兴奋剂中心应用
    摘要:介绍广州市爱宕科学仪器有限公司UG-&alpha 尿液比重测量仪,PAL-10S 数字式手持袖珍尿液比重折射仪两款产品在临床医学应该过程中所展示的功能及便携性。 关键词:尿液比重测量仪 液比重折射仪 优点:通过折光率与尿比重曲线,可以直接读取尿比重值,针对温度变化的自动温度补偿。 选型提示:人类、犬类、猫科等其折射率与尿比重的对应曲线是不同的,可以因检测对象不同对应选择相应的型号。 成功被应用单位举例:北京反兴奋剂中心 前言: 各界奥运会的举行,在兴奋剂检测工作中,由于兴奋剂药物及其代谢物的种类多,变化大,禁用的百余种药物以原体或一个或多个代谢产物的形式存在于人体体液中。而尿液检测的方法具有取样方便,检验快速准确,对人体无损害,在尿液中的残留药物浓度高于血液中的药物浓度以及其他干扰少等原因,使其成为兴奋剂检测中的一个重要手段。pH是尿液样本中的一个重要数值,它和尿液的比重值一起成为判断尿液取样真实性的重要监测指标。但是由于其浓度很低,检测仪器必须有极高的精确度以及良好的数据重复性。ATAGO(爱拓)临床折射仪主要应用于临床尿比重和血清蛋白检测,在临床应用中,尿检通常应用于肾功能评估、肝功能中血清蛋白指标诊断。体育运动员的尿检通常有小弟反应出其身体脱水状况,虽然不同的运动员结果有差别,但是常规数值在1.015-1.020之间。爱拓仪器公司的两款产品UG-&alpha 尿液比重测量仪,PAL-10S 数字式手持袖珍尿液比重折射仪因其良好的精确度和稳定性被世界多家兴奋剂检测实验室采用,更得到肯定好评.并且在临床医学应用领域取得卓越的成效。 尿液比重折射仪临床应用展示图: 猫狗专用尿液折射仪 体育运动员专用尿检测量仪,医院尿临床实验专用尿比重计 尿液比重折射仪参数展示: PAL-10S是迷你型数字式尿比重折射仪。易于操作,将样品滴在菱镜上面按开始键后测量值很快就可以显示。 型号 PAL-10S 货号 4410 测量范围 尿液比重 1.000 至 1.060 溶解值 尿液比重 0.001 测量准确度 尿比重标度± 0.001 测量温度 10 至 35° C (自动温度补偿) 环境温度 10 至 35° C 样本量 0.3毫升 测量时间 3 秒 电源 2 × AAA 电池 国际保护等级 IP65 无尘且对喷射水柱具防护作用 尺寸重量 55(W)× 31(D)× 109(H)毫米, 100公克(不含零件的重量) 选件 &bull PAL保管箱 : RE-39409 &bull PAL携带连 : RE-39410 UG-&alpha 尿液比重测量仪 新产品数字式尿液比重折射仪. UG-&alpha (alpha)这新款是以UG-1为基础制造. 将最小标度改进为0.0001. 型号 UG-&alpha 货号 3464 测量范围 尿液比重标度 1.000 至 1.0600最小显示单位 尿比重标度 0.0001 测量准确度 尿比重标度± 0.0010 测量温度 10 至 35° C (自动温度补偿) 环境温度 10 至 35° C 样本量 0.3毫升 测量时间 3 秒 电源 006P 干电池 ( 9V ) 国际保护等级 IP65 无尘且对喷射水柱具防护作用 尺寸重量 17× 9× 4公分, 300公克 (不含零件的重量) 结束语 尿比重是表示尿中溶解物质浓度的指标。测定尿比重可以粗略估计肾脏浓缩功能,尿比重的测定方法有多种,以往我们使用比重计法测尿比重操作较繁琐,后来由于折射仪法所需标本量少,结果判断方便,使用者很多,近几年,尿干化学分析仪检测法为尿液化学成分的检查提供了快速、可靠、客观。通过以上分析,ATAGO(爱拓)尿液比重折射仪在临床医学的应用得到了医学界广泛的认可。 本文来之:广州市爱宕科学分析仪器有限公司
  • DNA碱基家族或许迎来第六名成员
    西班牙科学家在最新出版的《细胞》杂志上撰文指出,或许存在着第六种碱基&mdash &mdash 甲基腺嘌呤(mA),其主要作用是确定表观基因组的性质,并因此在细胞的生命过程中发挥重要作用。   脱氧核糖核酸(DNA)是遗传物质的主要组成成分,一般认为,它由A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)和T(胸腺嘧啶)四种碱基结合而成,这些碱基组合成数千种可能的排序,从而提供了遗传多样性,使得活体生物呈现出多种多样的面貌和功能。   上世纪80年代初,由这四种&ldquo 经典&rdquo DNA碱基组成的家族中迎来了第五名成员:甲基胞嘧啶(mC),其源于胞嘧啶。mC的出现引发了科学家们极大的关注,并获得了广泛的研究。上世纪90年代后期,mC被广泛看成是表观遗传机制的主要原因:它能够根据每个组织的生理需要,打开或关闭基因。而且,随着研究的进一步深入,科学家们现在知道,作为一种重要的表观遗传修饰,mC参与基因表达调控、X-染色体失活、基因组印记、转座子的长期沉默和癌症的发生。   据每日科学网4日报道,西班牙Bellvitge生物医学研究所表观遗传学和癌症生物学计划负责人、巴塞罗那大学遗传学教授曼奈· 埃特雷在《细胞》杂志上发表文章,描述了第六种碱基&mdash &mdash mA存在的可能性,他认为,这种碱基也帮助确定表观基因组,并因此在细胞生命过程中发挥着重要作用。   埃特雷在论文中表示:&ldquo 早在数年前,我们就知道,在我们生物学上的远亲&mdash &mdash 细菌的基因组内就存在mA,主要作用保护其免受其他生物体遗传物质的入侵,但当时科学家们认为,这一现象只出现在原始细胞内。&rdquo   埃特雷继续解释说:&ldquo 现在《细胞》杂志发表的三篇论文表明,藻类、蠕虫以及苍蝇都拥有mA,这些生物的细胞像人体细胞一样都是真核细胞,说明人体细胞内也可能拥有第六种碱基。研究表明,mA的主要功能是调控某些基因的表达,因此,构成了一种新的表观遗传标记。在我们所描述的这些基因组内,mA的浓度都很低,但随着拥有高灵敏度分析方法的发展,使得这项研究成为了可能。除此之外,mA可能也在干细胞和发育初期发挥重要作用。&rdquo   研究人员表示,他们接下来打算对相关数据进行确认,以厘清是否包括人在内的哺乳动物也拥有这第六种碱基以及其作用究竟是什么。
  • 南开大学李功玉:我的质谱前十年,从“菜鸟球员”到“菜鸟教练”的奇妙之旅
    从收到中科大黄光明老师转发的贺老师邀请邮件至今,已过去数月有余。很遗憾没能赶上盛大的CNCP-2020《十年回顾》。思考了很久,也拜读了多篇优秀的CNCPer回顾文章,今天总算在南开园,敲下了《我的质谱前十年》这样一个平淡而真实的题目。一直在想是否用《我的质谱前半生》为题会更有吸引力。2012-2022,从中科大起步,踏入质谱分析的科研殿堂,我用了将近十年的时间,勉强完成了从一个质谱“菜鸟球员”(质谱分析方向的一年级研究生)到“菜鸟教练”(质谱分析方向的特聘研究员)的艰难转身。然而,时至今日,在CNCP中我仍然是一名初学者,每天都在继续学习蛋白质组学及相关技术,争取成为一名合格的CNCPer。很荣幸能成为第三代CNCPer一员,也特别感谢贺老师和黄老师给予这样宝贵的平台与机会,我也得以从繁杂的课题组事务中偷得片刻闲暇,在2022年11月的某个傍晚晚饭过后,关上办公室透着微光的玻璃门,放下《视频会议中///请勿扰》的警示牌,随手开了一瓶“82年”的可乐,开始回顾这十年的点点滴滴与细细碎碎。这篇波澜不惊的流水账,期待能给大家茶余饭后带来些许谈资笑料,足矣。如能给年轻的CNCPer学生朋友们带来些许借鉴或者经验教训,也是我内心深处最大的满足啦。  梦起中科大:初识基础质谱  中科大是一个令人魂牵梦萦的地方。出国率高、理科强校、数不清的第一名,对于一个“菜鸟”研究生来说,这些就是中科大耀眼的标签。由于怀揣一个出国梦,因此选择了考研中科大并最终以专业第一的成绩被录取(后来才知道很多同学是保研进来的,根本就不用跟我们pk)。2012年3月底第一次来到科大见到年轻的黄老师。当时在教学楼与黄老师第一次见面聊了一个多小时,初步印象是,黄老师皮肤很好,人也很好。我感觉自我回答很完美的一个问题是:为什么选择分析化学而不是有机化学等其它方向(是因为分析轻松吗)?我说,分析方向相对绿色环保、无毒无害,但是要想出重要成果,肯定要付出加倍努力才行(多么朴实无华的表态)。在我自己当过好多次面试官以后,我才发现自己当时的回答有多么强烈地抓住一位年轻老板的心(此处手动偷笑中)。自此被黄老师选中,追随着黄老师的脚步,在黄老师入职科大大约半年后,我也顺利成为了Huang Lab的第一届硕士研究生。(其实我第一位联系的是邓兆祥老师,当时官网上还没有出现黄老师的太多信息。现在回想起来也要感谢邓老师的推荐,才得以有机会进入质谱分析行业。)  图1. 在Huang Lab搭建的第一个CE-ESI-MS接口装置图。  在中科大这五年,在黄老师的指导下,在科研课题方面,很惭愧仅干了三件小事:1)第一个课题是关于毛细管电泳-质谱接口开发,近乎失败告终(图1,后来课题转给师妹,共同作者发表1篇RCM) 2)基于非接触式电喷雾离子化技术,提出了In-cell MS的概念(原位细胞蛋白质谱,借鉴了当时很火的in-cell NMR),实现了细胞内高表达蛋白的直接进样质谱分析(图2和图3,发表2篇Anal Chem,其中图3是博士毕业前3个月,拿到了博后offer之后等签证过程中的一个quick publication) 3)发展出毫秒级微电泳理论(可能与第一个失败的电泳课题有关)与毫秒级电磁感应加热理论,并整合离子淌度质谱(访问密西根大学),实现了溶液蛋白高级结构动态变化的在线质谱实时监测(发表1篇Anal Chem)。  图2.在Huang Lab搭建的脉冲高压电源电路图、In-cell MS及高通量非接触式电喷雾装置图图3. 博士毕业前3个月发表的一篇Anal Chem  中科大读博期间,有太多的难忘时刻。正如我的博士毕业论文上青涩的文笔所描绘的那般场景,我们致力于发展一种新型的蛋白质质谱监测方式,力争实现细胞内蛋白质的原位、快速监测与结构分析,核心的解决思路是利用超强抗基质干扰能力的离子化方法,并在活细胞内金属蛋白与配体相互作用等方面做了初步的尝试。至今仍会为尝试了6个月差点放弃的全细胞电喷雾实验而突然看到蛋白信号的那一瞬间所触动,起初黄老师和我自己其实都并不太确定最后能拿到信号。6个月的时间里,我们尝试了除了稀释样品外的几乎所有可能想到的方案,直到有一天,我不小心把细胞稀释液给配稀了3个数量级(“失误”),隐隐约约在杂乱的氯化钠团簇离子背景峰中,看到了几个与众不同的多电荷态峰。虽然那时候的信噪比奇差无比,我顿时就预感了成功就在眼前了。剩下的只是参数优化而已。这个课题当时是和中科大化学系刘扬中老师课题组合作的,翻到当时给刘老师的邮件(图4),当时还起了一个特别诗意的名字,One Spray One Separation。