脱氧核糖胸腺嘧啶核苷酸钠

脱氧核糖核酸（DNA）是生命体的遗传物质，决定生物的特征和多样性。生命的遗传信息存储在由腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）四种碱基组成的DNA序列中。1977年前苏联科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现由2,6-二氨基嘌呤（Z）、G、C、T组成的DNA，该类特殊DNA中的Z完全取代了正常的A，且Z与T配对形成更稳定的三个氢键，极大地改变了DNA的物理化学特征。长期以来，特殊DNA的合成机制及存在的普遍性和生理意义一直是未解之谜。　　国家重点研发计划“合成生物学”重点专项“新天然与人工产物的定向挖掘和高效合成的平台技术”项目在该特殊DNA的合成机制研究上取得重大进展。天津大学研究团队联合上海科技大学、美国伊利诺伊大学等研究团队，解析了该特殊DNA的合成机制，其中包括关键酶参与的2,6-二氨基嘌呤脱氧核糖核苷酸（dZTP）的生成和脱氧腺苷三磷酸（dATP）的消除，并发现这种特殊DNA遍布全球，大量能感染细菌的噬菌体都含有这种DNA。该研究还发现该特殊DNA可以规避识别位点中含有A的限制性内切酶的切割，因此含有该种特殊DNA的噬菌体可以逃避宿主的免疫防御从而具有进化优势。　　该项重大发现对生命起源、物种进化、系统生物学的研究具有重要理论意义，在超级耐药菌感染的治疗、绿色无抗生素畜牧饲料和食品保存技术开发、新型纳米材料制备、DNA信息存贮等领域具有潜在应用价值。该研究成果近期发表在《Science》杂志上。 　　论文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6541/512.full　　注：此研究成果摘自《Science》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

导 读近年来，以核酸药物为首的功能性核酸备受关注，2021年底治疗罕见病脊髓性肌肉萎缩的反义寡核苷酸药物诺西那生钠进入中国医保，几乎同一时间，诺华降血脂的小干扰RNA药物Leqvio获FDA批准上市，据悉一年只需用药两次。寡核苷酸药物已经从罕见病过渡到了常见慢性病，并可大大降低患者用药频率。随着寡核苷酸类药物的陆续上市，核酸药物已成为当前生命科学和药物研究的热点之一。为了更好促进核酸药物的快速发展，上海首个核酸产业园于7月中旬在上海杭州湾经济技术开发区正式开工，该产业园是以生物医药产业为发展方向，基于核酸开发各种疫苗及药物。今天，我们就一起来聊聊核酸药物以及解链温度等话题。01核酸药物小科普核酸类药物核酸类药物是各种具有不同功能的寡聚核糖核苷酸(RNA)或寡聚脱氧核糖核苷酸(DNA)，能够直接作用于致病靶基因或者靶mRNA，在基因水平上发挥治疗疾病的作用。常见的寡核苷酸药物主要包括反义寡核苷酸（ASO）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（microRNA）、小激活RNA（saRNA）、适配体（Aptamaer）、信使RNA（mRNA）。解链温度在这些核酸药物中，对于具有双链结构的药物，需要对其解链温度进行分析。解链温度是衡量双链结构核酸类物质热稳定性的重要指标，它是控制结构和功能的关键因素。例如小干扰RNA（siRNA）药物等具有双链结构，当温度升高时，氢键断裂，双链逐渐解体，形成单链结构。这种现象称为核酸的“溶解”，将双链和单链所占比例相等的温度定义为解链温度(Tm）。因为核酸类物质在260 nm附近有一个紫外吸收峰，吸收值在解链过程中增加，通过测试该吸光度变化，以确定Tm值。因此在进行核酸药物Tm值分析时，可以利用紫外分光光度计加上控温附件和对应的数据分析软件来完成。02分析利器对于核酸解链温度Tm测试，岛津拥有成熟的方法和分析设备，该设备一般为UV-1900i配Tm分析系统(TMSPC-8)。Tm分析系统由8列控温支架、专用8列微量比色池、温度控制器和Tm分析软件构成，最多可同时测定8个样品。UV-1900i和Tm分析系统专用8列微量比色池（光程10 mm）03案例分享接着小编带您看看具体的寡核苷酸分析案例，操作步骤简单快捷，结果直观。测试样品为M13-25mer核酸，测试前先进行样品溶液脱气的预处理，通过UV-1900i和Tm分析系统可以轻松获得Tm 曲线（绘制260nm处的吸光度对温度曲线，如下图所示），该曲线可以显示升温时和降温时的结果。样品的Tm曲线测试完成后，可以通过中线法和微分法两种方法计算Tm值，最终得到的Tm值结果基本一致。Tm计算结果结 语核酸分子的解链温度对核酸药物的稳定性、有效性等研究有重大意义，在核酸药物研发生产过程是一个重要的参数指标。岛津紫外配合Tm分析系统，可以满足轻松获取Tm曲线，通过中线法或者微分法均可计算Tm温度，满足测试要求，为核酸药物质量控制提供了可靠数据。更多寡核苷酸药物分析，敬请持续关注。撰稿人：王娟娟本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

新冠疫情促使mRNA技术快速发展的同时也使人们开始高度关注核酸药物这一领域。核酸药物包括反义核酸（ASO）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、小激活RNA（saRNA）、信使RNA（mRNA）、适配体（aptamer）、核酶(ribozyme)、抗体核酸偶联药物（ARC）等，是基因治疗的一种形式。除mRNA药物外，其他几种核酸药物，基本上都是由100个以内的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单链或双链组成，所以也称为寡核苷酸药物。与mRNA药物编码产生目的蛋白不同的是，寡核苷酸药物主要是通过碱基互补配对原则与DNA、mRNA或者pre-mRNA配对，通过基因沉默、非编码RNA抑制、基因激活等一系列机制来调节基因表达。已上市寡核苷酸药物化学结构（Nature reviews drug discovery）寡核苷酸药物对比于小分子药物及蛋白药物，具有多方面的优势，首先可根据目标靶点设计碱基序列，靶点明确、特异性强；其次寡核苷酸药物从转录后水平进行治疗，可选择的靶点丰富，特别是能覆盖蛋白质不可成药的靶点以及开发由基因缺陷导致的遗传性疾病的相关靶点；另外寡核苷酸药物由于序列短，可采用化学合成方法，完成目标序列的装配，并结合生物学测试筛选有效序列，能够避免盲目开发，节省研发时间。但是寡核苷酸药物在研发中也面临着诸多挑战。寡核苷酸在细胞外稳定性低，易被核酸酶降解，加上分子量及负电荷的因素，难以进入细胞，因此在研发过程中，使其保持稳定的结构以及能够有效递送的传递载体是主要考虑的两个因素。寡核苷酸核酸分子的改造主要包括磷酸骨架，碱基以及糖环的修饰，在改造中需要考虑多个因素，包括稳定性、药代动力学、碱基配对的亲和力等，最重要的是能够保留被功能酶及功能蛋白所识别的功能。因此，在前期研发过程中，需要对寡核苷酸进行精确的结构表征及定量。丹纳赫生命科学旗下SCIEX 的高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统具有一系列对寡核苷酸进行分析的方案，可进行寡核苷酸的分子量分析并进行杂质检测，可对寡核苷酸进行碱基序列鉴定。由于Zeno TOF 7600具有EAD和CID两种互补的碰撞模式，不但能产生丰富的离子碎片信息，还会保留完整的核酸低丰度修饰信息。寡核苷酸分子量及碱基序列的检测高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统另外，高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统还能实现对寡核苷酸的定量分析，线性范围可达 5 ng/mL – 10000 ng/mL，可以完成寡核苷酸药物在研发阶段的药代及多种代谢产物同时鉴定及定量分析。在研发阶段，对于采用同一种仪器进行鉴定及定量，可避免定量方法转移时造成的方法优化时间浪费，可帮助用户加快研发进度。艾杰尔-飞诺美寡核苷酸定量分析前处理试剂盒高分辨质谱对寡核苷酸进行定量分析在寡核苷酸药物种类中，反义寡核苷酸由于是单链，分子量小，递送较其他寡核苷酸容易，且反义寡核苷酸功能多样，可上调或下调基因表达，成为研发罕见遗传性疾病药物中最关注的种类。为了帮助研究人员开发这类针对罕见遗传性疾病患者的ASO疗法，FDA还发布了指导这类ASO疗法非临床检测的指南。在已上市的寡核苷酸药物中，大部分都是用于治疗罕见遗传性疾病的反义寡核苷酸药物，特别是杜氏型肌营养不良，已经上市了针对不同基因位点的四款产品。药品名治疗疾病药物种类上市时间Fomivirsen巨细胞病毒视网膜炎反义寡核苷酸1998.8（已退市）Pegaptanib年龄相关性黄斑变性核酸适配子2004.12Mipomersen纯合性家族性高胆固醇血症(hoFH)反义寡核苷酸2013.1（已退市）Defibrotide肝静脉闭塞反义寡核苷酸2016.3Eteplirsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子51）反义寡核苷酸2016.9Nusinersen脊髓性肌萎缩症 （SMN2基因外显子7）反义寡核苷酸2016.12Patisiran遗传性甲状旁腺素淀粉样变性小干扰RNA2018.8Inotersen遗传性甲状旁腺素淀粉样变性反义寡核苷酸2018.10Waylivra家族性乳糜微粒血症综合征反义寡核苷酸2019.5Givosiran急性肝卟啉症小干扰RNA2019.11Golodirsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子53）反义寡核苷酸2019.12Viltolarsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子53）反义寡核苷酸2020Lumasiran原发性高草酸尿症I型小干扰RNA2020Inclisiran成人高胆固醇血症及混合性血脂异常小干扰RNA2020Casimersen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子45）反义寡核苷酸2021.2.25已上市的寡核苷酸药物（根据网上资料整理）由此可见，对罕见病的诊断也非常重要，很多罕见遗传病是由几十甚至上百种突变引起的，而且不同区域的患者可能存在不同的基因变异位点，NGS是现在进行高通量基因检测的重要手段。丹纳赫生命科学旗下Integrated DNA Technologies（IDT）公司（中文名称：埃德特）是全球领先的NGS试剂供应商，其外显子捕获产品Exome Research Panel V2特别适合进行遗传性疾病的全外显子组测序，助力遗传性疾病的诊断。V2由 415,115 条单独合成且经过质控检验的 xGen Lockdown 探针组成。探针组跨越人基因组的 34 Mb 目标区域（19,433 个基因），并且覆盖 39 Mb 的探针空间（即由探针覆盖的基因组区域）。探针是使用全新的“捕获感知”(capture-aware) 算法进行设计的，并进行了专有的脱靶分析，确保实现完整的设计覆盖度。探针组中的所有探针均严格按照 ISO 13485 标准进行生产。每条探针均经过质谱法和双定量测量检验，确保探针的质量及在探针库中具有适当的代表性。IDT Exome Research Panel试剂盒