这个课题后来我总结起来,还是自己受限于思维定势了,当时一直想着寄希望提高样品量以此获得信号,不曾想过稀释、降低浓度可以减少干扰、提高离子化效率,毕竟惯性思维(思维定势)告诉我,细胞内的蛋白太少了。可是质谱是一个超高灵敏的检测仪器,甚至可以实现单个分子水平上的离子信号监测。虽然后来我们开复盘会的时候,有朝这个方向思考,不过最终并没有进一步实施,后来Albert Heck等相关课题组在charge detection-mass spectrometry(CDMS)仪器上就实现了类似的设想(发表了一系列高影响力文章)。(欲了解相关可点击:电荷检测质谱技术进展)  总结而言,中科大的这段时光是质谱梦的开端,在黄光明老师的指导下,我学会了基础质谱的相关知识,尤其是离子源方面。在黄老师自由宽松的学术氛围下,一切似乎都是那么从容,我可以做自己想做的课题,可以尝试自己不靠谱的想法,这种和谐的科研环境让我很多时候都觉得博士生活并不是人们宣扬的那样枯燥与无趣。这份心态陪伴我渡过了一个又一个关键的时间节点:2014年4月第一篇文章的发表,2015年6月第一次看到细胞内冷应激蛋白的信号,2015年12月与斯坦福大学Richard Zare教授在南京第一次面谈,2016年3月校青年基金获批,2016年4月成功抵达密歇根大学安娜堡分校Brandon T. Ruotolo教授实验室,2016年10月Anal. Chem.接收,2017年4月提交博士毕业论文。  图4. 2015年6月17日首次看到全细胞喷雾钙调蛋白的信号之后,给合作导师刘扬中老师的邮件  寻梦安娜堡:启蒙结构质谱  安娜堡给人的感觉就像是初恋,砰然心动、短暂相伴却也刻骨铭心。在个人职业发展方面,也特别感谢黄老师的大力支持,成功前往密西根大学进行短期交流。这次作为访问学生的身份前往安娜堡的经历,对我的人生走向起着至关重要的作用,彷佛打开了新世界的大门。我可以把所有的事情写成回忆录、拍成照片视频等共享,然而这种认识新事物的过程与体验,若非本人经历是无法体会的。  作为访问学生,第一次去美国,一切都充满未知,语言、饮食习惯、生活和社会环境,每天都给我带来冲击。当时Brandon刚好过了tenure考核,正在学术休假。因此与他直接面对面的交流机会并不多。大多数时间都是跟着实验室师兄师姐们学习离子淌度质谱。很庆幸在此期间接受了离子淌度理论、非变性质谱样品制备以及质谱数据采集及数据处理等方面的系统训练。短短的四个月时间,太多令人回忆起来觉得温暖的瞬间,报到那天是4月11日,负责帮我办手续的HR上来就是一句happy birthday,随后就拿到了后来失而复得的两张UM校园卡(图5)。2016年参加了人生第一次ASMS会议,一个人感受经济舱(第一次坐那种只有二三十个座位的小型客机)、乘坐灰狗长途汽车、换乘短途Uber穿梭在美国中西部大玉米地之间,安娜堡、普渡、俄亥俄州立以及UIUC香槟多个校区,朝发夕至。  图5. 两张UM校园卡(其中一张属于遗失又找回)  图6. ASMS-2016 Ruotolo课题组圣安东尼奥聚餐  翻看着旧照片,思绪万千。2016年和2019年,两次到访Ruotolo Lab,体验截然不同。图6是第一次访问时随课题组参加当年的ASMS年会,在圣安东尼奥(德州)当地一家牛排店,课题组聚餐前的大合影。那一次会议对我来说突如其来,规模之大、交流之深,完全超出我对学术会议的预期,由于我没有做好充分准备,一切都猝不及防,走马观花、热闹过场,却也收获了一批一面之交的、之后时不时线上交流的学术网友。学术上,我的结构质谱是从这里开始的,Ruotolo Lab教会了我离子淌度质谱的基础知识。在做文献阅读时我被Brandon发表在JACS和Angew上的三篇Hofmeister盐调控蛋白结构的文章所深深吸引。作为一个初学者,最快入门的方式就是模仿与重复别人的代表性实验。当时我对此执念很深,因此就开始动手重复那些让我痴迷的实验。Brandon那三篇文章主要是聚焦在盐本身对蛋白的一级质谱的信号挖掘,包括寡聚体组成以及碰撞横截面积CCS的变化等信息。我当时就很想知道,这些盐如果真的调控了高级结构,是否这些盐也能调控复合物拓扑学组装结构?我当时有一个猜想:有没有可能在特定盐的喷雾条件下,复合物的拓扑学结构能够得到更好的保护?因为在结构质谱领域,一直被人诟病的一个地方,就是我们直接测量的是脱溶剂条件下的结构,与溶液相真实结构之间必然存在差异。而这种差异具体有多少,尚缺乏有效的定量评估方法以及通用的差异缓和措施。  图7. 附带普渡大学Graham Cooks院士真迹的实验记录本  一次实验中我意外地发现,当我在经典的非变性质谱溶液中,加入低浓度的碳酸氢铵时,神奇的现象出现了:血红蛋白四聚体复合物的气相解离路径发生了显著变化。传统条件下,几乎所有文献和实验都会相信,四聚体会解离成单体和三聚体,这种解离路径与其溶液中“二聚的二聚”的结构特点是相矛盾的。而在我调整Hofmeister盐条件之后,这种传统认知被打破,四聚体优先解离为二聚体,而这恰恰是溶液相拓扑学结构的真实情况。在我去Purdue访问Aston Lab以及去Ohio State University访问Wysocki Lab时,分别与Graham和Vicki谈论了我当时引以为傲的新发现,试图从两位SID发明人那里得到机制解析方面的帮助。两位都对这个现象表示感兴趣,Graham还用一张便签纸写下了他从电荷态分布的角度给我的一些猜想建议(图7)。第一次观测到这个新现象是大约在抵达安娜堡一个月内。Brandon对此非常谨慎,为了说服他,我接下来的访问时间里,做了至少十种不同复合物体系,并从各种不同的侧面去试图解释这里到底发生了什么。正如博士导师黄光明老师经常在组会上说的那样,咱们做科研的,没有人会相信魔术。后来经过接近2年的断断续续补充实验(图8),我们发现这可能和pH改变之后邻近的双硫键易发生交联有相关性,最终Brandon选择将文章发表在IJMS的一期结构质谱约稿专刊上(尽管我当时有一万个不愿意,从一个初学者的执拗与不成熟的角度看,这种新奇的发现怎么都可以发到一个影响力更高的杂志上)。  图8. 论“喷针质量对于非变性结构质谱实验成功重要性” ——UM实验记录本  2019年夏天,在美国质谱学会博士后职业发展奖的支持下,我再次来到Ruotolo Lab,再次感受安娜堡夏天的尾巴。只是这次是短暂的两周交流,来之前我就一个一个联系之前一起住在Arbor Village、周末一起打球的好朋友们,包括现在已经回到浙大任教授的优秀结构生物学专家张岩老师(青千、长江、青年973首席科学家),只是大家大都已经搬走离开或已回国。我自己选择住在一个更远的、公交车可以直达的地方,想着进一步感受安娜堡downtown远端的生活。这一次,UM给我重新启用之前的学号,课题组安全培训表上我的两次签名之间竟然还没有翻页(亲切感油然而生!),实验室也仍然沿用之前大家商量安排质谱机时的传统(图9)。这一次我来的主要任务是学习结构质谱指引下的分子模拟方法(图10),然而很遗憾,两周的时间还是太过短暂,我并没有完全掌握分子模拟本身,在课题组成员的帮助下,我只基本掌握了在拿到分子结构后,如何用我们的结构质谱数据去匹配、筛选、构建气相条件下的蛋白结构。而图10是当时我在离开安娜堡之前,为了防止我离开课题组以后就忘了怎么做,带我做模拟的Chae要求我在黑板上写下来的工作流程。这一张照片已经成为了我实验室(LimsLab)分子模拟初学者的第一手教材。看着图5的校园卡,猛然发现,还在有效期内,期待疫情过后,重返安娜堡的画面。  图9. Ruotolo课题组安全培训记录(2016+2019)与质谱实验安排表。  图10. 结构质谱指引下的分子模拟过程(2019年8月,写于安娜堡Ruotolo Lab)。  驻扎麦迪逊:感受定量质谱  麦迪逊的经历印象深刻,酸甜苦辣,受益终生。从2017年8月至2021年1月,我在麦屯过了四个中国年。期间没有回国,后来疫情来了,也就直接放弃了回国休假的打算,直到回南开的那一天。麦屯是全美宜居幸福指数排名第一的城市,也是我人生中待过时间第四长的一个城市,同时也是我在美国待过时间最长的一个城市。难忘的生活细节太多,也认识了超级多好朋友兄弟姐妹。竟然一时间不知从何处下笔。今天回想起来,还是觉得时间过得太快,过去四年的时光历历在目,仿佛一切就在昨天。  图11. 博士后导师Lingjun赠送歌手赵雷亲笔签名CD,2019年3月23日,药学院办公室。  非常荣幸加入李灵军老师课题组Li Lab进行博士后训练。印象中Lingjun一直都非常忙,Li Lab课题组大小事务都要操心,几乎每天都工作到凌晨两三点,在凌晨收到李老师的邮件或者信息也不足为奇,当然如果你的邮件被淹没在茫茫list中也偶有发生。记得当时联系李老师申请博后位置,李老师就是在我发送第二封邮件时才回复。Li Lab课题组的研究兴趣广泛,但是以定量质谱方法开发为核心,Lingjun在这个方向上还获得了美国质谱学会ASMS专门给中青年科学家设立的、一年仅颁发一位的重量级奖项Biemann Medal(李老师获得的荣誉如果全部列出来,将占据我这篇文章一半以上的篇幅,建议感兴趣的读者请自行查阅)。Lingjun最让我佩服的一点是,可以常年不花时间锻炼身体,却似乎从来不感冒不生病,一年365天铁人般坚守在工作岗位上。平时的爱好,主要是追追星(图11,赵雷)以及朋友圈发发美食美景和美图。  犹记得当时,刚好前期主要负责离子淌度相关方向的贾辰熙师兄回国(现任北京蛋白质中心独立PI),而我在Brandon那边有一些离子淌度的训练背景,加上有NIH的基金需要这个方向继续发展,最后顺利进入了Li Lab,成为麦屯定量质谱大团队的一员。李老师备受领域内同行的尊敬与认可,作为李老师的学生与课题组成员,我们也深得其益,每次出去开会提到Madison Li Lab就能得到wow的大声回应,而我自己也得益于Lingjun的reputation,成功申请到ASMS的博士后职业发展奖(Postdoc Career DevelopmentAward)。这对于我的职业生涯确实起着很大的鼓舞作用,并以此为契机,推动着后面的每一步探索。  图12. “快速入门”的一篇文章(手性修饰质谱方法学开发)。  博后期间,协助指导了几名研究生,负责维护管理离子淌度质谱Synapt G2,参与撰写了几份NIH基金并发表了五六篇论文,代表Li Lab在ASMS年会上做了两次口头报告。科研方面,总结起来,很惭愧在Li Lab仅干了以下两件小事:  (1)定量质谱方向,一事无成,只是在最后一年时间里(拿到南开的offer之后回国之前),跟着实验室的小伙伴们,学会了4-plex DiLeu的简单合成与组学定量应用,没有在这个方向上帮助Li Lab做出任何贡献(而我自己到今天还在后悔,如果给我更长的时间,我一定会把蛋白组学样品制备、数据处理、定量测量等方面加强,组学质谱技术太强大了!)。