最近不少人问我，是否应该进行DNA测序。他们还问我：&ldquo 你做过DNA测序吗?&rdquo 作为一名研究患者基于何种原因进行基因测序的医生，遇到这样的问题不足为奇，有时我自己也想知道。 　　12年前，科学家首次对人类基因组进行测序，当时的成本约为10亿美元。此后，基因测序的成本直线下滑，如今已降至约5000美元，且很快会跌至1000美元以下，使得这样的问题变得越来越常见。与之前的检测手段能够提供的基因信息量相比，全基因组测序能提供数百万倍的信息量。为此，许多患者都进行了基因测序。 　　此外，美国总统奥巴马在2015年国情咨文演讲中还推出了&ldquo 精准医疗计划&rdquo (precision medicine initiative)，其中就涉及到基因组测学工程。这也会让基因测序变成一个普通的问题。 　　随着成本下滑，越来越多的人开始进行基因测序。例如，大量癌症患者选择了全基因组测序，因为根据基因信息能够预测他们对各种化学疗法的反应。那些患有先天性疾病儿童的父母也迫切想知道，基因突变是否是孩子患病的罪魁祸首。如果真是这样，将来他们可以对此进行干预，以防影响第二胎。 　　此外，对于特定疾病患者，整个基因组测序的价格已经接近于单个基因测序的价格，如乳腺癌。为帮助治疗，医生也在对一些婴儿的基因组进行测序。将来，我们之中的大多数可能都会经历基因测序。医生只要在办公室里，就能利用你面前的计算机完成DNA测序。 　　许多人还会主动找到基因测序公司进行基因测序。在过去的几年中，许多人在23andMe这样的基因测序公司进行了基因测序。目前，这些基因测序公司只是检测人类整个基因组的一小部分基因，仅占人体DNA的百万分之一，即所谓的单核苷酸多态性(SNPs)分析。 　　但随着时间的推移，这些公司将启动更多的SNPs测序。即便如此，也仅占人体DNA的十万分之一。不管怎样，这些公司表示，将提供血统之外更多有医疗价值的信息。SNPs所提供的信息相对有限，而整个基因组测序所能提供的信息要高出数十万倍。 　　DNA分子由四种脱氧核糖核苷酸组成，分别是腺嘌呤、嘧啶、胸腺嘧啶和鸟嘌呤，英文字母缩写分别为A、C、T和G，涵盖30亿个碱基对的序列信息。尽管如此，人与人之间的基因相似度高达99.9%。(人与黑猩猩基因相似度为98%，与牛基因相似度为80%，与鸡基因相似度为60%。) 　　让我们用一个形象的例子对此进行说明。书架上有1000册书籍，其内容共包含30亿个字母。如果将这些字母比作DNA，那么其中999本书的信息都是相同的。只有1本书中包含的字母是不同的，并决定了我们眼睛颜色、头发颜色、鼻子形状，以及患某种疾病的可能性等等。 　　如果检测100万个SNPs，相当于每3000个字母中检测1个字母，即每页检测1个字母。如果看书时只看每页的一个字母(或一个基因)，那我们从中得到的信息将十分有限。 　　但是，进行整个基因组测序，患者将拥有整个基因组测序信息，即阅读全部1000册书籍。目前，一些基因测序公司正在直接面向消费者提供该服务。这些服务所产生的大量数据是极具价值的，包括用于医疗领域。 　　基因测序后，你可能会被发现存在一些与某种疾病相关的遗传标记。其实，其中一部分是可以预防的，如乳腺癌。但人们习惯于认为，发现一个致病基因将来就一定会患病，如恶性肿瘤基因或肥胖基因。其实，大部分常见病是多个基因和环境因素共同作用的结果。因此，你可能有一个基因会导致患某种疾病的风险提高2倍(从10%提高到30%)，那么你不会患病的几率仍高达70%。当然，这种疾病目前可能还没有治疗方案，如阿尔茨海默病(即老年痴呆症)。因此，对患者进行相关教育至关重要。 　　许多患者担心基因歧视问题。《遗传信息无歧视法案》(GINA)确保了美国民众的基因信息不被滥用和歧视。根据这部法律，如果基因检测显示某人可能易患某种疾病，保险公司不得据此提高医疗保险费用或者拒绝为其提供保险，其他公司也不得把基因信息作为招聘、解雇或提拔员工的依据。虽然这部法案涵盖了大多数医疗保险，但目前还没有解决人寿、伤残或长期就医保险问题。但我相信，将来这部法案会进一步保护这些人群。　　当然，是否进行基因检测不一定完全由患者来决定。当前，一些医生已经开始为特定患者提供基因检测服务。一些进行特定疾病研究的研究人员也开始进行整个基因组测序，试图找出病因，给出治疗方案。很显然，我们之中的许多人将被包括在内，或者是从中受益。 　　因此，当人们问我是否应该进行基因测序时，我回答说：&ldquo 你为什么要进行基因测序呢?&rdquo 一些人，尤其是对科学感兴趣的人，他们通常会说&ldquo 知道自己的基因信息会很酷&rdquo 。有人认为&ldquo 知识就是力量&rdquo ，还有人担心自己的健康问题。如果你真想进行基因测序，最好先咨询一下医生。另外，临床遗传学专家和遗传咨询顾问可能比你的医生更了解一些具体的问题。 　　我也很想了解自己DNA中究竟蕴藏着哪些信息。幸运的是，我很健康，没有什么重大医学问题，因此目前还没有进行DNA测序的必要。当然，将来可能会改变。 　　不管怎样，无论是医生还是患者，我们都进入了一个美好的新世界，做任何事情都要谨慎。因此，我还没有进行DNA测试，至少目前如此。 　　备注：本文作者罗伯特&bull 克里兹曼(Robert Klitzman)是哥伦比亚大学临床精神病学教授。

导语在实验过程中，最心累的莫过于好不容易提取的核酸却降解了。那么核酸为什么会发生降解呢，我们又该如何预防呢？关于核酸降解，你了解多少呢？让我们一起对核酸降解一探究竟吧。 什么是核酸 核酸是一种高分子化合物，核苷酸是构成核酸的基本单位。核酸水解后得到许多核苷酸，核苷酸是组成核酸的基本单位，即组成核酸分子的单体。一个核苷酸分子是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。根据五碳糖的不同可以将核苷酸分为脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。如果5-碳糖是核糖，则形成的聚合物是RNA；如果5-碳糖是脱氧核糖，则形成的聚合物是DNA。 核酸降解本质 核酸降解是DNA/RNA分子中的碱基和戊糖间的氮糖苷键，或磷酸二酯键在物理因素、化学因素和生物因素等作用下发生水解，使DNA/RNA链发生断裂。核苷磷酸化酶：能分解核苷生成含氨碱基和戊糖的磷酸酯酶。广泛存在于生物体内,催化的反应可逆。可在核苷水解酶作用下继续分解核苷成嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。核苷水解酶：主要存在于植物和微生物体内，只水解核糖核苷。 核酸降解原因 DNA降解的因素很多，主要分为物理因素，化学因素和生物因素。一、物理因素：温度，机械剪切力、核酸的反复冻融、高温煮沸及辐射等。二、化学因素：PH值，水解反应，氧化反应等。三、生物因素：酶解及微生物侵染等作用。一、物理因素的影响★ 温度：高温条件下，RNA不稳定，易加速磷酸二酯键的水解，使核酸降解；★ 机械剪切力：包括剧烈震荡、搅拌、细胞突然至于低渗溶液中，以及让溶液快速通过狭长的孔道；★ 核酸的反复冻融、高温煮沸及辐射等，均会导致核酸的降解。二、化学因素影响水解★ PH值：氢离子参与催化磷酸二酯键、糖苷键的水解，但糖苷键比磷酸二酯键更易被酸水解。过高或过低的PH值都易破坏复键。核酸(特别是RNA)在碱性溶液中十分容易降解；★ 氧化反应：会氧化碱基中的含氨杂环，使其变性，从而改变一级与二级的核酸构象；★ 苯酚在空气中被氧化生成醌，它能够产生自由基，直接用于DNA的分离，会使磷酸酯键断裂，造成DNA的降解。三、生物因素影响★ 酶解：核酸酶可以催化水解多聚核苷酸链中的磷酸二酯键，直接破坏核酸的一级结构，使其降解。1.核酸酶(磷酸二酯酶)核酸内切酶：在环境或生物体内具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶。作用方式从多聚核苷酸链中间开始，在某一个位点切断磷酸二酯键。如DNase，RNase等。核酸外切酶：核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端(3' -端或5' -端)开始，逐个水解切除核苷酸。如蛇毒磷酸二酯酶，牛脾磷酸二酯酶等。2.核苷酸酶(磷酸单酯酶)专一性的磷酸单酯酶：3' -核苷酸酶，5' -核苷酸酶非专一性磷酸单酯酶。★ 微生物侵染：微生物会将DNA作为营养物质或是其分泌的化学物质含酶。 预防降解的方法 预防RNA降解的方法:★ 去除环境中RNase酶的污染或强有力地抑制其活性。★ 获取样品后最好立即提取RNA，若无条件立即实验，应于-80℃液氮中保存样品，提取时取出样品后立即在低温下研磨裂解细胞，以防RNA降解。★ 在总RNA提取分离的最初阶段，联合使用Rnase的特异抑制剂，尽可能的灭活胞内的Rnase的活性。★ 避免样品的反复冻融。★ 保证裂解液的质量，裂解液的用量不足，也会导致RNA降解。★ RNA提取后，放入-80℃保存，防止降解。预防DNA降解的方法:★ 简化操作步骤，缩短提取过程，以减少各种有害因素对核酸的破坏；★ 减少化学物质对DNA的降解，为避免过酸、过碱对DNA双链中磷酸二酯键的破坏；★ 防止基因组DNA的生物降解，主要是DNase降解基因组DNA，Dnase需要二价金属阳离子Mg2+等的激活，可用EDTA等金属离子整合剂整合Mg2+以抑制Dnase的活性；★ 减少物理因素对DNA的降解，物理降解因素主要包括机械剪切力(如剧烈震荡、搅拌等)；★ 避免样品的反复冻融，可将DNA分装保存于缓存液中；★ 所有试剂应用无菌水配制，耗材经高温灭菌；★ 避免DNA的过高温处理等。