当然,在我现在自己课题组LimsLab,我正在弥补这个遗憾,我的学生们目前也正在DiLeu定量质谱的道路上摸索着前行,争取能将DiLeu探针推广到完整蛋白标记领域中。  图13. “厚积薄发”的一篇文章(纳秒光化学点击反应助力原位蛋白质谱分析)。  (2)结构质谱方向,三年多的时间里,主要在以下三个方面取得一点小的进展:发展了面向蛋白结构微小差异的高通量构象操控新策略AIU(发表1篇AC+1篇JASMS) 借鉴印第安纳大学Clemmer Group多维分离单糖小分子的思路,发展了多维差异放大结构质谱新策略,并成功应用于手性多肽的快速结构拆分(图12,如果没记错,这是Li Lab近年来的第一篇Nat. Commun.) 受荧光热电泳实验启发,开发了质谱兼容的纳秒光化学点击反应,实现了蛋白原位检测与结构标记分析(图13,如果没记错,应该是Li Lab近年来的第二篇Nat. Commun.)。前两个工作我现在的学生也在follow,似乎他们现在很喜欢使用相关的技术方法,而第三个工作,我当时在Li Lab协助指导的博士生也跟着拓展,应用到小分子代谢物的检测分析中,今年发表了一篇AC。第二个工作我把它标注为“快速入门”,第三个工作则为“厚积薄发”,主要原因在于课题的完成过程截然不同,前者的关键数据是在我抵达麦屯一个多月就拿到了(美国入境签证为证,哈哈哈),而后者则是我构思了很长时间的一个idea(2017年开始构思),经过漫长的摸索调整,才以最终发表的样子呈现在大家面前。  2020年2月,一场突如其来的新冠疫情席卷全球。所有人的生活方式均因此而改变。犹记得最后一次驱车前往UIUC校园,Jonathan Sweedler实验室使用TIMS仪器就是2月底,当时还特别幸运,在大玉米地香槟这座城市遇到了受Jonathan邀请来化学系做特邀报告的Dick Zare(图14,右下倒数第二张)。这也是除了我去斯坦福Zare Lab访问期间与Dick在美国的唯一一次会面。从此之后,大家经历了居家办公、线上组会、带薪休假的艰难岁月,后来给南开投了第一封求职信便很快收到学院回复,再后来就是和Li Lab的各位小伙伴线上告别(图14,Lingjun很贴心地拼贴了我们故事的点点滴滴,包括第一次线下和李老师在海口国际分析化学年会见面的青涩照片,右下,太感动啦)。  图14. 2021年1月,与Li Lab的各位小伙伴们线上告别。  南开再起航:创办LimsLab  南开是一个既熟悉又陌生的全新环境,无限可能、机遇大于挑战,因此充满期待。南开化学在我投递求职信的第二天就给了我面试通知,并在面试后一周内毫不犹豫地通知我通过了学院的面试。我也在随后毫不犹豫地接受了这份来自南开的爽快offer。于是开始筹建实验室,回国前就在构思自己实验室名字,博后实验室叫Li Lab,最后把自己的实验室叫做LimsLab(图15),寓意为Li-MS-Lab或者Li-IMS-Lab。如其名,LimsLab将打造以离子淌度质谱为核心技术的大分子结构质谱分析实验室。  图15. 南开大学大分子结构质谱分析实验室Logo。  2021年2月25日,我第一次来到天津,第一次来到南开,高效完成了各项报到工作。至此,可以算得上是完成了从“菜鸟球员”到“菜鸟教练”的角色转换。虽然之前也曾帮助实验室做过一些相关的服务工作,而只有此次真正完成角色转变之后,我才深刻意识到一位导师所面临的事物有多繁杂,尤其是对一个从毛坯房白手起家的“菜鸟教练”(图16)。每次被要求填写业余爱好时,我都会毫不犹豫地写下“篮球”这两个字。如果把科研事业当成篮球爱好,首先要建好球场,然后要招募球员。而在这些工作之前,最为重要的是,作为这样一个身兼数职的“菜鸟教练”,虽然有学校给提供的start-up启动经费,还需要时时刻刻思考着如何“融资”,而不断构思着说服“资本家们”给你投资的理由。  庆幸的是,在各位同行专家的大力支持与鼓励下,经过快两年的摸爬滚打,LimsLab目前运转逐渐步入正轨,课题组目前拥有操作室(图17)、质谱室(图18)、制样室(图19)、细胞间和学生办公室等多个活动空间,仪器设备有适用于蛋白组学高通量定量分析的Orbitrap Eclipse(依托生科院)、Fusion Lumos(依托药化生国重),有高分辨结构质谱离子淌度仪Cyclic IMS(依托海河实验室)和经典结构质谱仪Synapt G2(依托国重),近期也着手采购非变性大分子结构质谱QE UHMR仪器。同时,实验室的小伙伴们还一起盲盒般开箱了一台适用于离子源等方法开发的Orbitrap二手质谱仪器(图20)。除配套设备外,LimsLab课题组目前经费充足,拥有研究生和科研助理十余名科研人员,现亟需在定量蛋白组学、合成化学和计算模拟化学等方向的博士后研究员加入,以充实、完善LimsLab队伍,尽快提升团队的整体科研素养与综合水平。待遇由你定,要求仅一条,那就是对高水平科研工作有足够的热情与向往。  随附LimsLab课题组网站:https://www.x-mol.com/groups/gongyu_li  同附PI联系方式:李功玉(ligongyu@nankai.edu.cn)  再附PI简介:李功玉,南开大学化学学院,研究员、博士生导师。入选国家高层次青年人才计划(2021)、主持科技部重点研发青年项目(2022)。2017年毕业于中国科学技术大学,获理学博士学位。 2017年至2021年在美国威斯康星大学麦迪逊分校开展博士后研究。2016年和2019年两次前往美国密西根大学安娜堡分校交流访问。2021年2月加入南开大学化学学院,成立LimsLab课题组,研究方向为大分子结构质谱分析。图16. “菜鸟教练”的必修课之毛坯实验室装修(拍摄于2021年3月)。图17. 南开大学LimsLab实验室操作室(拍摄于2022年11月)。图18. 南开大学LimsLab实验室质谱室(拍摄于2022年11月)。 图19. 南开大学LimsLab实验室制样室(拍摄于2022年11月)。  图20. 南开大学LimsLab实验室成功自主拆机(拍摄于2022年11月)。
  • 奇思妙想 超声波仪器可测尿急
    俄罗斯研究员可克里维斯基博士发明了一种超声波仪器,可以随时检测儿童膀胱里的尿量,方便父母们有充裕的时间为孩子找厕所。 这个仪器可以佩戴在孩子的腰间部位,设定测量尿量的频率后,父母亲就能安心带孩子出门了。仪器会定时测量尿量,并把信息即时发送至家长安装在手机里的应用程序。 可克里维斯基说,每个孩子的生理情况不同,有些孩子膀胱的尿量不多就感到尿急,有些则相反。因此,仪器在佩戴前,需要几天的时间设定基准。预计该产品会在不久的将来投入市场。
  • 最新研究:石墨单分子层孔道DNA测序法
    美国国家标准与技术研究院(NIST)近期提出了一种高效、精确的DNA测序方法。通过将DNA分子从超薄的石墨片层结构的孔洞中拉动,通过测量石墨孔洞边缘产生的电位变化,从而实现高速、高精度、高效率的DNA测序。该方法不同于以前的桑格尔测序法以及第二代第三代测序法。相关工作发表在《Nanoscale》上。  NIST的研究表明,该方法可以在一秒钟时间内,识别约660亿个碱基, 而且有90%的准确性,并且没有假阳性(false positive)。现在的这个测序还仅仅停留在概念层次,如果真的能够被实验证明,该方法可能最终会比会常规DNA测序更快和更便宜,是真正面向未来的测序方法。  在20世纪70年代开发的常规测序,涉及分离、复制、打标签和DNA的重组件,来读取的遗传信息。NIST的新方法则基于将DNA拉过纳米孔道的理论。这个概念 开创于20年前,基于带电粒子(离子)通过纳米通道,会引起电位的变化。时至今日,这个想法仍然很流行,但会造成诸如不必要的背景电流信号噪声、或干扰,也面临着选择性不足的挑战。  相比之下,NIST的新测序流程,是要建立临时的化学键,依靠石墨烯的能力,从打破这些化学键,将机械应变信号转变为电流信号。这实际上是一个很小的应变传感器,科学家认为他们虽然没有发明完整的技术,但是提出了一个新的物理原则,即有可能是远远优于其他测序方法。由于它的电性能和小型化的薄膜结构,石墨烯是在纳米孔测序概念中非常合适。在新的NIST法,石墨烯纳米带(4.5X15.5纳米)上有多个纳米孔道(2.5纳米宽),其中可以通过碱基。  使用计算机模拟该系统在室温下在水中进行测序,胞嘧啶附着到纳米孔,可以检测到鸟嘌呤。甲单链DNA分子从纳米孔通过,当鸟嘌呤通过是,与胞嘧形成啶氢键。当DNA的不断移动,石墨烯被猛拉,然后滑回原来的位置,键锻裂,从而出现电流变化。  研究人员利用与理论相结合的模拟数据,来估计可测量信号变化的水平。信号强度是在毫安范围内,比早先的离子电流的纳米孔的方法信号更强。基于90%的准确率的性能,而无需任何误报(没有假阳性),研究人员认为,相同的DNA链的四次独立的测量将产生99.99%的精度,可以达到测序人类基因组所需要的精确度。  理论分析表明,基本的电子过滤方法,可以分离出有用的电信号,而不需要复杂的数据处理,或其他严格限制的操作条件。除了连接碱基,纳米孔,所有的传感器组件已通过其他研究小组用实验证实可行。这项研究的作者得出结论,该测序的新概念充满了希望,这可能是新一代颠覆时代的新概念。
  • 青海湖鸟岛建成一座大气环境综合性观测塔
    近日,一座综合性大气环境观测塔在青海湖鸟岛景区建成。这是中国科学院地球环境研究所和青海湖景区管理局共同协作,首次在青海湖高寒封闭湖泊流域建成的综合性大气环境观测塔,也是属于国家科技支撑计划《青海湖流域生态和环境治理技术集成与试验示范》项目中的生态环境监测系统大气观测塔。   综合观测塔位于青海湖鸟岛景区,塔高13米,观测平台置于12米水平。并在不同时期进行不同目的和强度样品采集对其进行物理化学分析,解析影响大气变化因子,获得大气环境质量长期变化趋势。通过这些观测研究,分析自然变化、人类活动和生态环境变化之间的相互影响,对进一步查清青海湖流域生态和环境退化的根源、类型及其程度,科学合理地进行生态环境综合治理规划,以及实施可持续发展战略具有重要的科学价值和实践意义。
  • 浅谈小核酸的固相合成
    近年来由于核酸修饰和递送载体的突破,带来了变革性疗法的创新浪潮,其中被认为是继小分子药物、抗体药物之后第三代创新药物核酸药物迎来了爆发式增长,其优势在于广泛的可成药靶点、特异性强、安全性高、效果持久、开发成功率高和制造成本低等。寡核苷酸药物,即小核酸药物,是由十几个到几十个核苷酸串联组成的短链核酸,目前小核酸药物主要包括 RNAi 药物和 ASO 药物,作用于pre-mRNA或mRNA,通过干预靶标基因表达实现疾病治疗目的。目前小核酸药物大多通过亚磷酰胺三酯合成法进行合成。化学合成按照3'-5'的方向进行。常用的固相载体为可控微孔玻璃珠(CPG)或者聚苯乙烯微珠(PS beads),固相载体通过linker与初始核苷酸核糖的3'-OH共价结合,而核糖的2'-OH用诸如叔丁基二甲基硅基(TBDMS)的保护试剂进行保护,或是核糖的2端有甲氧基、F代、甲氧乙基等修饰,5'-OH则用双甲氧基三苯甲基(DMT)保护。此外,由于腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶存在伯氨基团,也需要用酰基试剂(例如苯甲酰基)进行保护。固相合成每个循环主要包括四个步骤:脱保护、偶联、氧化和加帽。第一步 脱保护(Detritylation)使用溶解在二氯甲烷/甲苯中的二氯乙酸(DCA)或三氯乙酸(TCA)移除核糖5端的DMT基团,暴露5'-OH,以供下一步偶联。脱保护时间取决于流速和柱子尺寸,反应时间不够/脱保护剂酸性太弱会产生n-1杂质(与完整长度为n的寡核苷酸相比仅相差一个核苷酸);反应时间太长/脱保护剂酸性太强则导致序列中脱嘌呤的产生。反应完成后,用乙腈洗涤去除残留的脱保护剂,此步骤中乙腈含水量一般小于20ppm,乙腈需要使用较高流速去冲洗合成柱,脱保护试剂冲洗不干净导致n+杂质的产生。第二步 偶联(Coupling)合成目标的原料,亚磷酰胺保护核苷酸单体,与活化剂四氮唑混合,得到核苷亚磷酸活化中间体,它的3端被活化,5端羟基仍然被DMT保护,与溶液中游离的5端羟基发生偶联反应。为了保证较高的总产率,每个循环中都需要有较高的偶联效率。n-1杂质是偶联中最常见的杂质,它们是偶联效率低于100%的结果。与FLP相比,更高分子量的杂质(例如n+1)也存在于偶联步骤中,n+杂质的形成归因于活化剂四氮唑的弱酸性能移除一部分亚磷酰胺溶液中的DMT基团。第三步 氧化(Oxidation)偶联反应后新加上的核苷酸通过亚磷酯键(三价磷)与固相载体上的寡核苷酸链相连。亚磷酯键不稳定,易被酸、碱水解,在下一个循环的脱保护酸性环境中不稳定,因此需要被氧化成稳定的五价的磷。磷酸二酯键中的2-氰乙基保护基团可以使其在后续合成中更稳定。常用碘溶液将亚磷酰转化为磷酸三酯,得到稳定的寡核苷酸。此外通过将一个硫原子转移到P(三价)上也可以将其转化为P(五价),从而形成硫代磷酸酯键。氧化剂与固相载体的接触时间通常为1-4分钟。第四步 加帽(Capping)由于不可能达到100%的偶联效率,仍存在脱保护后没有反应的5'-OH活性基团(一般少于2%),如果不加处理,那这些基团在下一个循环中仍能发生偶联,产生n-1杂质。通常使用两种试剂(通常使用醋酸酐和N-甲基咪唑的混合液作为加帽试剂)来酰化5'-OH。经过以上四个步骤,一个核苷酸碱基被连接到固相载体的核苷酸上,再以酸脱去它的5'-羟基上的保护基团DMT,重复以上步骤,直到所有要求合成的碱基被接上去。核酸合成系统就是将上述一系列化学合成过程进行自动化,精准化可控制的设备。仪器主要由柱塞系统泵、试剂阀、单体阀、试剂循环阀、紫外检测器、电导率、惰性气体控制盒、压力监测器、合成柱及软件控制系统等多个部分组成。大规模寡核苷酸合成系统采用流穿合成技术,泵精度高,规模广泛,滞留体积低,适用于不同规模和类型的寡核苷酸。其以灵活简便的方式创建和转移方法,为工艺开发和优化提供支持,同时系统先进的数据处理能力和分析工具可高效监测和控制合成。英赛斯大规模核酸合成系统
  • Nature|天津工生所:新一代碱基编辑技术开发获进展
    碱基编辑(base editing,BE)作为前沿的基因组编辑技术,能够在基因组水平上实现精确、高效的单碱基编辑。该技术广泛应用于基础研究、基因治疗和细胞工厂构建等领域。常用的DNA碱基编辑器主要是通过将可编程的DNA结合蛋白(如Cas9)与碱基脱氨酶融合实现的,包括胞嘧啶碱基编辑器(CBE)、腺嘌呤碱基编辑器(ABE)以及糖基化酶碱基编辑器(GBE)等,可以实现C-to-T、A-to-G以及C-to-G等种类的碱基编辑。然而,这些碱基编辑器是针对C和A碱基的直接编辑,且所包含的脱氨酶可能导致非Cas9依赖的DNA或RNA脱靶。 中国科学院天津工业生物技术研究所研究员毕昌昊带领的合成生物技术研究团队,联合研究员张学礼带领的微生物代谢工程研究团队,开发了不依赖脱氨酶(deaminase-free,DAF)的碱基编辑器DAF-CBE和DAF-TBE,分别在大肠杆菌中实现C-to-A、T-to-A的碱基颠换,在哺乳动物细胞中实现C-to-G、T-to-G的碱基颠换编辑。 该研究通过定向进化改造了人源尿嘧啶糖基化酶(UNG)的两个突变体UNG(N204D)和UNG (Y147A),获得了两种高活性的DNA糖基化酶,分别可以作用于胞嘧啶碱基的CDG4和胸腺嘧啶碱基的TDG3。进而,研究将这两种DNA糖基化酶与nCas9(Cas9、D10A)融合,构建了CDG4-nCas9和TDG3-nCas9两种碱基编辑器,用于在大肠杆菌中进行C-to-A和T-to-A的编辑。实验结果显示,CDG4-nCas9和TDG3-nCas9在大肠杆菌中的编辑效率最高分别达到58.7%和54.3%。进一步,研究针对Homo sapiens密码子优化版本的CDG4-nCas9和TDG3-nCas9,在HEK293T细胞中实现了C-to-G和T-to-G的颠换编辑,编辑效率分别达到38.8%和48.7%。这两种编辑器的脱靶效果低于常用的胞嘧啶碱基编辑器(BE4max)和糖基化酶碱基编辑器(CGBEs)。因此,研究将这两个编辑器命名为DAF-CBE和DAF-TBE。此外,通过进一步的工程改造,该团队优化了CDG和TDG的空间位置,得到了DAF-CBE2和DAF-TBE2的新版本。它们的编辑窗口从原来的间隔序列(protospacer sequence)5'端移动到中间区域,且C-to-G和T-to-G的编辑效率分别提高了3.5倍和1.2倍。DAF-CBE和DAF-TBE实现了人诱导多功能干细胞(hiPSC)高效编辑。 综上所述,经过定向进化改造,该团队开发的DAF-CBEs和DAF-TBEs碱基编辑器在大肠杆菌和哺乳动物细胞中实现了高效的碱基颠换编辑,无需使用脱氨酶。与现有的引导编辑器(prime editing)或糖基化酶碱基编辑器(GBEs)相比,DAF-BEs具有相当的编辑效率、更小的尺寸和更低的脱靶率,这扩展了碱基编辑器的编辑类型,为工业菌株铸造和生物医药等领域的相关研究提供了新的技术工具。 近日,相关研究成果发表在《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动专项、中国科学院青年创新促进会和天津市自然科学基金的支持。论文链接DAF-BEs碱基编辑器的设计及进化
  • 毒豆芽检测色谱耗材选择指南
    豆芽常检有毒有害成分:2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)、4-氯苯氧乙酸钠、6-苄基腺嘌呤、尿素、恩诺沙星、亚硝酸盐与硝酸盐、亚硫酸盐、赤霉素 据中新网沈阳4月18日报道,沈阳市公安局皇姑分局端掉6个黄豆芽黑加工点,查获掺入非食品添加剂豆芽25余吨,主要送往饭店做水煮鱼和水煮肉片底料。经检测,豆芽中含有亚硝酸钠、尿素、恩诺沙星、6-苄基腺嘌呤激素,其中,人食用含亚硝酸钠的食品会致癌,恩诺沙星是动物专用药,禁止在食品中添加。我司现根据DB33/625.2-2007《无公害豆芽质量安全要求》和《DB11/T 379-2006》豆芽中4-氯本氧乙酸钠、6-苄基腺嘌呤、2,4-滴、赤霉素、福美双的测定方法汇总出其中所需要色谱耗材供大家参考和选择。 下载pdf: 毒豆芽检测色谱耗材选择指南.pdf 粮食和蔬菜中2,4-滴残留量的测定(GB/T 5009.175-2003) 试样中2,4-滴用有机溶剂提取,用三氟化硼丁醇溶液将2,4-滴衍生成2,4-滴丁酯,液液萃取,柱层析净化除去干扰物质,以气相色谱电子捕获检测器测定,依据色谱峰保留时间定性,外标法面积定量。 上述带*号产品选择的说明: a.在订购2,4标准品(CDCT-C11940000)后是进行甲酯还是丁酯衍生化? 国标方法中是采用14%三氟化硼丁醇溶液(CFFC-X0034-1SET)进行丁酯化,北京地方标准方法上采用的是14%三氟化硼甲醇溶液(CFEQ-4-110056-0250)进行甲酯化后检验,从经济的角度和购买的方便性上考虑,我们推荐使用甲酯化的方法,当然,您也可以根据方法需要选择丁酯化方法。 b. 是否还需要购买2,4-D甲酯标准品(CDCT-C11945000)或者2,4-D丁酯标准品(CDCT-C11941000)? 若您选择甲酯化方法,2,4-D经14%三氟化硼甲醇溶液(CFEQ-4-110056-0250)衍生化为2,4-D甲酯,您可选择购买2,4-D甲酯标准品(CDCT-C11945000); 若你选择丁酯化方法,2,4-D经10-20%三氟化硼丁醇溶液(CFFC-X0034-1SET)衍生为2,4-D丁酯,您可选择购买2,4-D丁酯标准品(CDCT-C11941000)。 选择2,4-D甲酯标准品或者2,4-D丁酯标准品有助于判断2,4-D甲酯或者2,4-D丁酯气相色谱出峰保留时间和计算2,4-D甲酯或者丁酯衍生化过程转化率。 2,4-D甲酯标准品和2,4-D丁酯标准品都是备选产品,可根据您需要选择购买或者不购买。 豆芽中4-氯苯氧乙酸钠的测定(DB11/T 379&mdash 2006) 试样中的4-氯苯氧乙酸钠用稀碱提取后,在酸性条件下用固相萃取柱将样品中的4-氯苯氧乙酸吸附,使其与基体干扰物分离,再用甲醇洗脱并用高效液相色谱法测定,以保留时间定性,外标法峰面积定量。 豆芽中6-苄基腺嘌呤的测定(DB11/T 379&mdash 2006) 豆芽中残留的6-苄基腺嘌呤经酸化甲醇提取后,高效液相色谱法测定,以保留时间定性,外标法峰面积定量。 豆芽菜中尿素测定 参考《豆芽菜中尿素测定的异常现象分析及方法改进》 正常的绿豆芽在生芽过程中,应不添加任何物质,但其生长过程缓慢、周期长,为加速生长周期,人为的加入尿素促进其生长,使芽变粗变长,但也使豆芽中尿素残留增加,对人体健康构成危害。 检测原理:尿素和亚硝酸钠在酸性溶液中生成二氧化碳和氨的气体,当加入格里斯千试剂时,掺有尿素的样品呈现黄色外观,正常的样品呈现紫红色。 注意事项: a.浓硫酸加入量 由于样品的取样量少,少量的浓硫酸即可达到所需的强酸性,因此,建议将浓硫酸的加入量改为0.5ml,为原方法用量的一半; b.亚硝酸钠加入量,当溶液中亚硝酸盐含量高时,与显色剂作用,可呈现黄色,是因为产生的偶氮色素被过量的亚硝酸氧化褪色适当的稀释后方可产生正常紫红色。因为样品中尿素的含量相对较低,它只能与少量的亚硝酸钠作用,当加入过量的亚硝酸钠时,剩余的亚硝酸钠就会将产生的偶氮色素氧化,使之褪色而产生黄色,造成假阳性,故亚硝酸钠的添加量非常关键。当亚硝酸钠的用量减少一半时,但显色效果不明显,当减少到1/4用量时,颜色反应非常灵敏,空白及阴性对照管呈紫红色,阳性管呈黄色,根据尿素的有无样品呈现出不同的颜色。 