茂默科学以客户为本、合作共赢的理念，致力于帮忙客户提供整体实验方案。力求解决行业内客户对科学仪器选型难、维护难的处境。通过不断优化公司运作和提升服务质量，目前已赢得业内人士和广大客户广泛认可，拥有广泛而稳固的合作伙伴和客户群体。现介绍一些跟水质特征有关的术语。1 α系数 alpha factor在活性污泥污水处理设备中，混合液与清洁水中氧传递系数之比。2 氨的汽提 ammonia stripping通过碱化和曝气去除水中氨化合物的一种方法。3 半致死浓度 lethal concentration，LC50在一定时间的连续暴露下，使受试生物半数致死的毒物浓度。4 β系数 beta factor在活性污泥污水处理设备中，混合液中溶解氧饱和值与同一温度和气压下清洁水中溶解氧饱和值之比。5 测试组 test batch在遗传毒性测试中培养基、接种体和稀释系列的混合物。6 超载 surcharge在靠重力流动的污水管中，当满管后流量再增加时所造成的状况。这可能引起过量污水从检查井溢出。7 初级生物降解 primary biodegradation在微生物的作用下，化合物的结构发生变化，导致一些特性丧失。8 初级厌氧生物降解 primary anaerobic biodegradation由于厌氧微生物的作用，受试化合物仅发生结构改变，而未达到终矿化的生物降解阶段。9 粗滤池 roughing filter在有机物含量或水力负荷比正常情况高得多的条件下工作的生物滤池，用以降低高强度污染工业废水中易降解有机物的过高浓度。10 大型植物 macrophytes大型水生植物，包括挺水、沉水和浮水植物。11 淡水 fresh water含盐量低的天然水，或一般认为便于抽取和处理产生饮用水的水。12 氮平衡 nitrogen balance参见114，质量平衡。13 氮循环 nitrogen cycle自然界中氮及其化合物被利用和转化的循环过程。14 DNA损伤 DNA damage不影响细胞复制的各种DNA变化。15 点突变 point mutation；基因突变 gene mutation基因中单碱基对（核苷酸对）改变引起的突变，包括缺失、插入、移码突变、核苷酸序列的改变。16 毒性试验 toxicity test使某种物质在一定浓度下与特定的生物接触，以确定该物质对生物的毒性影响。16.1 流水毒性试验 flow-through toxicity test；动态毒性试验 dynamic toxicity test试验水体在连续流动情况下所进行的毒性试验。16.2 半静态毒性试验 semi-static toxicity test；定期更换受试液的毒性试验 toxicity test with intermittent renewal以较长时间间隔（如12 h或24 h）来分批更换大部分试液（大于95%）的毒性试验；或定期（一般每隔24 h）将受试生物转移到毒物浓度与起始相同的新配试液中的毒性试验。16.3 静态毒性试验 static toxicity test；不更换试液的毒性试验 toxicity test without renewal在试验周期内，不更换试液的毒性试验。17 对照组 control batch是试验过程的一部分，表明无待测物质存在时基质条件对检测系统的影响。注：在遗传毒性紫外致突变（umuC）试验中，对照组包括不含待测菌的培养基、只含蒸馏水和接种物的培养基、含接种体和溶剂的培养基等。18 多氯联苯 polychlorinated biphenyls，PCBs多氯取代的联苯类化合物的总称，也包括一氯联苯。19 反冲洗 backwashing用水以逆流方向清洗滤池的操作过程，常需辅以空气冲刷。20 腐、败 putrefaction有机物受厌氧微生物作用无控制地分解，并产生臭味。21 腐、败的 septic由于缺乏溶解氧而产生腐、败的现象。22 腐生的 saprobic与有机物腐、败有关的。23 腐殖污泥 humus sludge生物滤池脱落的微生物膜。通常在后沉淀池中分离出。24 附聚（作用） agglomeration絮凝体或悬浮颗粒物聚结形成更大的絮凝物或更易沉降、浮起的颗粒物。25 隔夜培养 overnight culture下午开始，培养过夜（通常约16 h），以备第二天早晨进行的预培养接种使用。26 光合作用 photosynthesis在有光的条件下生物借助光化学反应将二氧化碳和水合成有机物。27 哈森色标 Hazen number表示水色度的值。一个标准单位为每升水中1 mg铂［以六氯铂（Ⅳ）酸的形式存在］，或2 mg六水氯化钴（Ⅱ）存在下所产生的颜色。28 含水层 aquifer由具有渗透性的岩石、砂或砾石构成的能够提供大量水的含水床或含水层。29 河段 reach有一定上游和下游界限的河道。30 核苷酸 nucleotide基因组的组成成分（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶），通过糖和磷酸基团连接而形成核酸链，其顺序决定着基因组的遗传密码。31 核酸 nucleic acid重要的遗传物质，由核苷酸按一定的顺序连接而成的双螺旋结构，决定遗传编码。32 核糖核酸 ribonucleic acid，RNA构成遗传物质的重要组分之一。在RNA病毒中是基因组的组成成分。注：RNA与DNA不同，在核苷酸序列中，尿嘧啶（U）取代了胸腺嘧啶（T）（参见DNA，83）。33 后氯化 post-chlorination水（或废水）处理后再进行氯化。34 弧菌Vibrio sp.好氧、无孢子生殖的革兰氏阴性细菌，广泛分布于地表水中。某些种系致病菌，如霍乱菌、副溶血性弧菌。35 化学示踪剂 chemical tracer人为添加或天然存在于水中，用于示踪水流的化学物质。36 回流 recirculation经过初级或完全处理的部分废水，由处理系统的某一单元返回到前面单元的过程。37 汇水区 catchment area；汇水盆地 catchment basin水能自然地排到水道或某一点所形成的区域。38 混合液 mixed liquor在活性污泥曝气池或氧化沟内进行循环或曝气的活性污泥与污水的混合物。39 混合液悬浮固体 mixed liquor suspended solids，MLSS混合液中固体物质的总浓度，通常规定以干重计。40 活菌 viable bacteria具有代谢和（或）繁殖能力的细菌。41 活性炭处理 activated carbon treatment用活性炭吸附去除水和废水中溶解的或胶态的有机物的过程。例如用以改善水的味、臭和色。42 积水 ponding由于生物滤池滤料间隙堵塞，在池面上出现的水。43 基因组 genome细胞中编码遗传信息的所有遗传物质（核酸、DNA、RNA）。44 交叉连接 cross connection指管道之间的连接有可能使受污染水进入饮水供水系统，从而给公众健康带来危害。也用于描述不同配水系统之间的一种规范连接。45 接种 seeding人为引入合适的微生物而对生物系统进行接种。46 接种体 inoculum；接种材料 inoculation material向新鲜培养基中加入的微生物（或经预培养，处于指数生长期的菌悬液）。47 菌胶团膜 zoogloeal film含有大量细菌、原生动物和真菌的黏液基质，覆盖在成熟的生物滤池、慢速砂滤池滤料的润湿表面或污水管内壁。48 矿化作用 mineralization有机物完全分解成二氧化碳、水，以及其他元素的氢化物、氧化物和矿物盐。49 理想的自然群落 expected natural community在河道中仅有自然胁迫，而人为干扰较小的生物群落。50 磷平衡 phosphorus balance参见114，质量平衡。51 浓度-效应关系 concentration-effect relationship某种物质或几种物质混合物，在一定浓度梯度下，导致某种诊断标志物产生响应的剂量的相关性。注：在遗传毒性紫外致突变（umuC）试验中，umuC基因的诱导取决于受试样品中遗传毒物的浓度。52 排水区 drainage area水排至一点或多点的区域，区域边界由主管部门限定。53 培养基 culture medium支持微生物生长的液态或固态营养物质。54 贫营养水 dystrophic water含营养物甚少而含腐殖质浓度高的水。55 潜水面 water table静止的或自然流动的地下水的水面。在该水面下，除了不透水的地方外，蓄水层被水饱和。56 倾析 decantation悬浮固体沉淀或与高密度液体分离后倾出上清液。57 清洗生物 scouring organisms一些生物，例如蠕虫、昆虫幼虫和其他无脊椎动物，它们能通过摄食或移动以去除生物滤池滤料表面的细菌团膜（细菌块膜）。58 泉水 spring自然涌出地表的地下水。59 三级处理 tertiary treatment为进一步减轻污染影响，对经过初级和二级处理的污水进一步处理的过程。包括：深度物理处理、化学处理和生物处理。60 排水的深度处理 effluent polishing采用深度物理或生物方法对二级处理排水进行的三级处理。61 设定点 designated site（生物学分类的河流）在水体某一段中所选定的某个具体点，该点的水质能够代表该段水体的水质。62 生态系统 ecosystem通过不同组成的生物和其周围环境间的相互作用，形成物质循环和能量交换的系统。63 生态学 ecology研究生物及其相关环境之间相互关系的一门学科。64 生物降解 biodegradation在水介质中由于活生物的复杂作用引起的有机物的分子降解。65 生物降解阶段 biodegradation phase试验中从延滞期结束至达到大生物降解率的90%所经历的时间。66 生物矿化 biomineralization由生物活性引起的矿化作用。67 生物量 biomass给定水体中生命物质的总质量。68 （砂滤）生物膜 biofilm（of a sand filter）由活的、死的和垂死的生物在慢速砂滤池或其他生物滤池介质表面形成的膜。69 生物群 biota水生生物系统中的所有活的组分。70 生物指数 biotic index描述水体生物群的数值，用以表示水体的生物质量。71 受试样品 test sample经过所有前处理步骤（如离心、过滤、匀浆、pH调节和离子强度测定）的待测样品。72 熟化塘 maturation pond大型浅水池，用于进一步处理已经生物处理过的污水，并去除该过程中形成的固体。73 水文测量 hydrometry水流的测量与分析。74 水文地理学 hydrography研究与测量海洋、湖泊、河流和其他水域的一门应用科学。注：在一些国家中此术语等同于海洋物理化学。75 水文学 hydrology研究降水、径流或渗滤及储存、蒸发和再降这一水循环的应用科学。76 淘析 elutriation一种污泥调节工艺。用清洁水或污水厂的出水淘洗污泥，以减小污泥的碱度，特别是除去氨的化合物，从而减少混凝剂的需用量。77 停留期 retention period；滞留时间 detention time按规定的流速计算，水或废水在特定单元或系统内停留的理论时间。78 透光层 euphotic zone透光程度足以维持光合作用的上层水体。79 突变 mutation；染色体突变 chromosomal mutation生物体或病毒的遗传物质（DNA或RNA）永、久性地改变，通常是一个基因中，表现为遗传物质（一个或多个核苷酸）的缺失、易位、转导，导致遗传编码的改变，从而改变基因功能。80 推流系统 plug-flow system至少理论上（如果实际无法达到）在渠道横断面可达到充分混合，而沿水流方向又无混合或扩散的一种系统。81 脱落 sloughing菌胶团膜物质以腐质污泥的形式从生物滤池的滤料上连续脱离。82 春蜕膜 vernal sloughing；spring sloughing春季由于生物活动增强，从而使生物滤池中新的菌胶团膜滋生而旧生物膜大量脱落。83 脱氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid，DNA构成除RNA病毒外所有生物基因组的遗传物质。与RNA不同的是，DNA核苷酸序列中含有胸腺嘧啶，而不是尿嘧啶。84 稳定期 plateau phase生物降解阶段结束到试验结束这段时间。85 稳定性 stability处理前后，废水或污泥抗腐、败的能力。86 稳定性试验 stability test；亚甲蓝试验 methylene blue test对经过生物处理污水的一种检验。试验时，向生物处理过的出水中加入亚甲蓝染料，在隔绝空气的条件下，通过染料褪色所需的时间评估水稳定性。87 污泥龄 sludge age在排泥率恒定的情况下，活性污泥处理厂排放全部活性污泥所需的天数。计算方法是用活性污泥厂污泥的总排放量除以每天排放的污泥量。88 污泥膨胀 sludge bulking活性污泥法处理系统中，通常由于丝状菌的存在，引起活性污泥体积膨胀和不易沉降的现象。89 污泥压滤 sludge pressing采用机械加压去除污泥中液体的方法，使之形成易于处置的固体物。90 无观察效应浓度 no observed effect concentration，NOEC统计学上略低于低观察效应浓度的实验浓度。91 稀释系列 dilution series预设受试样品与稀释基质（例如水或缓冲液）配比的一系列测试用混合物。92 延迟期 lag phase从试验开始到用于降解的微生物驯化适应和选择完成所经历的时间，此时化合物或有机物的降解程度达到大生物降解率的10%。93 沿岸带 littoral zone即水体边缘浅水带，阳光可直接透射到水底，根生植物占优势。94 盐跃层 halocline在分层的水体中，含盐浓度梯度大的一层。95 氧饱和值 oxygen saturation value与大气（天然系统）或纯氧（纯氧废水处理系统）处于平衡的溶解氧浓度。它随温度、氧分压和盐度而变化。96 养分去除 nutrient removal在水和废水处理中，专为除去含氮和含磷化合物而使用的生物、物理和化学方法。97 氧化沟（渠） oxidation ditch（channel）通常为若干平行沟渠在终点相连，形成闭合循环，装有曝气装置用于处理原污水或澄清污水的系统。98 氧亏 oxygen deficit在水系统中，实际溶解氧浓度与其饱和浓度值之差。99 氧平衡 oxygen balance参考114，质量平衡。100 遗传毒性 genotoxicity通常指由导致突变的物理或化学因素引起的基因组特异性改变的毒性效应。101 遗传毒性试验 genotoxicity test确定DNA损伤或DNA修复等遗传毒性作用的试验系统。102 引水 abstraction将水从任何水源永、久地或暂时地转移到其他地方，使其不再是该地区水资源的一部分，或者转移到该地区内的另一水源。103 英霍夫锥形管 Imhoff cone容积通常为1L，刻度接近尖端，可用来测定水中可沉降物体积的圆锥形透明容器。104 营养物的去除 nutrient removal在水和废水处理中，专为去除含氮和含磷化合物而使用的生物、物理和化学方法。105 umuC操纵子 umuC-operon调控umuC基因诱导的基因序列。106 umuC紫外致突变及化学修复 umuC UV mutagenesis and chemical repair在遗传毒性实验中，使用umuC基因研究受试菌株的DNA损伤。umuC基因的表达受到DNA损伤的诱导。107 油状膜 slick漂浮在海面或者其他水体上的一层物质，例如石油膜。108 预暴露 pre-exposure在添加化合物或有机物的实验条件下，对接种体进行预培养。目的是通过微生物的适应和选择，增强接种体对受试物的降解能力。109 预活化 pre-conditioning在适宜培养条件下对受试生物进行预培养。该过程中不添加化学药品或有机物质。微生物在此过程中适应实验中培养条件，可改善实验效果。110 预培养 pre-culture在适宜培养条件下培养（已活化的）微生物，以促进其适应实验中培养条件。是特定试验（如遗传毒性试验）的一部分。111 原生水 connate water与周围岩石或地层具有同一地质年代的间隙水。水质往往不良，不适于正常使用（例如饮用、工农业使用）。112 原种培养 stock culture一定条件下（如在适合的培养基中冻存）生物菌株的培养，目的是保持原有的特性，如核酸序列。113 真空过滤 vacuum filtration污泥经滤布，藉真空抽滤的一种脱水方法。114 质量平衡 mass balance在一确定系统内（例如湖泊、河流或污水处理厂），特定物质输入量和输出量（包括该物质在系统中的形成或分解）之间的相互关系。115 中温消化 mesophilic digestion污泥在20～40℃下的厌氧消化，在该温度范围内有利于微生物生长。116 中营养水 mesotrophic water天然的或由于营养累积形成的中等营养状态的水，介于贫营养和富营养之间。117 自养细菌 autotrophic bacteria；化能自养细菌 chemolithotrophic bacteria能利用无机物作为碳源和氮源而繁殖的细菌。118 总固体浓度 total solids concentration在一定条件下，已知体积的活性污泥烘干后的重量。119 大生物降解率 biodegradation maximum level试验中，一种化合物或有机物不再继续发生生物降解时的大生物降解程度（以百分率表示）。120 低可观察效应浓度 lowest observed effect concentration，LOEC与对照相比，观察到显著效应（p≤0.05）时受试物的低浓度。121 低无效应稀释度 lowest ineffective dilution，LID（一定稀释度下废水的毒性测试）试验中无抑制效应或不产生特定值以上效应的大浓度稀释值。122 终好氧生物降解 ultimate aerobic biodegradation在有氧条件下，化合物或有机物被微生物降解成CO2、H2O和元素形态的矿物盐，并同化成微生物的一部分。123 终需氧量 ultimate oxygen demand，UOD有机物完全矿化和氨氮、亚硝态氮氧化所需要的氧的理论计算值。124 终厌氧生物降解 ultimate anaerobic biodegradation在无氧条件下，化合物或有机物被微生物降解成CO2、CH4、H2O和元素形态的矿物盐，并同化成微生物的一部分。（来源：HJ 596.3-2010）