除产品描述外,上述内容均摘自宋晶瑶、赵玉梅、王琳《豆芽菜中尿素测定的异常现象分析及方法改进》   毒豆芽中恩诺沙星检 参考:GB/T 21312-2007 动物源性食品中14中喹诺酮药物残留检测方法 液相色谱-质谱/质谱法 方法提要:用0.1mol/LEDTA-Mcllvaine缓冲液(pH4.0)提取样品中的喹诺酮类抗生素,经过滤和离心后,上清液经HLB固相萃取柱净化,高效液相色谱-质谱/质谱测定,用阴性样品基质加标法定量。 GB 5009.33-2010 食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定 第一法 离子色谱法 试样经沉淀蛋白质、除去脂肪后,采用相应的方法提取和净化,以氢氧化钾溶液为淋洗液,阴离子交换柱分离,电导检测器检测。以保留时间定性,外标法定量。 第二法 分光光度法 亚硝酸盐采用盐酸萘乙二胺法测定,硝酸盐采用镉柱还原法测定。试样经沉淀蛋白质、除去脂肪后,在弱酸条件下亚硝酸盐与对氨基苯磺酸重氮化后,再与盐酸萘乙二胺偶合形成紫红色染料,外标法测得亚硝酸盐含量。采用镉柱将硝酸盐还原成亚硝酸盐,测得亚硝酸盐总量,由此总量减去亚硝酸盐含量,即得试样中硝酸盐含量。 GB/T 5009.34-2003食品中亚硫酸盐的测定 第一法 盐酸副玫瑰苯胺法 亚硫酸盐与四氯汞钠反应生成稳定的络合物,再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物,与标准系列比较定量。 SN 0350-95 出口水果中赤霉素残留量检验方法 以丙酮提取样品中赤霉素,然后用乙酸乙酯提取,再用缓冲溶液凡提取后,在薄层层析板上除去干扰物质,最后用荧光分光光度法测定。 了解更多检测方法请进入上海安谱公司网站: www.anpel.com.cn
  • 中美科学家实现“可定制化裁剪”单壁碳纳米管,或催生室温下的超导体,为量子计算机和量子通信带来广阔前景
    在北京化工大学、和美国阿克伦大学读完本硕博之后,林志伟历经三站博士后研究。除第一站过渡性博士后仍在阿克伦大学,其余两站分别在美国哥伦比亚大学、美国国家标准与技术研究院(NIST,National Institute of Standards and Technology)完成。2022 年 1 月,林志伟回国加入华南理工大学前沿软物质学院担任教授。▲图 | 林志伟(来源:林志伟)时隔数月,其担任第一兼通讯作者的论文,发表在 Science 上。研究中,他利用 DNA 首次实现了单壁碳纳米管的可控有序修饰。对于发展超导材料和量子材料,将起到重要的推进作用。据介绍,超导材料、量子材料等性能独特的变革性材料,被认为具备解决人类当前面临的信息、能源、量子计算等重大问题的可能,甚至有望推动下一次产业革命。正如美国马里兰大学化学与生物化学系教授 YuHuang Wang教授在同期 Science 评论文章所指出的:美国物理学家威廉雷透(William A. Little)在 50 年前提出了经典的室温超导材料的分子模型(即 Little 模型)。然而,经过几十年的努力,人们一直无法在实验上设计出符合 Little 模型的超导分子。而该成果为实现 Little 模型迈出了重要一步,是里程碑式的发现。量子材料,是指由于其自身电子的量子力学特征,而产生奇异物理特性的材料。在发展变革性的数据存储、数据处理、通讯、以及计算机相关技术上具备巨大潜力,并可能产生惊人的经济效益。2016 年,美国能源部确立以量子材料为优先发展方向的变革性能源相关技术。由于具有独特性能,单壁碳纳米管可用于构建一维量子材料,但其缺点是量子产率较低。通过化学修饰,在sp2结构的单壁碳纳米管中引入缺陷构筑量子缺陷,可大大提高量子产率,这让单壁碳纳米管成为很好量子发光材料。可以预见,其将在量子计算机、量子通信等领域拥有广阔的应用前景。像服装设计师一样,"裁剪"单壁碳纳米管的化学结构超导材料,是指电阻为零的材料。在传输电流的时候,既不损失能量也不会产生热量。目前的超导材料都需要在很低的温度下(-100℃ 以下)才能产生超导性能。若发展出室温的超导材料,则有望用于制备超快计算机、超小的电子设备、高速磁悬浮列车等。如前所述,威廉雷透(William A. Little)曾首次提出室温超导体的分子模型——Little 模型。过去 50 年,学界已开展大量实验,但一直未能设计出其设想的超导分子。直到 2016 年,科学家提出碳纳米管或有望实现 Little 室温超导材料,但是得对碳纳米管的结构进行精确可控的化学修饰。可以说,这又是一项难于逾越的重大难题。碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs),于 1991 年由日本物理学家饭岛澄男(Sumio Iijima)发现。据维基百科介绍,"碳纳米管是一种管状的碳分子,管上每个碳原子采取 sp2杂化,相互之间以碳-碳 σ 键结合起来,形成由六边形组成的蜂窝状结构,以作为纳米碳管的骨架。"按照管子的层数不同,碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWCNT,Single-walled carbon nanotubes)和多壁碳纳米管(MWCNTs,Multi-walled carbon nanotubes)。单壁碳纳米管的结构简单,均匀一致性好,而且缺陷少、 性质稳定,受到的关注更多。鉴于此,自碳纳米管被发现以来,一直是热点研究材料。▲图 1 | 单壁碳纳米管(来源林志伟)凭借优异的光学、电学、力学、热学等性能,单壁碳纳米管已被广泛用于电子器件、光学仪器、锂离子电池、航空航天材料、疾病检测等领域。对单壁碳纳米管进行化学修饰,可以改变它的晶格结构电学性能和光学性能也会随之改变。这一手段对于发展有机超导材料、量子材料等新型材料具有重大意义。然而,在单壁碳纳米管中,所有碳原子的化学环境均为一致,存在着 sp2 杂化(sp2hybridization),即"一个原子同一电子层内由一个 n s 轨道和两个 n p 轨道发生杂化的过程"。因此,对单壁碳纳米管实现可控化学修饰,是领域内长期存在的一项重大挑战。针对此,林志伟与 NIST 的 Ming Zheng研究员,借助 DNA 让单壁碳纳米管,得以实现可控的有序修饰(图 2)。林志伟指出:"精确可控的修饰方法,让科学家有望像服装设计师一样,按自己的想法 ‘可定制化’地设计单壁碳纳米管化学结构,以实现特殊的性能(例如超导性能和量子性能等),进而实现在航空航天、量子计算机、量子通信、新一代生物医疗等领域的前沿应用。"▲图 2 | 有序可控修饰的单壁碳纳米管(来源:林志伟)近日,相关论文以《DNA 指导的碳纳米管晶格重构》(DNA-guided lattice remodeling of carbon nanotubes)为题,发表在 Science 上。林志伟兼任第一和通讯作者,Ming Zheng 研究员为共同通讯作者。(来源:Science)其中一位审稿人认为,该工作实现了一个宏大目标。此前,很多学者反复尝试却无功而返。因此,此次成果是领域内的重大进展。另一位审稿人指出,常温超导材料是无数科学家长期追寻的远大目标。该论文提出了有序可控地修饰单壁碳纳米管的方法,为制备常温超导材料提供了一种潜在解决方案。心情"忐忑"地给美国科学院院士发邮件据介绍,参与此次合作的 Ming Zheng 团队,长期致力于 DNA-碳纳米管复合材料方面的研究,尤其在 DNA 分离高纯度碳纳米管方面有着深厚积累。但是对于碳纳米管的化学修饰,团队的经验稍有不足。在加入 NIST 之前,林志伟本人并没有碳纳米管领域的工作经验,但在大分子精确合成、特别是在富勒烯(英文名为 Fullerene,又名C60)的精确修饰上,已经积累多年经验。C60是一种由 60 个碳原子组成的球型分子,它和碳纳米管同属于碳纳米材料的同素异形体。两者在结构和性能上,有一定的相似性。当有学科背景互补的人在一起讨论,很容易碰出"火花"。结合 NIST 团队在 DNA-碳纳米管复合材料、以及林志伟 C60 精确合成方面的背景,他们很快在科研想法上达成共识,提出了利用 DNA 来调控碳纳米管化学修饰的思路,并借此解决碳纳米管有序可控修饰的艰巨任务。接下来便是正式立项和开展实验。确定研究思路之后,如何选择 DNA 的序列、碳纳米管的种类,以及如何发展高效的化学修饰方法,成为新的工作重点。基于前期积累,该团队选取含有鸟嘌呤碱基(Guanine,G)的DNA 序列,将其缠绕到多种单手性单壁碳纳米管的表面,通过调控单壁碳纳米管种类、DNA 序列和构象,实现了预先定制的反应位点。在 525nm 光照下,名为玫瑰红(Rose Bengal)的光敏剂得以激发,借此产生了单线态氧,进而引发鸟嘌呤碱基与单壁碳纳米管发生反应。之后,课题组利用吸收光谱、光致发光光谱、拉曼光谱,对产物结构进行表征(图 3)。▲图 3 | 单壁碳纳米管与 DNA 的反应示意图和光谱表征(来源:Science)为了研究反应机理,以及反应之后单壁碳纳米管晶格中的反应位点的空间分布,该团队设计出一系列鸟嘌呤碱基含量相同、鸟嘌呤碱基相对位置不同的 DNA(2G-n)。结果发现,在拉曼、荧光光谱中与单壁碳纳米管晶格缺陷相关的峰强里,C3GC7GC3(2G-7)和(8,3)单壁碳纳米管的反应产物出现了极小值。这表明,单壁碳纳米管中形成了有序排列的晶格缺陷,即有序排列的反应位点(图 4)。▲图 4 | 筛选 DNA 序列并在单壁碳纳米管中构筑有序的反应位点(来源:Science)紧接着便是寻求合作和交叉验证。虽然通过上述光谱分析,该团队首次证实了有序可控修饰的单壁碳纳米管结构。但是这一结论太过重要,他们反复告诫自己必须非常谨慎对待,在论文发表前务必借助多渠道,对结论进行交叉验证。因此,课题组怀着"忐忑"的心情给美国科学院院士、弗吉尼亚大学哈里森生物化学和分子遗传学系的爱德华H埃格尔曼(Edward H. Egelman)教授写信,以寻求合作。埃格尔曼教授是冷冻电镜方面(cryo-EM,Cryogenic electron microscopy)的顶尖学者,在利用冷冻电镜解析 DNA-蛋白质等复杂生物分子结构方面有着深入研究。之所以怀着"忐忑"心情,是因为该团队之前和埃格尔曼教授并未有交集,而且后者的主要研究兴趣在生物学,很少涉及材料科学。那么,对方是否愿意合作?课题组表示比较担心。不过,令人激动的是埃格尔曼教授表现出极大的兴趣。双方很快就定下合作方式和目标,即利用冷冻电镜进一步验证有序可控的碳纳米管的结构。有了冷冻电镜的结果之后(图 5),课题组满怀信心地把论文投到 Science,并获得期刊主编和审稿人的高度赞赏。论文接收后,埃格尔曼教授接受 Science Daily 的采访时表示:"虽然我们经常使用物理学中的工具和技术来研究生物学,但是我们这次的工作表明,生物学中开发的方法实际上也可以用于解决物理学和工程学中的问题。科学研究常常会产生预料之外的结果,这正是科学令人着迷的原因所在。"▲图 5 | 冷冻电镜重构有序修饰的单壁碳纳米管结构及反应机理示意图(来源:Science)力争在有机超导和新型量子材料上,实现相关应用和很多在新冠大流行中完成的科研成果一样,如果没有疫情,论文或将更早面世。2019 年 9 月,研究正式启动。2020 年 1 月的一天,林志伟正在做实验,被临时要求必须马上离开实验室,整个马里兰州(NIST 所在的州)进入紧急隔离状态。临走时他和同事聊天,以为最多两个星期。两周很快过去,实验室并未解除隔离。之后进入漫长的等待。1 个月、2 个月、6 个月...... 幸运的是,实验室重新开放后,课题进展得很快。尽管此次研究诞生了符合 Little 模型的超导分子。但是,其超导方面的性能尚未得到真正的验证。针对这些新型单壁碳纳米管材料的性能表征,并揭示材料结构与性能关系,是该团队的后续重点。另一方面,他们还计划将含有不同结构和功能的化学官能团,通过有序可有的修饰方法,引入到单壁碳纳米管中,从而设计出结构更精确、性能更多样的单壁碳纳米管,力争在有机超导和新型量子材料上实现相关应用。目前,林志伟课题组主要围绕高分子、DNA、碳纳米管,致力于新型复合与杂化功能材料的精确设计、精准组装和先进应用等方面的研究。课题组常年招募博士后、博士和硕士研究生。
  • 长沙清查行动!整楼封锁,逐一尿检!目前毒检方式,你知道几种?
    红网时刻1月14日讯 1月13日晚10点,长沙警方出动300名警力封锁清查了“城市经典”大楼,对楼内所有人员逐一尿检,并在一宾馆里发现一名男子毒 品尿检呈阳性,随即该男子被警方带至坡子街派出所进一步调查。毒 品主要通过刺激人体的中枢神经系统,使吸食者产生兴奋、抑制的一种依赖性麻醉药品或者精神药品。吸食毒 品会引起诸如消化系统、血液系统、呼吸系统、生殖系统等诸多脏器的严重损伤。毒 品种类多种多样,不论哪一种,都在危害着自己、危害着家庭以及社会。随着法庭科学领域及其相关领域的技术不断更新,针对人体内不同生物检材的毒 品检验鉴定技术也在持续发展。在生物检材的选取方面,根据现场情况或检材本身特点越来越向无损性、保护隐私等方向发展。体内摄毒检验中常见的生物检材有血液、尿液、唾液、毛发等,摄毒命案中还可提取针眼皮肤、胃内容物、肝、肾等生物组织进行检验,以完成入体途径、血浓度、死因等体内链条的鉴定。此外,还有指甲、胎粪等非常规检材,也能提供许多有价值信息。当前体内毒 品痕量检测有几种?唾液多应用在毒驾检查中,采集方式安全无创伤,不受时间、地点、性别、隐私的影响。唾液中毒 品来源于摄毒后残留在口腔中的原体,一般在摄毒后12~24h后原体消除,后期有一些来源于经过体内代谢后进入唾液的毒 品原体和代谢物。因此,检验结果可能会出现两个极端,唾液中毒 品浓度较低或极高。血液和尿液是常规检验体内毒 品的检材。毒 品在血液检材中有效检验时间窗一般是几分钟、几小时到几天,血液因不同个体间血容量相近差异性小,则作为毒 品定量、测定中毒量和致死量的最 佳检材。在尿液检材中有效检验时间窗一般是1天到数天。尿液由于含毒 品原体或代谢物浓度高,是应用于筛查鉴定缩小范围的首 选检材。GA510 尿液痕量毒 品快速检测系统,由奥谱天成与中国科学院稀土材料研究所联合研制,尿液毒 品快速检测仪,选配 4G 模块、身份证识别模块和可补光摄像头,可用于公安民警外出现场执法使用,现场对吸毒人员进行拍照和身份验证。设备内置大容量电池,充满电能使用一天(检测 100 人份),并现场打印结果作为公安禁毒民警现场查验处置依据。毛发是近些年来摄毒检验中较为热门的检材,其能反映远期较长时间(1个月前至半年甚至更长时间)的摄毒信息。一般头发的生长速率为 1~1.2cm/ 月,对错过案发时血尿等检材提取期的案件,头发可提供案发当时摄毒信息。一般来说,尿液中的毒 品成分在吸毒后6-10 天就无法检出,而毛发几个月甚至几年都不一定会脱落,忠实地记录着身体里发生过的情况。也就是说,只要头发足够长,毛发就可以反映主人的吸毒情况!例如女性几十厘米长的头发,甚至可以反映几年内的吸毒情况。GA500 智能毛发痕量毒 品检测系统,由奥谱天成与上海市公安局联合研发,手持式毛发毒 品快速检测仪,标配 4G模块和可补光摄像头,并标配身份证识别模块,非常适用于公安民警外出现场执法使用。
  • 海南大学新检测技术将有效预警海洋核污染物
    海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室王宁和袁益辉研究团队提出利用DNA结构实现超灵敏和高选择性锶离子检测的方法,可快速有效实现海洋放射性污染物监测,助力核电产业绿色可持续高质量发展。相关成果近日发表在国际学术期刊《自然可持续发展》上。  随着核能的广泛应用,防治放射性核污染成为人们关注的话题。作为235U的裂变产物,90Sr是最常见的放射性核污染元素之一。其化学性质与钙相似,易在环境与生物体内富集,对人体的辐射可引起骨癌、白血病等疾病,此外,因其半衰期长达29年,具有长期危害性,是人类不可忽视的一大隐患。然而,由于锶离子缺乏特征能量射线,使用现有技术无法快速、全面且精准地进行锶元素检测,如何精准检测一直是个行业难题。  鉴于此,王宁和袁益辉研究团队提出了一种以鸟嘌呤-四联体DNA(脱氧核糖核酸)结构实现超灵敏和高选择性检测Sr2+离子的方法。该团队通过利用荧光染料硫黄素T触发DNA折叠,形成鸟嘌呤-四联体DNA结构,并利用Sr2+与该DNA结构的高结合亲和力,取代结构中的荧光染料硫黄素T,从而导致荧光强度衰减。  此项研究提供了一种快速高选择性核污染检测技术的方法,首次实现低至2.11纳摩的检测限,具有超高灵敏度、高选择性、广泛适用性和高可靠性。
  • Nature Biotechnology综述,叩响CRISPR之门 -- 基因编辑进化史
    近年来,CRISPR被认为是最简单高效的基因编辑方式,也成为了生物技术发展史上进展最为迅猛的新兴技术之一。2022年6月,正值CRISPR发文十周年,Nature Biotechnology 同步发表了一篇名为《Knock-in on CRISPR' s door》的Reviw,梳理了10年来科学家们对CRISPR基因编辑技术不断探索突破的成果[1]。图1. 2022年6月Nature Biotechnology 发文基于CRISPR的基因疗法如火如荼基因治疗(Gene Therapy)是指将外源正常基因导入靶细胞,以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病,以达到治疗目的。基因治疗以其一次给药终生治愈遗传疾病的独特潜力让一切不可能变为有可能。截止今日,通过对clinicaltrials.gov检索,全球已有56项基于CRISPR的临床试验正在进行,中国就有21项,占到3成以上。目前大部分的基因疗法为体外疗法(ex vivo),即细胞在体外通过CRISPR编辑后再输注到体内发挥功能,常见疾病如肿瘤免疫疗法CAR-T,遗传性疾病如地中海贫血,镰刀状贫血症血红蛋白遗传病等在内的各种血液病。与之相对的即体内疗法(in vivo)则是直接将治疗基因递送到患者病患部位,从而治疗疾病,目前已在先天性黑蒙、遗传性甲状腺转淀粉样变性和遗传性血管性水肿等疾病表现出巨大潜力。图2. 全球CRISPR临床试验分布热点图图源:clinicaltrials.gov基因编辑的发展历程早期基因编辑--ZFN和TALEN基因编辑技术主要发展了三代,早期的两代基因编辑主要以ZFN和TALEN为主,这两种基因编辑技术相对简单,可以理解为“基因剪刀”——切割特定 DNA 序列的限制酶。但ZFN技术存在很明显的缺点,如容易脱靶,且可能产生一系列不可预测的基因突变,引发细胞毒性。TALEN技术的出现,在一定程度上优化了ZFN技术存在的脱靶问题,具有设计简单,特异性和活性更高的优点,因此成为基因功能研究和基因治疗研究中有力的工具。美中不足的是,由于TALEN针对不同靶点,每次都需重复构建融合蛋白,因此会造成一定的工作繁琐。第三代基因编辑--CRISPRCRISPR/Cas9是继ZFN、TALEN之后出现的第三代“基因组定点编辑技术”。CRISPR/Cas9 系统由两部分组成,分别是Cas9 蛋白和guide RNA(single-guide RNA,sgRNA)。Cas9蛋白具有解旋酶活性,可以将DNA链解旋,同时具有核酸内切酶活性,可以切割DNA链。其原理是核酸内切酶 Cas9 蛋白通过向导 RNA (guide RNA, gRNA)识别特定基因组位点,并对双链 DNA 进行切割造成 DSB后,通过HDR和NHEJ实现基因的定向敲除或插入。图3. CRISPR/Cas9 示意图[2]相比于传统的ZFN和TALEN技术,CRISPR/Cas9技术更为简单,只需要构建针对特定位点的sgRNA,而且效率也比前面几种技术更高,在疾病治疗研究中发挥越来越重要的作用。然而,CRISPR/Cas9系统仍然存在着一定的局限性,这种局限性主要体现在功能发挥时系统对DNA上PAM序列的依赖性以及切割时潜在的脱靶效应。因此科学家们在CRISPR/Cas9的基础上开发了更加高效且广谱的精准基因编辑工具—单碱基编辑技术BE(Base Editor)和精准基因编辑工具PE(Prime Editors)。单碱基编辑技术BE(Base Editor)单碱基编辑技术是一种基于脱氨酶与CRISPR/Cas9系统融合形成的技术。2016年哈佛大学David Liu实验室首次报道开发出CBE单碱基编辑工具,通过将SpCas9与胞嘧啶脱氨酶(cytidine deaminase, CyD, 如APOBEC1)融合,可以在一定的突变窗口内实现胞嘧啶(C)到胸腺嘧啶(T)的单碱基转换(图4)[3]。2017年10月底,该实验室进一步开发出ABE单碱基编辑工具,实现了从腺嘌呤(A)到鸟嘌呤(G)的精确转换(图5),为基因编辑提供了新的研究工具[4]。图4. CBE示意图[3]图5. ABE示意图[4]相比于CRISPR/Cas9技术,BE技术可以既不引入DNA双链断裂,又不需要重组修复模板,整体提高了编辑的安全性和精准性,而且其效率远远高于由发生DSB引起的HDR和NHEJ修复方式,对于许多点突变造成的遗传疾病具有很大的应用潜能。近年来,多个实验室也发表了类似的工具,并在这些工具的基础上进行了更为深入的改造与优化。邦耀生物科学家团队以不同单链DNA脱氨酶结构域与Cas9切口酶相结合为基础,开发全新一代的DNA碱基编辑工具—超高活性的HyCBEs和双碱基编辑器A&C-BEmax以及等多种碱基编辑新工具,提高了编辑活性并拓宽靶点范围,以实现更广泛、更精确的基因编辑,相关研究成果也发表在Nature Cell Biology、Nature biotechnology等国际著名期刊[5]。图6. 超高精度碱基编辑器HyCBE示意图图7. 