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。

产品类别DNA多通道肉品物种鉴定试剂盒，3种检测数量，针对鉴定原肉和加工食品，同时鉴定六种动物样本的DNA（牛肉、鸡肉、猪肉、马肉、羊肉、兔肉）DNA毛发物种鉴定试剂盒，2种检测数量，通过动物毛发样本对物种进行鉴定，可同时检测9种物种，猪、熊、猫、狗、人、家鼠、田鼠、兔、狸。DNA多通道肉源物种鉴别试剂盒，3中检测数量，针对鉴定原肉和加工食品，同时鉴定五种动物样本的DNA（猪肉、狗肉、家鼠肉、田鼠肉等）。DNA细菌病原体检测试剂盒，根据DNA信息快速筛选食品中的沙门氏菌、志贺氏杆菌、产生细胞毒素的大肠杆菌等。 优势特点分析快速，整个测试时长不超过3个小时；一份试剂可同时鉴定5-9种物种；DNA检测限为pg级别；肉类参假检测灵敏度在0.01-0.1%；整个检测过程无需电池操作；脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，缩写为DNA）又称去氧核糖核酸，是一种最重要的生命基础分子，可组成遗传指令，以引导生物遗传、生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的信息储存，可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的信息，是建构细胞内其他化合物的最终源头。带有遗传信息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传信息的表达。DNA是一种长链聚合物，其基本组成单位称为核苷酸，其中的脱氧核糖与磷酸借由酯键相连，组成DNA长链的骨架。每个糖单位都会与某一种碱基相连，组成生物界DNA的碱基主要有四种，分别称为A、T、C、G，这些碱基沿着DNA长链排列，形成的序列，即是遗传信息，用以指导RNA的合成，进而指导蛋白质的合成。创新点：全新的采用DNA技术同时鉴别多种物种，检测时间短，检测效率高，操作简单，打破传统单一物种检测技术。 DNA多通道肉源/毛发物种鉴别试剂盒

直接测定DNA合成是细胞增殖检测的最准确方法之一，是测定物质毒性、评估药物安全评价、细胞健康的基本方法，其中以前常用的方式是利用胸腺嘧啶核苷酸类似物&mdash &mdash BrdU进行检测。因为在细胞周期的S期，和细胞一起孵育的BrdU能掺入DNA分子中，再结合BrdU抗体与渗入DNA的BrdU特异性结合，就能够检测到DNA复制活跃的细胞。 但BrdU有一大缺点，就是需要变性DNA后才能与抗体结合，但这就破坏了DNA双链结构，影响了其他染料的结合染色，导致染色弥散，准确性降低等问题。哈佛大学医学院细胞生物学家Adrian Salic就认为：&ldquo 为了能够暴露BrdU的抗原表位，必须用高浓度的盐酸，乙酸或酶解，但经历了如此严重的处理后，细胞原本精巧细致的结构在显微镜下就变得惨不忍睹了。&rdquo 事实上，现在有一种新的检测方法能避免这种情况的发生&mdash &mdash EdU检测。EdU （5-乙炔基-2&rsquo 脱氧尿嘧啶核苷）也是一种胸腺嘧啶核苷类似物，但其连有的炔羟基团在天然化合物中很少见，在细胞增殖时能够插入正在复制的DNA分子中，基于EdU与染料的共轭反应可以进行高效快速的细胞增殖检测分析，可以有效地检测处于S期的细胞百分数。与传统的免疫荧光染色（BrdU）检测方法相比，更简单，更快速，更准确。EdU只有BrdU抗体大小的1/500，在细胞内更容易扩散，不需要严格的样品变性（酸解、热解、酶解）处理，有效地避免了样品损伤，有助于在组织、器官的整体水平上观测细胞增殖的真实情况，具有更高的灵敏度和更快的检测速度。Adrian Salic特别强调：&ldquo 与传统的免疫荧光染色不同，EdU反应能在几分钟内完成，且不需要进行严格的样品变性处理，使得组织成像更简单易行。&rdquo 细胞增殖检测方法基于EdU与Apollo？荧光染料的完美结合准确检测新合成的DNA，简单，快速，准确。这种检测方法非常快速，且只需简单的几个步骤，因此也适用于高通量筛选试验，如在药物筛选中检测加药后细胞的活力。 图1 BrdU 与EdU 检测原理示意图 表1 BrdU 与EdU 检测优缺点比较 图2 BrdU 需要DNA 变性后才能与抗体结合，导致BrdU、Hoechst 染色弥散，边缘模糊不清； 而EdU 边缘清晰完整，检测更灵敏、更准确EdU可以检测新合成的DNA，而EU则可以检测新合成的RNA。EU是一种尿嘧啶核苷类似物，能够在RNA转录时期代替尿嘧啶（ U ）渗入正在合成的RNA分子，基于EU与Apollo？荧光染料的特异性反应进行RNA检测。EU能够在体内和体外水平检测时间和空间上RNA合成的变化，能够更方便地研究RNA转录位点，结合相关抗体标记能够检测与RNA有相互作用的蛋白。结合EdU和EU进行检测新合成的DNA和新合成的RNA，可以深入开展细胞增殖、细胞周期、细胞毒性、DNA复制及修复、信号通路等方面的研究。