双碱基编辑器示意图精准基因编辑工具PE(Prime Editors)2019年10月21日,哈佛大学David Liu实验室开发出了全新的精准基因编辑工具PE (Prime Editors)[6],PE是以CRISPR/Cas9系统为基础,在两方面加以优化:1. pegRNA:pegRNA(prime editingguide RNA)是一段改造后的sgRNA,它在传统sgRNA的3' 末端增加了一段RNA序列。这个RNA序列包括一段引物结合位点(Primer-binding site, PBS),用于与被切割的目标DNA链互补;还包括一段进行逆转录的模板(RT template)的序列,它与切口下游的DNA序列同源,且在RT序列上存在有相应的编辑突变(如点突变或插入缺失突变)。图8. pegRNA的改造[4]2.融合蛋白:将nCas9(H840A)与M-MLV逆转录酶融合。图9. PE结构示意图[4]在pegRNA的引导下,融合蛋白会到达基因组上的目的序列,并对含PAM的靶DNA链进行切割(pegRNA的非互补链)。此后,PBS序列与被切割的目标DNA链互补配对,逆转录酶即从端口空缺处启示逆转录。逆转录产物(DNA)即包含我们所期待的编辑突变。这段逆转录DNA会入侵并进入基因组DNA,发生整合,并进行切口的修复。只要RT序列允许,那么就可以采用此原理完成碱基的点突变(任意转换或颠换)以及片段的插入和缺失。图10. PE原理示意图[4]相比于其它基因编辑工具(采用ZFN,TALEN,CRIPSR/Cas9等产生DSB进行HDR或NHEJ修复或通过base editing系统进行单碱基编辑),PE的优势在于可以在不依赖DSB的前提下,能够实现更精准的编辑,更广的试用范围。但同时相比CBE和ABE,PE的劣势也随之体现,编辑效率不如前者,并且产生随机Indels的可能也会随之提高。图11. PE与ABE、CBE的效率比较[6]最后,除了上述几种基因编辑工具以外,科学家们还发现了除Cas9外的Cas家族的其它一系列蛋白,如 Cas12、Cas13、CasX等。这些新的发现有望使基因疗法能够解决更广泛的遗传疾病,推动生物医学的基础研究和临床基因治疗研究。
  • 以普洱茶为例介绍代谢组学研究中药的新思路
    p   上 span style=" font-family: times new roman " 海市第六人民医院转化医学中心研究组最近应邀在美国《科学》杂志为中药研究增设的副刊Science,The Art and Science of Traditional Medicine上发表综述文章,贾伟教授针对中药研究的瓶颈问题——复杂成分中药的药代动力学,提出采用代谢组学与生物学分析技术相结合的手段进行多组分中药药物代谢动力学研究的新策略,并提出了Poly-PK(polypharmacokinetics)的新概念,文章以普洱茶中多组分的药代动力学为例子展示和总结了Poly-PK的研究思路和方法。 /span /p p span style=" font-family: times new roman "   普洱茶根据发酵工艺不同分为生茶和熟茶两种,生茶由晒青茶精制而成,熟茶则需经过渥堆、发酵的过程,并且一般认为普洱茶存放时间越长,茶的色泽味越好,生物活性作用也越强。前期的实验中,研究小组通过对存放1~ 10年的普洱熟茶成分谱的分析发现,随时间的增加,普洱茶的化学成分谱随之发生明显变化。与1年的普洱茶相比,10年的茶中的生物活性成分,如表儿茶素、葡萄糖含量增加,而茶中具有神经兴奋作用的咖啡因含量则相对减少。对不同工艺制备的茶进行比较后发现,茶叶中的色素,茶褐素(theabrownin, TB)在普洱茶中含量较高,而立顿红茶和龙井绿茶则以茶红素(thearubigin, TR)为主,这可能与普洱茶独有的渥堆发酵工艺有关。 /span /p p span style=" font-family: times new roman "   很多研究表明普洱茶具有降低血脂和血清总胆固醇水平的作用,但对普洱茶中究竟哪些是真正被机体吸收利用的活性成分并不十分清楚。研究小组利用代谢组学平台采用Poly-PK的研究思路对普洱茶中的化学成分进行了药代动力学研究。 /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: times new roman " img title=" mmexport1460432233165_副本.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/93710b3b-c992-413c-a4cd-62803605b87a.jpg" / /span /p p span style=" font-family: times new roman "   首先,研究人员对志愿者饮茶后0、1、3、6、9、12、24小时的尿液样本分别进行收集,然后采用超高效液相色谱四级杆-飞行时间质谱仪和气相色谱-飞行时间质谱仪对普洱茶提取液中所含化学成分以及人喝茶后尿液中的代谢成分的变化进行了研究。采用多元相似性分析方法,将喝茶后不同时间点的尿液与0点相比较,寻找到喝茶后引起改变的内源性物质118种。将喝茶后不同时间点的尿液与茶提取液相比较,得到尿液中有19种物质成分是从普洱茶中吸收的,还有26种物质成分是从普洱茶吸收并经体内代谢产生的,接下来又通过相关性分析研究表明这几组物质间存在正相关或负相关关系。如发现咖啡因与它的代谢产物次黄嘌呤、茶碱、马尿酸、3-羟基苯乙酸呈明显正相关。而次黄嘌呤与内源性小分子物质鸟氨酸、缬氨酸、酪氨酸等呈明显正相关,茶碱与2-甲基鸟苷呈正相关而与尿素等呈负相关,升高的3-羟基苯乙酸导致氨基丙二酸二乙酯和2-氨基丁酸的升高。该研究结果阐明了喝茶后能被机体吸收的成分物质以及能产生生物活性作用的物质组成基础,并以期刊封面论文发表在2012年的Journal of Proteome Research上。 /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-family: times new roman " img title=" mmexport1460432229668_副本.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/a1b5c4f9-1b44-4aa5-a2aa-44d092ff9430.jpg" / /span /p p span style=" font-family: times new roman "   Poly-PK的研究思路可以针对中药多组分的特点对复杂成分进入体内后的动态代谢过程,以及对机体内源性小分子代谢物的影响同时进行评价,阐明多组分药物在体内的吸收、代谢,清晰的了解复杂成分中药中哪些可能是具有生物活性的物质成分。 /span /p p span style=" font-family: times new roman "   原文出处: /span /p p span style=" font-family: times new roman "   1. Jia Wei, Fang Taiping,Wang Xiaoning, Xie Guoxiang. The polypharmacokinetics of herbal medicine.Science, The Are and Science of Traditional Medicine. 2015, 350, 6262:871. /span /p p span style=" font-family: times new roman "   2. Xie, Guoxiang Ye, Mao Wang, Yungang Ni, Yan Su, Mingming Huang, Hua Qiu, Mingfeng Zhao, Aihua Zheng, Xiaojiao Chen, Tianlu Jia, Wei*. Characterization of Pu-erh Tea UsingChemical and Metabolic Profiling Approaches. Journal of Agricultural and FoodChemistry. 2009, 57 (8): 3046–3054. /span /p p span style=" font-family: times new roman "   3. Xie Guoxiang, Zhao Aihua,Zhao Linjing, Chen Tianlu, Chen Huiyuan, Qi Xin, Zheng Xiaojiao, Ni Yan, ChengYu, Lan Ke, Yao Chun, Qiu Mingfeng, Wei Jia*. Metabolic Fate of Tea Polyphenolsin Humans. Journal of Proteome Research. 2012, 11(6):3449-54. /span /p p /p
  • 质检总局:食品添加剂剔除33种产品
    国家质检总局日前发布公告,从即日起,禁止对羟基苯甲酸丙酯等33种产品作为食品添加剂生产、销售和使用,其中包括对羟基苯甲酸丙酯等食品防腐剂、二氧化氯等食品用消毒剂。已批准的生产许可证书,由监管部门撤回并注销,并于今年12月20日前完成。与此同时,所有食品添加剂生产企业禁止生产上述33种产品,已生产的禁止作为食品添加剂出厂销售。食品生产企业也一律不得使用。 国家质量监督检验检疫总局《关于食品添加剂对羟基苯甲酸丙酯等33种产品监管工作的公告》(2011年第156号公告)   根据卫生部办公厅《关于〈食品添加剂使用标准〉(GB2760-2011)有关问题的复函》(卫办监督函[2011]919号,见附件),现就监管工作有关事项公告如下:   一、自本公告发布之日起,各省级质量技术监督局不再受理对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丙酯钠盐、噻苯咪唑、次氯酸钠、二氧化氯、过氧化氢、过氧乙酸、氯化磷酸三钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、1-丙醇、4-氯苯氧乙酸钠、6-苄基腺嘌呤、单乙醇胺、二氯异腈氰尿酸钠、凡士林、硅酸钙铝、琥珀酸酐、己二酸、己二酸酐、甲醛、焦磷酸四钾、尿素、三乙醇胺、十二烷基二甲基溴化胺(新洁尔灭)、铁粉、五碳双缩醛、亚硫酸铵、氧化铁、银、油酸、脂肪醇酰胺、脂肪醚硫酸钠等33种产品的食品添加剂生产许可申请。   二、自本公告发布之日起,食品添加剂生产企业禁止生产上述33种产品,企业已生产的上述33种产品禁止作为食品添加剂出厂销售,食品生产企业禁止使用。   三、国家质检总局和省级质量技术监督局应当撤回并注销已批准的上述食品添加剂生产企业的生产许可证书。国家质检总局发证的企业由总局注销,省级质量技术监督局发证的企业由省局注销。2011年12月20日前应完成证书注销工作。   四、各级质量技术监督部门要加大监督执法力度,加强相关生产企业的监督检查,依法查处违法违规生产行为。相关情况及时报告当地政府和国家质检总局。   特此公告。   附件:卫生部办公厅《关于〈食品添加剂使用标准〉(GB2760-2011)有关问题的复函》(卫办监督函[2011]919号) 二〇一一年十一月四日