DNA示意图。　　图片来源：《每日科学》杂志　　近日，美国斯克里普斯研究所科学家在化学研究领域核心期刊《德国应用化学》上发表论文称，一种名为苯基磷二酰胺（DAP）的简单化合物在生命出现之前可能就已存在于地球上，它可以通过化学手段将名为脱氧核苷酸的微小DNA结构单元编织在一起，形成原始的DNA链。　　该发现指出了DNA与RNA作为相似化学反应的产物一起出现的可能性，而第一批自我复制的分子，即地球上第一批生命的形式，正是这两种分子的混合体。近几十年来，“RNA世界”假说在生命化学领域一直占据主导地位，认为早期生命分子完全基于RNA，而DNA仅在后来作为RNA进化的产物才出现。而本次发现对该假说提出了挑战，进一步解释了地球生命是如何起源的这一古老问题。　　一条RNA链可以吸引其他单个RNA结构单元，粘附在RNA链上形成一种镜像链。如果新链可以脱离模板链，并开始通过相同的过程作为模板结合其他新链，那么它就实现了构成生命的自我复制的“壮举”。　　然而RNA链可能擅长结合互补链，但却不太擅长与这些链分离。现代生物体产生的酶可迫使RNA（或DNA）双链分开成两条，从而实现复制，但目前尚不清楚在没有酶的世界里如何做到这一点。　　该研究资深作者、斯克里普斯研究所化学副教授克里希纳穆尔蒂指出，部分DNA和部分RNA的“嵌合”分子链或解决了这个问题，因为它们可以一种粘性较小的方式结合互补链，从而使它们相对容易分离。　　在过去的研究中，科学家们已经发现，简单的核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸（分别是RNA和DNA的构成单元），可能是在早期地球非常相似的化学条件下产生的。有机化合物DAP起到了修饰核糖核苷酸，并将它们串在一起形成第一条RNA链的关键作用。而此次研究表明，在类似条件下，DAP也可以对DNA起到同样作用。　　这一发现为更广泛地研究自我复制的DNA-RNA混合物如何在原始地球上进化和传播，构建更完善的现代生物学铺平道路。　　RNA真的独自完成了生命起源的关键任务吗？近些年来，大量证据表明RNA和DNA可能几乎同时出现在最初的生命形式中，随后很快，二者又凭借各自的优势和缺陷进行了合理又明确的“分工”：DNA负责遗传信息长期稳定的存储，RNA则负责遗传信息的短期储存和运输，以及制造蛋白质——就像人们今天在细胞中看到的那样。而在“零”的起点上，或许仍是RNA和DNA两个必不可少的因素共同协作，才有了今天地球上的生机勃勃、生命不息。

据最新一期《自然· 化学》杂志报道，加拿大研究人员发现了一种检测人体血液中癌症生物标记物的新方法：利用肽核酸钳及纳米微电子芯片检测游离核酸。 　　核酸可分为DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)，通常位于细胞内，但有时也能在循环血液中找到。癌症患者的血液中往往有更多的这种脱离细胞的核酸，其中一小部分游离核酸中就包含着与某些癌症相关的突变。 　　研究游离核酸的常用方法包括DNA测序和聚合酶链式反应(PCR)，但两种方法都有一定缺陷。DNA测序成本高，患者往往要等待几周才能获得结果；PCR则需要准备大量样本进行修改，才能使其对基因点突变具有充分选择性。 　　许多遗传癌症标记会在一个特定基因中包含一个点突变。点突变是很难发现的，因为与正常游离核酸或野生型核酸相比，其在血液中的含量要小得多。科学家提高PCR灵敏度的方法之一是使用称为肽核酸的基因&ldquo 钳&rdquo ，这些具有互补核苷酸序列的链与野生型序列绑定后可放大目标序列。 　　多伦多大学和蒙特利尔儿童医院的研究人员开发出的新方法，可在无需样本或仅需少量样本的情况下对肺癌和皮肤癌中的基因突变进行选择性识别。 　　研究人员将肽核酸钳技术与电化学探针技术相结合，制作出一种快速、具有选择性的传感器。他们设计的钳测定技术可在KRAS基因中选择出特定的突变，KRAS基因中有7个突变与肺癌相关。 　　实验证明，这种利用肽核酸钳及纳米微电子芯片检测游离核酸的新方法，对检测患者血液中的癌症标记物具有足够的灵敏度和选择性。与其他方法相比，该方法具有成本低、侵入性小、几乎不用准备样本等诸多优点。

据新华社伦敦电 英国曼彻斯特大学日前报告说，该校研究人员开发出一种便携式乳腺癌检测仪，不仅携带使用方便，检测速度也比传统仪器快，有助于对乳腺癌进行大规模筛查或在家自查。 　　目前常用的乳腺癌检查设备是医院中的大型X射线成像仪，检查者往往要到医院排队，扫描结果也往往要等待一段时间才能拿到。相比之下，这种新型扫描仪可以装在一个小箱子中，在小诊所或在家中就可以使用，只需将仪器置于乳房部位，就能在电脑屏幕上获得扫描图像。 　　研究人员介绍说，它的原理与X射线成像不同。X射线成像是根据不同组织部位的密度差异来获得图像，而这种扫描仪利用的是射频电波。如果乳房组织发生病变，那么病变部位的电容率等性质会发生变化，在射频电波扫描下会呈现不同图像，可以反映出肿瘤的位置和大小。 　　研究人员说，这种射频电波扫描仪的另一个好处是不需要背景物。通常照X光时需要脱掉衣物并站在一块专门的背景板前，而使用这种仪器，即使穿着内衣也可以扫描。 　　癌细胞能藏身动物免疫系统 　　据新华社华盛顿电(记者任海军)美国研究人员10月28日公布的报告说，实验鼠研究显示，癌细胞可以在免疫系统内找到藏身之处。这一发现可以解释为何经过化疗后，肿瘤还能卷土重来。 　　美国麻省理工学院的研究人员研究了患有伯基特淋巴瘤的实验鼠，该病是一种高度恶性B细胞肿瘤。在利用标准化疗药物阿霉素治疗后，实验鼠的肿瘤确实缩小了。研究者随后解剖实验鼠，切除其胸腺、脾脏和外周淋巴器官等所有重要淋巴器官，以分析化疗对肿瘤病灶的影响。 　　研究人员发现，除胸腺外，其他淋巴器官内都未发现肿瘤细胞。但胸腺内的肿瘤细胞数量反而比化疗前增加了。胸腺是一个重要腺体，可以产生名为T细胞的免疫细胞。 　　研究人员又培育了胸腺较小且机能紊乱的实验鼠，它们在患上伯基特淋巴瘤并接受化疗后的生存率，要好于普通实验鼠。这也从侧面印证，胸腺可能对肿瘤细胞提供保护作用。 　　欧洲航天局卫星太空“搬家” 　　据新华社巴黎电(记者李学梅)欧洲航天局10月28日发表公报说，为了节省燃料、延长寿命，该机构的“ENVISAT”环境观测卫星日前在工作人员的指令下完成了一次太空“搬家”，从原来距地800千米的轨道搬到了距地783千米的轨道。 　　据欧航局介绍，“ENVISAT”卫星于2002年升空，它携有10台先进的观测仪器，专门收集地球大气、陆地、海洋和冰川的数据。按计划，该卫星应于升空5年后退役，但由于它的运行情况一切良好，欧航局先后两次延长其服役期，目前它的“退休”时间定于2013年。 　　不过问题也随之而来，由于要继续运行下去，“ENVISAT”卫星可能面临燃料不足的窘境。因此，欧航局下属的空间研究与技术中心想出了降低轨道、节省燃料的主意，并很快付诸实施。22日，重达8吨的卫星通过两次制动，总共下降10千米，26日又再降7千米，最终抵达距地783千米处的“新家”。 　　涂金纳米粒子有助乳腺癌治疗 　　据新华社华盛顿电美国研究人员日前报告说，他们对小鼠进行的研究显示，将带有金涂层的硅纳米粒子注射到乳腺肿瘤中，可使肿瘤细胞对放疗更为敏感，这将有助于治疗乳腺癌。 　　来自美国贝勒医学院等机构的研究人员在新一期美国《科学转化医学》杂志上报告说，他们设计了带有金涂层的球状硅纳米粒子，可使肿瘤干细胞升温。黄金是纳米粒子的理想涂层，它在生物组织中要比其他金属的毒性小。实验中，研究人员向小鼠的乳腺肿瘤中直接注射一剂带金涂层的纳米粒子，它在热疗时可造成肿瘤局部升温。通常，肿瘤细胞对放疗导致的DNA(脱氧核糖核酸)断裂会有一定的修复能力，而由这种纳米粒子所诱导的升温能阻止这种修复，因此增加了肿瘤细胞对放疗的敏感性。 　　在注射带金涂层的纳米粒子一天后，小鼠接受了单纯放疗或放疗及20分钟的热疗。与单纯放疗相比，接受放疗和热疗的小鼠，其肿瘤细胞的萌生速度较慢，形成的肿瘤较少。这表明热疗阻止了肿瘤干细胞的生长并可能改变了其迅速生长的特性。 　　研究人员进一步对在小鼠体内增殖的人类乳腺肿瘤细胞重复了以上实验，结果显示，带有金涂层的纳米粒子诱导的升温效应，使得人的乳腺肿瘤干细胞对放疗也变得更为敏感。

2015年2月12日，国家食品药品监督管理总局对博奥生物集团研制生产的BioelectronSeq 4000基因测序仪和胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测试剂盒(半导体测序法)分别颁发了医疗器械注册证。 　　BioelectronSeq 4000基因测序仪通过生物电子芯片对核苷酸聚合反应中的酸碱度信号进行检测，用于人脱氧核糖核酸(DNA)测序，以检测基因的序列变化。该仪器可在临床上与此次由国家食品药品监督管理总局同时批准的体外诊断试剂以及仪器配套的专用生物信息分析软件配合使用，适用于胎儿染色体21三体、18三体、13三体的非整倍体检测。 　　胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测试剂盒(半导体测序法)用于定性检测孕周为12-24周的高危、单胎孕妇外周血血浆中胎儿游离脱氧核糖核酸(DNA)，通过分析样本中胎儿游离DNA的21号、18号及13号染色体数量的差异，对胎儿染色体非整倍体疾病21-三体综合征(唐氏综合征)、18-三体综合征(爱德华综合征)和13-三体综合征(帕托综合征)进行产前辅助诊断。 　　博奥生物集团是我国集成医疗(疾病的预测、预防和个体化治疗)领域的领军型企业，自2000年成立以来开发和推出了大量高水平的生物芯片创新性产品与服务，在科技部863和卫计委重大专项支持下构建了一套基于生物芯片的核酸提取、基因扩增、直至微阵列杂交测序和微流控测序的完整的分子诊断技术平台，为我国基因检测技术进入世界先进行列做出了重要贡献。 　　BioelectronSeq 4000基因测序仪、 　　胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测试剂盒(半导体测序法) 　　BioelectronSeq 4000基因测序仪医疗器械注册证 　　胎儿染色体非整倍体检测试剂盒医疗器械注册证