  • 施一公组首次报道人源剪切体原子分辨率结构
    p    span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 施一公教授是剪切体结构和功能研究的权威,自2015年8月以来在Science杂志先后发表了6篇研究文章,解析了酵母中剪切体催化过程中5个关键状态的高分辨率结构。5月11日,施一公教授领导的团队又在Cell杂志上发表了题为“An Atomic Structure of the Human Spliceosome”的论文,这是该研究组在这一领域发表的第7篇高水平论文,也是首个人源剪切体关键状态的原子分辨率结构,第一次在原子水平解释了剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。该论文的第一作者分别为张晓峰、闫创业和杭婧,施一公教授和闫创业博士为共同通讯作者。特别值得一提的是,这篇Cell论文从投稿到接收只用了11天。鉴于该成果的重要意义,BioArt特别邀请了著名的结构生物学家、清华大学生命科学学院杨茂君教授撰写了该篇特别评论文章,以飨读者。 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/4bc262af-0d77-4cd2-9b46-7d997bd2ca4c.jpg" title=" 微信图片_20170512000929_副本.jpg" / /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span br/ /p p   5月11日,清华大学施一公教授研究组在《细胞》杂志发表研究文章,首次报道了人源剪切体C* complex的原子分辨率结构。施一公教授是剪切体结构和功能研究的权威,自2015年8月以来在《科学》杂志先后发表了6篇研究文章,解析了酵母中剪切体催化过程中5个关键状态的高分辨率结构。这是施一公教授研究组在这一领域发表的第7篇高水平论文,也是首个人源剪切体关键状态的原子分辨率结构,第一次在原子水平解释了剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。 /p p   剪切体催化的前体mRNA剪切过程是生物体内最基础最关键的生命活动之一,是遗传信息从DNA传递给蛋白质的中心法则中关键的一环。在所有真核细胞中,基因表达分为三步进行,分别由RNA聚合酶 (RNA polymerase)、剪接体(Spliceosome)和核糖体 (Ribosome)执行。第一步简称转录(transcription),即储存在遗传物质DNA序列中的遗传信息通过RNA聚合酶的作用转变成前体信使RNA(pre-mRNA) 第二步简称剪接(splicing),即由多个内含子和外显子间隔形成的前体信使RNA通过剪接体的作用去除内含子、连接外显子,转变为成熟的信使RNA 第三步简称翻译(translation),即成熟的信使RNA通过核糖体的作用转变成蛋白质,从而行使生命活动的各种功能。描述这一过程的规律被称为分子生物学的中心法则,多个诺贝尔奖围绕此发现和阐述产生。其中,RNA聚合酶的结构解析获得2006年的诺贝尔化学奖,而核糖体的结构解析获得2009年的诺贝尔化学奖。 /p p   由于真核生物中的基因编码区中存在不翻译成蛋白质的序列(称为内含子),染色体DNA转录出来的前体mRNA(pre-mRNA)并不直接参与蛋白质翻译,而是需要先将其中的内含子片段去除,才能进入核糖体进行蛋白质合成。内含子的去除需要通过两步转酯反应来实现:首先,位于内含子序列中下游被称为分支点(branch point sequence)的序列中有一个高度保守的腺嘌呤核苷酸(A),其2’羟基亲核攻击内含子5’末端的鸟嘌呤(G),于是第一步反应发生,形成套索结构 然后,5’外显子末端暴露出的3’-OH向内含子3’末端的鸟嘌呤发起攻击,第二步反应发生,两个外显子连在一起。通过这两步反应,前体信使RNA中数量、长度不等的内含子被剔除,剩下的外显子按照特异顺序连接起来从而形成成熟的信使RNA(mRNA)(下图)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/8c47205d-f67a-471b-b897-662b42995cae.jpg" title=" 微信图片_20170512001013_副本.jpg" / /p p   这两步化学反应在细胞内是由庞大、复杂而动态的分子机器——剪接体催化完成的。对于每一个内含子来说,为了调控反应的各个基团在适当时机呈现合适的构象从而发挥其活性,剪接体各组分按照高度精确的顺序结合和解离,组装成一系列具有不同构象的分子机器,统称为剪接体。根据它们在RNA剪接过程中的生化性质,这些剪接体又被区分为E、A、B、Bact、B*、C、C*、P、ILS等若干状态。剪接体由五个小核核糖核蛋白(snRNP)、十九号复合物(Nineteen Complex,简称NTC)、十九号复合物相关蛋白(NTC Related)和一系列的辅助蛋白所构成,共涉及到100多个蛋白质和至少五条RNA分子。在剪接的过程中,剪接体以前体信使RNA分子为中心,按照高度精确的顺序进行逐步组装并发生大规模结构重组,使之得以完成复杂的剪接任务。剪接是真核细胞进行正常生命活动不可或缺的核心环节,因此具有重大的生物学意义,获取剪接体在组装、激活、催化反应过程中各个状态的结构是最基础也是最富挑战性的结构生物学难题之一。 /p p   此前,施一公教授研究组共报道了酵母来源的剪接反应中5个关键状态的剪接体复合物的高分辨率结构,分别是3.8埃的预组装复合物tri-snRNP、3.5埃的激活状态复合物Bact complex、3.4埃的第一步催化反应后复合物C complex、4.0埃的第二步催化激活状态下的C* complex以及3.6埃的内含子套索剪接体ILS complex。这5个酵母来源的高分辨率结构所代表的剪接体状态,基本覆盖了整个剪接通路中关键的催化步骤,提供了迄今为止最为清晰的剪接体不同工作状态下的结构信息,大大推动了RNA剪接研究领域的发展。而最新的这一篇《细胞》论文所报道的3.76埃第二步催化激活状态下的人源C* complex使我们第一次在原子分辨率上看到了人源剪切体的工作状态,并首次详细阐释了人源剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。 /p p   人源C* complex与酵母来源C* complex在结构上有许多不同。与酿酒酵母来源的复合物结构相比,在这一原子分辨率人源复合物结构中额外鉴定出9个蛋白亚基(Aquarius、Brr2、PPIL1、PRKRIP1、U5-40K、以及EJC的4个蛋白亚基)。另外,第二步反应的关键因子Slu7和Prp17在人源复合物中更加清晰。相反的,酵母复合物中第二步反应的关键因子Prp18在人源复合物中缺失,反映了人和酵母在催化第二步反应过程中功能机理的细微差别。另一个重要的差别是酵母复合物中的Ecm2和Cwc2亚基被人源复合物中的RBM22亚基所取代,使得其周围的蛋白亚基重新排布(下图)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/f0ba68fc-ec88-43f2-b80b-2353dc5f37a3.jpg" title=" 微信图片_20170512001027_副本.jpg" / /p p   此次发表的关于人源剪切体复合物原子分辨率结构的研究承接之前酵母来源剪切体复合物的研究工作,在攻克剪切过程详细反应机理的道路上再进一步。施一公教授这一系列的研究工作具有极为重要的意义,是对中心法则的研究中最为复杂、最为关键的一环。自1993年RNA剪接的发现被授予诺贝尔生理及医学奖以来,科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘,期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。剪切体一系列关键状态复合物高分辨率结构的解析,一步一步揭开了RNA剪接这一复杂生化过程神秘的面纱,可以说,这一系列研究工作是当今结构生物学领域里一项里程碑式的、有望获得诺贝尔奖的重量级工作。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/95c0871b-e076-40e5-8e71-19b0f0a22f55.jpg" title=" 微信图片_20170512001044_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图为Cell论文的通讯作者施一公教授和卓越中心创新学者闫创业博士 /p p style=" text-align: right " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 撰文丨杨茂君 (清华大学生命科学学院、结构生物学高精尖创新中心教授,“长江学者”特聘教授,国家“杰青”) /span /p p    span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 后记:到目前为止,闫创业博士已发表的53篇SCI论文中,其中在Nature、Science和Cell杂志上以第一作者(包含共同一作)或共同通讯作者身份已发表10篇研究型论文。自闫创业博士2005年进入清华化学系以来到如今成为清华结构生物学高精尖创新中心卓越学者总共已经快12年了。从施一公教授课题组的相继发表的这7篇有关剪接体结构的论文署名来看,闫创业博士是这7篇论文的第一作者(三篇)或共同第一作者(4篇),特别值得一提的是在这篇Cell文章中首次成为共同通讯作者。可以说,整个剪接体系列工作中,闫创业博士起到了中流砥柱般的作用,称得上当今结构生物学领域“夜空中最亮的星” /span 。 /p p br/ /p
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