据美国物理学家组织网近日报道，德国美因茨马普高分子研究所的研究人员，以构成DNA(脱氧核糖核酸)基本结构单位的寡核苷酸适配子为基础，开发出了一种可以有效检测抗生素、毒品和爆炸物等不同物质的方法。该研究发表在美国化学协会期刊上。 　　这种方法的关键是利用原子力显微镜。原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。 　　马普高分子研究所的研究人员重点研究了构成DNA基本结构单位的寡核苷酸适配子。如果某种物质可与寡核苷酸适配子相结合，通过研究两者断裂开时的力的变化，不仅可以在物质浓度极低的条件下进行测量，同时也可以精确地研究该物质，包括这物质是如何与寡核苷酸适配子相结合，以及两者之间的结合力到底有多大等等。 　　寡核苷酸适配子是检测包括遗传物质DNA和RNA(核糖核酸)在内的各种化学物质的理想手段，就像诱饵可以捕捉到鱼一样。组成DNA的四种不同的碱基具有无限可能的序列，这样就可获得多种多样的结果。更为特殊的是，DNA的不同碱基有不同的物理结构。这样，寡核苷酸适配子可以形成特定的囊状结构来适应相应的分子。包括抗生素、可卡因、TNT以及蛋白质在内的大多数分子均可以找到相应的寡核苷酸适配子囊状结构。 　　马普高分子研究所的研究人员试图寻找一种可以分裂为两个部分的寡核苷酸适配子，并且目标分子可在囊状结构的两部分之间形成桥梁。这样的寡核苷酸适配子可以筛选出来。 　　在通用型检测器的首次试验中，研究人员将磷酸腺苷(AMP)作为目标分子，而囊状寡核苷酸适配子可以容纳两个磷酸腺苷分子。然后，他们将囊状寡核苷酸适配子的一部分附着在原子力显微镜探针的尖端，另一部分则置于载物台上。降低探针的尖端，使两部分发生接触，囊状寡核苷酸适配子内的两个碱基之间形成氢键。提高探针的尖端，结合在一起的囊状寡核苷酸适配子的两部分能像弹簧一样发生伸缩。此时，可以测量两者之间所产生的力。随着拉力的不断加大，两者最终会发生断裂。 　　随后，研究人员又进行了第二个实验。在囊状寡核苷酸适配子的两部分发生断裂之前，加入二磷酸腺苷分子溶液。这样两个磷酸腺苷被置于空的囊状寡核苷酸适配子中，囊状寡核苷酸适配子的两部分再次形成氢键。由于磷酸腺苷分子增强了两部分的结合力，因此要想使两部分发生断裂，必须使用更大的力，这样就可通过力的差异测出磷酸腺苷分子。 　　为了确定断裂力的大小，研究人员反复测量了1000次，确定AMP寡核苷酸适配子平均约为39皮牛(piconewtons)，比没有AMP分子时约高12皮牛。作为对照，他们使用不同的囊状适配子，并确定了不同适配子分裂成两部分所需要的力的大小。 　　研究人员表示，新方法不仅适用于检测特定的分子，也可研究单个分子。比如可以确定当适配子不发生断裂时力的大小，进而发现分子适配子氢键的变化 也可以改变目标分子的形成方式，使之形成两个或三个氢键桥，这对于理解目标分子及核酸适配子十分重要。适配子的结合性质具有广泛的应用潜力，比如DNA片段现已广泛应用于环境分析和医疗诊断，作为分子工具和基本结构其应用范围还具有广阔的发展前景。

DNA的基本元素包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和脱氧尿嘧啶（dU），然而目前还无法从单碱基分辨率水平上检测dU，严重影响了对dU功能的理解。近期，我国科学家研发出在单碱基分辨率水平上精准检测dU的新技术，研究成果发表在《Journal of the American Chemical Society》期刊，标题为“UdgX-Mediated Uracil Sequencing at Single-Nucleotide Resolution”。　　该方法被命名为Ucaps-seq法（UdgX cross-linking and polymerase stalling sequencing）。研究人员利用从耻垢分枝杆菌中发现的新型糖苷酶UdgX，特异性地识别和切除DNA中的dU，形成的缺口与对应的核糖形成共价键，从而将其捕获。由于DNA高保真聚合酶碰到UdgX标记的dU缺口能原地“停车”，研究人员利用的DNA高保真聚合酶这一特性进一步确认了dU的位置。最后，结合高通量测序技术将“停车”信号放大，从而在单碱基水平上精准定位dU在DNA乃至基因组上的位置。　　Ucaps-seq法是国际上第一个酶法检测DNA中的dU碱基的技术，灵敏性好、特异性强、分辨率高，将大大推进核酸序列检测、遗传密码破译和人类对核酸的认知。　　注：此研究成果摘自《Journal of the American Chemical Society》期刊原文章，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。 　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11269

样品流路中分析物与金属表面相互作用引起的金属吸附是寡核苷酸分析中的主要问题之一。使用传统的 LC系统（基于不锈钢材质）通常会导致峰形不佳、灵敏度和定量性能受损。本文介绍了使用为解决金属吸附问题而开发的 Nexera XS inert系统分析寡核苷酸的示例。对灵敏度、定量性能和残留进行了评估，结果显示，与在流路中使用不锈钢的 HPLC 系统相比，该生物惰性系统在整体性能上明显改善。Nexera XS inert系统对金属配位化合物表现出优异的分析性能。通常用于 HPLC 流路的不锈钢 (SUS) 具有出色的耐压性，但含有磷酸基团的化合物可以通过金属配位作用与润湿不锈钢表面吸附。金属吸附会对峰形、检测灵敏度和重现性产生负面影响，并降低定量分析的性能。一般通过重复注入高浓度样品来抑制吸附，但这种方法既费时又昂贵。另一种方式是使用含有螯合剂的溶液来抑制吸附。但是此方法不适用于 LC/MS 分析，因为它可能导致污染和灵敏度降低。为了评估金属吸附抑制效果，采用常规HPLC系统（Nexera XR）和生物惰性UHPLC系统（Nexera XS inert）进行分析，并分别使用不锈钢色谱柱和无金属色谱柱。寡核苷酸的反相色谱分析中通常采用离子对试剂，本实验中使用HFIP（1, 1, 1, 3, 3, 3-六氟-2丙醇）和DIPEA（N, N-二异丙基乙胺）。样品信息：序列：5'-dG-dC*-dC*-dT-dC*-dA-dG-dT-dC*-dT-dG-dC*-dT-dT-dC*-dG-dC*-dA-dC* -dC*-3'，(*) 表示 5-C 或 5-U 甲基化 (d) 2'-脱氧核苷分子量：6431.72色谱及质谱条件：略。图 1 显示了使用 Nexera XR 和不锈钢色谱柱以及 Nexera XS inert和无金属色谱柱分析的 10 ng/mL 标准寡核苷酸溶液的色谱图。与 Nexera XR 相比，Nexera XS inert 的峰强度增加了约 1.7 倍。图1 寡核苷酸标准溶液(10 ng/mL)的MRM色谱图图2 (a) Nexera XR，(b)Nexera XS inert 交叉污染比较分析浓度为1000 ng/mL的寡核苷酸溶液后，立即将样品溶剂水作为空白进样以评估残留情况。图2（a）显示了Nexera XR空白分析的色谱图，图2（b）显示了Nexera XS inert空白分析的色谱图，可以看到两者的残留水平分别为0.0790%和0.0033%。这些结果表明，Nexera XS inert系统显著抑制了金属吸附并最大限度地减少了交叉污染。样品流路中分析物与金属表面相互作用引起的金属吸附是寡核苷酸以及其他金属敏感化合物分析中的主要问题之一。Nexera XS inert在样品接触流路中使用生物惰性材料，对易被吸附的化合物具有出色的峰形、分离度、灵敏度、重现性和定量性能。而且，该系统耐压超过100MPa，适用于超快速分析，显著提高实验室分析通量。Nexera XS inert系统与MS的结合是分析金属敏感化合物的理想解决方案。本应用中使用的仪器（Nexera XS inert+LCMS-8060）参考文献：1、LCAV-0001-0274，Improvement of Quantitative Performance in LC/MS Analysis of Oligonucleotides using Nexera XS inert本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

11月29日，国家药典委员会官方网站公示了关于微生物全基因组测序技术指导原则标准草案，公示时间为3个月。详情如下：编号：Fg2022-0216号我委拟制定微生物全基因组测序技术指导原则，为确保标准的科学性、合理性和适用性，现将拟制定标准公示征求社会各界意见（详见附件）。公示期自发布之日起3个月。请认真研核，若有异议，请及时来函提交反馈意见，并附相关说明、实验数据和联系方式。相关单位来函需加盖公章，个人来函需本人签名，同时将电子版发送至指定邮箱。联系人：朱冉、陈蕾电话：010-67079581 010-67079566电子邮箱：zhuran@chp.org.cn通信地址：北京市东城区法华南里11号楼 国家药典委员会办公室邮编：100061国家药典委员会2022年11月29日附件：微生物全基因组测序技术指导原则公示稿.pdf微生物全基因组测序技术指导原则起草说明.pdf微生物全基因组测序技术指导原则 本指导原则对全基因组测序技术用于药品微生物控制给予通用性技术规定，为药用原料、辅料、制药用水、中间产品、终产品、包装材料、环境、设备和人员等药品全生命周期质量控制中微生物精准鉴定、溯源分析和风险识别等提供指导。微生物全基因组测序（Microbial whole-genome sequencing）是指利用高通量测序技术对微生物个体的整个基因组序列进行测定，获取遗传信息的过程。高通量测序技术主要包括：边合成边测序、半导体测序、DNA （Deoxyribonucleic acid, DNA）纳米球测序、连接酶测序等第二代测序技术（又称下一代测序，Next Generation Sequencing）和基于单分子测序（Single Molecule Sequencing）的第三代测序技术。第二代测序技术的基本原理主要是利用物理或酶切的方法将待测样本的基因组打断到1kb以内的DNA片段，在其两端连接特定接头序列后，固定于测序介质中，通过核酸扩增技术，如聚合酶链式反应、等温扩增技术等将待测样本放大收集成库，然后进行平行循环测序。当需要获得微生物样本基因组精细图、完成图时，可采用能够实现大片段测序读长的第三代测序技术。第三代测序技术的基本原理主要有：采用荧光标记脱氧核糖核苷酸，用光学镜头实时记录DNA合成过程中新引入脱氧核糖核苷酸的荧光变化，通过不断地重复合成、成像、淬灭等过程进行单分子荧光测序；或采用电泳技术驱动单个分子逐一通过纳米孔，通过检测不同碱基的电信号，进行单分子纳米孔测序。本指导原则以目前发展成熟、应用较为广泛的第二代测序技术为主要技术手段，对实验室的一般要求、全基因组测序的主要技术指标、技术流程、影响测序结果的主要因素、方法学考察和应用指导等方面进行通用性技术规定。一、实验室的一般要求1.实验场地及人员 开展微生物全基因组测序的实验环境应具备分子生物学实验室的基本条件，并符合相应级别的生物安全等级要求。实验区域一般应设置：试剂储存和准备区、样本制备区、扩增区、核酸测序及分析区，各个区域在物理空间上相互独立，并标识明确；另外，根据使用仪器的功能，相关区域可适当合并。应单向流进入各工作区域，按照试剂储存和准备区、样本制备区、扩增区、核酸测序及分析区的先后顺序进行实验操作。实验区域应定期进行清洁消毒。实验人员应具备分子生物学和微生物学专业背景，或经专业培训。2. 实验仪器实验室一般应具备高通量核酸测序仪、核酸扩增仪、片段分析仪、核酸定量仪、生物安全柜、混匀器、高速离心机、水浴或加热模块、冰箱、微量加样器等分子生物学检验常用仪器设备。影响测序质量的仪器设备应定期进行性能确认和维护，以保证仪器处于良好的运行状态。3. 实验试剂除另有规定外，所有实验使用的试剂均应不含DNA和DNA降解酶，宜大体积配制、小体积分装，并保证试剂的无菌性，必要时可采用高压灭菌或0.22 μm孔径滤膜过滤除菌。用于核酸扩增的相关试剂应避免反复冻融。关键试剂应制定质量控制程序，以确保试剂质量。采用适宜的商品化试剂或试剂盒进行核酸提取、文库构建和核酸测序时，应按照说明书操作，并符合说明书中的质量控制要求。二、全基因组测序的主要技术指标1. 测序通量测序通量是指单次测序可获得序列信息的基因片段数量或可测定的DNA （以碱基表示）数量。核酸测序仪器的测序通量直接关系到测序输出的数据量。微生物的基因组DNA较小，但不同种属之间变化幅度较大，如：葡萄球菌属、埃希菌属、假单胞菌属、沙门菌属等常见细菌的基因组DNA大小约3～6 Mbp；酵母菌的基因组DNA大小约12～16 Mbp；典型致病霉菌的基因组DNA通常大于30 Mbp。在进行微生物全基因组测序时，应根据待测样本基因组大小、样本数量等实际需求，选择适宜测序通量的测序仪器和配套试剂，保证测序结果的准确性。2. 碱基识别质量碱基识别质量是衡量碱基正确识别的概率（通常以数字值直接表示）。碱基识别质量与碱基识别错误率之间的关系为：Q=－10lg P（Q为碱基识别质量，P为碱基识别错误率）。Q=20代表碱基识别正确率≥99%；Q=30代表碱基识别正确率≥99.9%。高通量测序仪器应能自动判读碱基识别质量。三、 技术流程 全基因组测序的一般流程包括：测序样本的获得、测序文库的构建、全基因组测序和数据分析等。1. 测序样本的获得 全基因组测序主要用于待测微生物的核酸序列测定。待测微生物应进行分离纯化，以获得生长状态稳定的纯培养物，可参考“微生物鉴定指导原则”（通则9204）。分离纯化后的纯培养物应采用适宜的方法，可参考“细菌DNA 特征序列鉴定法”（通则1021），获得浓度、纯度和完整性良好的基因组测序样本。2. 测序文库的构建 测序文库是指将基因组样本随机打断后，在其两端加入特定接头序列（adapters），并经过大规模平行扩增，形成的DNA片段集合。测序文库中样本的核酸浓度、纯度、片段的大小分布等因素，都会影响测序输出的数据量和碱基识别质量。应对构建的测序文库进行纯化、定量、均一化处理，使文库中各待测样本的浓度保持均等；必要时，采用凝胶电泳或毛细管电泳等方法检测文库的质量。3. 全基因组测序 将测序文库中的待测样本固定在测序介质中，通过特定接头序列，将测序引物与待测核酸序列进行结合。加入底物脱氧核糖核苷酸，在DNA聚合酶作用下，使结合在待测核酸序列上的测序引物进行延伸，并利用信号收集器采集信号，包括但不限于光信号、电信号或离子信号等，通过信号分析软件对采集到的信号进行分析，获得待测样本的碱基序列信息，以及物理通量、有效通量、测序读长、测序深度、碱基识别质量等参数。4. 数据分析 采用适宜的序列分析方法和软件，对得到的核酸测序下机数据进行序列拼接，最终获得待测微生物样本的全基因组序列信息。四、 影响测序结果的主要因素 1. 待测样本核酸质量 应采用适宜的方法提取待测样本的基因组DNA，并保证提取的基因组DNA 在适宜的浓度和纯度范围内，无蛋白、多糖等污染。一般情况下，核酸浓度宜不低于10 ng/μl，A260/A280比值宜在1.8～2.0之间。核酸浓度较低，或发生降解等导致质量不佳的情况，可导致基因组DNA片段化不完全，影响文库质量，进而影响测序深度和测序结果。2. 测序文库质量 应对测序文库进行质量控制。当测序文库中包含多个待测样本时，不同样本的核酸浓度应基本一致，保证测序后的输出数据量均匀稳定。推荐采用荧光分析法定量检测不同样本的基因组DNA浓度，测序文库制备完成后，采用适宜的稀释倍数，确定上机测序文库的浓度。3. 测序深度 测序深度是指待测样本中某个指定核苷酸被检测的次数。一般高通量测序仪器输出的测序深度指待测样本基因组序列中核苷酸被检测次数的平均值。测序深度与基因组覆盖率之间是正相关，测序深度越大，重复测序次数越多，待测样本基因组覆盖率越大，测序带来的错误率也会随着测序深度的提高而降低。一般而言，基因组测序深度应不少于50倍；建立全基因组序列参考数据库时，测序深度应不少于100倍。4. 碱基识别质量 碱基识别质量是评价测序结果准确率的重要因素。根据核酸测序仪器的正常运行参数，单个样本的核酸测序的结果应保证Q20≥80%或Q30≥70%；也即测序数据中80%及以上的碱基正确率大于99%，或者70%及以上的碱基正确率大于99.9%。五、 方法学考察 除考察影响测序结果的主要因素，包括：待测样本核酸质量、测序文库质量、测序深度、碱基识别质量等，还应进行相应的分析方法学考察；可在测序过程中增加已知序列的参考品，评估测序仪器性能，以保证全基因组测序结果的准确性和重现性。六、 应用指导 微生物全基因组序列能够提供全面丰富的遗传信息，通过全基因组序列的比对分析，可以实现待测微生物，包括：标准菌株、模式菌株、质控菌株、生产检定用菌（毒）种、益生菌等，以及从药用原料、辅料、制药用水、中间产品、终产品、包装材料和环境等中检出污染微生物等的精准鉴定、溯源分析以及风险评估等。精准鉴定当基于常规生化筛选、表型和基因型鉴定方法无法获得待测微生物样本准确的鉴定信息时，可利用全基因组测序技术获得更加精准的鉴定结果或遗传变异信息等。全基因组序列分析还对研究微生物的系统进化具有重要价值，有助于新种或亚种的发现和遗传分类单元的系统发育解析，提高对新种或亚种的生物学认识。溯源分析当出现无菌试验结果阳性、培养基灌装等模拟工艺失败、生产过程严重异常事件时，如常规基因型鉴定方法无法提供足够的分辨力，可在获得菌种鉴定信息的基础上，采用全基因组测序技术对目标微生物以及相关环节中分离的同种微生物进行全基因组序列的同源性分析，结合污染调查信息，实现目标微生物的溯源分析风险评估全基因组序列包含了微生物菌株全部的遗传信息，基于全基因组数据分析还能够用于毒力、耐药以及其他基因的功能分析与表型预测，为开展微生物的风险评估分析提供参考依据。起草单位：上海市食品药品检验研究院联系电话：1800677839复核单位：中国食品药品检定研究院、天津市药品检定研究院、辽宁省药品检验检测院参与单位：浙江现代生物技术发展中心、中国工业微生物菌种保藏中心

在合成生物学与生物技术中，定制基因序列的可靠性和成本效益对于相关应用是至关重要的。尽管脱氧核糖核酸(DNA)微阵列对于基因合成的短寡核苷酸池也是一个划算的来源，但是这些复杂混合物必须经过放大和正确的组装。一项最近的研究描述了一种方法，即将30个基因(或基因变异池)合成在一个单芯片上。美国科学家报告说，一轮的合成与选择能够成功鉴别出那些具有人们所渴望的属性的基因变异，例如最佳的表达水平。 　　在这项新的研究中，美国北卡罗来纳州杜克大学的Jiayuan Quan和同事进行了等温的基因巧合以及链置换扩增反应，以同时扩大和释放60-mer的寡核苷酸，随后他们利用聚合酶循环组装在0.5kb～1kb的基因中建立了重叠产物。为了方便，这些反应都在芯片上以及相同的反应混合物中进行 假性的寡核苷酸杂化通过将芯片细分为针对每个基因的单独的阱而得到最小化。其产物随后通过芯片外聚合酶链反应(PCR)而进一步被放大。 　　研究人员还开发出了一种质量控制程序，从而使错误合成基因(在一次变性复性循环后形成错配的双链单位)的亚族群能够被错配特定内切酶所分开。然而，由于变异的错配可能性，这一程序的一个局限在于它只适用于合成单一基因，而不是一组密切相关的基因变异的混合库。 　　这种基因合成方法随后被应用到优化转基因表达，除了强启动子序列外，这还要求适当的密码子使用。研究人员生成了lacZα基因片断的一个同义“密码子变异”库，并在大肠杆菌细胞中表达了它们。当在包含半乳糖苷的琼脂中生长时，克隆被选择用来使基于其蓝色色度的lacZα表达最大化。相对于野生型序列而言，在这些克隆中，lacZα序列被发现极大提高了lacZα的表达。 　　在一个类似但更有价值的应用中，研究人员生成并测试了74个黑腹果蝇转录因子的密码子变异库。高度表达的变异需要抗体的产生，并且根据绿色荧光蛋白(GFP)融合蛋白标记物的荧光强度，这些变异被成功鉴别出来。 　　研究人员在最近出版的《自然—生物技术》杂志上报告了这一研究成果。 　　研究人员指出，搞清这些光学基因序列是否为基于一些属性，例如mRNA结构和稳定性的功能性选择，以及这种方法是否是更长基因合成的最佳延伸，将令人关注。

细胞计数和核酸靶序列定量测定是生物技术领域的重要基础技术，受到国内外广泛关注。为此，中国测试技术研究院联合相关单位，等同采用国际标准，牵头制定了GB/T 42076.1-2022《生物技术 细胞计数 第1部分：细胞计数方法通则》和GB/T 42077-2022《生物技术 核酸靶序列定量方法的性能评价要求 qPCR法和dPCR法》两项国家标准，已于近期获得发布实施，为我国细胞计数和核酸靶序列定量测定满足国际标准要求提供了标准依据，并为生命健康产业相关技术应用奠定了技术基础。本次标准的起草工作由我院生物研究所具体参与。GB/T 42076.1-2022《生物技术 细胞计数 第1部分：细胞计数方法通则》等同采用国际标准ISO 20391-1:2018(E) Biotechnology-Cell counting-Part 1: General guidance on cell counting methods，定义了细胞计数相关的多个术语，规定了细胞计数的一般原则。该标准对细胞计数这一基本测量方法的规范和统一，能够为细胞计数包括方法选择、样本制备、测量、确认和验证，数据分析和报告提供指导。GB/T 42077-2022《生物技术 核酸靶序列定量方法的性能评价要求 qPCR法和dPCR法》等同采用国际标准ISO 20395:2019 Biotechnology—Requirements for evaluating the performance of quantification methods for nucleic acid target sequences—qPCR and dPCR，规定了核酸靶序列定量方法的性能评估和质量保证的通用要求。该标准适用于数字PCR（dPCR）或实时定量PCR（qPCR）扩增技术对DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）靶序列的定量测定，可用于生物来源（如病毒、原核细胞和真核细胞）、无细胞生物液体样本（如血浆或细胞基质）、体外非生物来源（如寡核苷酸、合成的基因片段和体外转录（IVT）的RNA）中提取的核酸。

近日，有消息传出，上海首个核酸产业园将于7月中旬在上海杭州湾经济技术开发区正式开工，产业园占地3平方公里，先期将打造720亩核酸产业首发地、先行区。核酸产业园是否指的是“新冠病毒检测”，是否与近期疫情有关？对于部分网友的疑惑，“上海奉贤”公众号7月11日发文称“这是生物医药产业一一‘生命信使产业' ，主要是基于RNA开发各种疫苗及药物，这是未来生物医药产业发展方向，跟疫情毫无关联。”“核酸药物创新技术的应用远不止于新冠病毒检测。”一位沪上医药行业人士对e公司记者表示，疫情以来，mRNA疫苗被大众广泛关注，这也激发了药企对核酸药物的研发热情，同时，核酸药物也逐渐成为生物医药投资的重点领域。核酸产业园7月中旬开工为延长“保质期”，获取“通行证”，如今，新冠病毒核酸检测是市民最熟悉的生活场景之一。“核酸”一词也从市民比较陌生的生物医药领域走进茶余饭后。事实上，核酸药物创新技术的应用远不止在新冠病毒检测。7月9日，据“上海奉贤”公众号文章，聚焦以核酸药物为代表的第三次生物医药产业革命，上海杭州湾经济技术开发区全力打造“东方美谷生命信使”核酸产业生态圈，全市首个核酸产业园将于本月中旬在开发区正式开工。据悉，核酸产业特色园区占地3平方公里，先期将打造720亩核酸产业首发地、先行区。这篇文章还提到，在布局核酸产业园之前，开发区早已在核酸领域下好了“先手棋”。2019年6月，兆维生物43亩寡核苷酸及修饰体、核酸酶研发生产基地在开发区开工建设，并于2021年6月投产，目前占全球核酸原料70%的市场份额，年产值15亿元。开发区大力支持兆维生物向下游产业链延伸发展，组建专班全力协调危险品配建库房设计审批等事项。今年7月，兆维生物投资25亿元的小核酸药物研发生产基地也将开工奠基。在核酸药物方面，除了兆维生物，开发区还集聚了国内核酸检测试剂“芯片”的主力供应商，也是国内核酸引物企业百力格生物。此外，上药集团将利用其在开发区的中西三维基地打造核酸药物技术平台 在蛋白药物领域，美资企业昂博生物的多肽产品、保护氨基酸产品销量全球前十；在CDMO领域，博腾制药在收购开发区凯惠药业后，将打造生物药化合物研发基地，并通过扩建二期，建设核酸蛋白药物生产基地。在核酸技术发展方面，开发区投资18亿元，在产业园的基础上，建设120亩核酸产业技术中心，建设11栋合计11万平米研发孵化楼宇，并提供5万平米地下空间，为核酸生物医药研发企业提供充裕的发展空间。系生物医药产业布局新动作消息发出后，“上海首个核酸产业园开工”的相关词条也登上热搜。7月11日，“上海奉贤”发布澄清说明，表示产业园的建设与疫情无关。“生物医药产业是上海战略性新兴产业的重要支柱，也是上海三大先导产业之一。”上海奉贤方面表示，核酸产业园的开工是生物医药产业一一‘生命信使产业' ，主要是基于RNA开发各种疫苗及药物，这是未来生物医药产业发展方向，跟疫情毫无关联。事实上，上海奉贤方面也早在文章中进行了一番科普：核酸是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的总称，是由许多核苷酸单体聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。新冠病毒核酸检测就是检测采样拭子中是否含有病毒的核酸，从而确定是否感染新冠病毒。在生物医药领域，信使RNA（mRNA）是一项颠覆性的药物创新技术，将突破肿瘤、传染病等治疗方案局限。另外，核酸类药物又称核苷酸类药物，主要在基因水平上发挥作用。一般认为，核酸药物包括Aptamer、抗基因(Antigene)、核酶(Ribozyme)、反义核酸(Antisencenucleic acid)、RNA干扰剂。由于其具有特异性针对致病基因，也就是说具有特定的靶点和作用机制，因此核酸药物具有广泛的应用前景。上海还有这些特色产业园除了核酸产业园还，上海今年还公布了一批特色产业园的建设情况。今年4月的上海全球投资促进大会上，发布了14个特色产业园区，对上海40个特色产业园区进行了整体推介。此次发布的第二批14个特色产业园区，总规划面积近50平方公里，规划产业用地超过30平方公里，近期可供产业用地超14平方公里，可供物业近1200万方。比如，先导产业中集成电路领域有2个园区，新型显示产业园聚焦以新型显示为主的新一代信息技术领域，围绕龙头企业集聚上游面板材料制造及设备制造企业、下游面板应用企业、产业研究院和产业基金，打造自主创新技术主导的新型显示协同产业链。浦江创芯之城着力建设集成电路研发与总部基地，依托头部企业集聚效应，打造集成电路设计、装备、封测等领域的头部企业集聚基地。生物医药领域2个和人工智能领域1个，分别是G60生物医药产业基地，青浦生命科学园，临港新片区信息飞鱼。重点领域补链强链的5个特色产业园区，包括电子化学品专区，张江机器人谷，临港松江科技城，长兴海洋装备产业园，临港新片区海洋创新园。

核酸类药物又称为核苷酸类药物，是各种具有不同功能的寡聚核糖核酸与寡聚脱氧核糖核酸。能够直接作用于靶基点或者靶基因，能够在基因治疗发挥较好疗效的药物。核苷酸类药物种类比较多，包括抗病毒类、抗肿瘤类、干扰素诱导剂类、免疫增强类、功能剂类。近年来，核酸药物因其独特技术优势以及治疗领域广泛已成为各种疾病最有前景的治疗手段之一。为加强相关领域技术交流，仪器信息网将于2023年7月19日举办“核酸药物研发与分析检测技术”主题网络研讨会，会议为期1天，为广大用户搭建一个即时、高效的学习和交流平台。点击报名会议日程09:30--10:00非天然核酸化学生物学于涵洋南京大学 教授10:00--10:30基因治疗及疫苗相关的DNA质粒和mRNA的色谱层析技术张琳东曹生物 技术中心应用开发部部长10:30--11:00核酸化学中的苏糖核酸TNA陈锦森药物开发股份有限公司 核酸化学高级总监/高级工程师11:00--11:30寡核苷酸药物的质量控制孔素东苏州贝信生物技术有限公司 执行总监12:00--14:00午休中午休息全体参会人员14:00--14:30自复制mRNA疫苗的分子设计与评价王友如宁波君健生物科技有限公司 首席科学家14:30--15:00新一代色谱质谱技术平台应用于核酸药物的研发和表征分析罗宇文沃特世科技（上海）有限公司 市场开发经理15:00--15:30triVac功能性mRNA修饰肿瘤疫苗的临床应用探索蒋俊启辰生生物科技有限公司 核酸平台首席科学家15:30--16:00寡核苷酸药物和mRNA关键质量属性分析李思明岛津企业管理（中国）有限公司 应用工程师16:00--16:30针对细菌的mRNA疫苗与药物王鹏南方科技大学 讲席教授/教授会议嘉宾于涵洋，南京大学现代工程与应用科学学院教授，实验室从事核酸化学生物学的研究，主要关注非天然核酸。先后在北京大学和美国亚利桑那州立大学获得学士和博士学位，在耶鲁大学完成博士后训练后，2015年加入南京大学开展独立研究工作。入选国家级高层次人才和江苏省双创人才计划。主持和参与基金委和科技部多个项目。研究成果在Nature Chemistry和Journal of the American Chemical Society等学术期刊上发表。陈锦森，理学博士，高级工程师。成都先导药物开发股份有限公司核酸化学高级总监，四川先东制药有限公司董事，总经理。目前主要负责成都先导集团的核酸化学业务，包含修饰核苷类小分子，核酸递送相关小分子合成，及从高通量微克、毫克到百克级寡核苷酸合成，涵盖从核酸药早期发现，到IND临床申报的寡核苷酸的生产。在此之前2018-2021年，陈锦森博士就职于南京金斯瑞生物科技有限公司从事寡核苷酸合成生产与研发工作。孔素东，主要从事寡核苷酸药物（包括siRNA, ASO, Aptamer等）的合成与质量研究工作。在寡核苷酸及其偶联物合成工艺开发、分析方法开发与验证、质量研究等方面有深入的研究，参与完成了国内第一个siRNA药物的临床申报和多个相关国家科技重大专项。2017年创立了苏州贝信生物技术有限公司，公司秉承“追求高质量，把握新技术”的理念，提供核酸药物设计与合成、筛选与修饰、验证与评价、CMC研究等一站式服务。王友如，宁波君健生物科技有限公司mRNA疫苗首席科学家，中科院武汉病毒研究所博士，教授。长期从事病毒疫苗研究，以人源化表达系统为载体，开展疫苗的分子设计、人源化表达、纯化、有效性与安全性评价研究，擅长mRNA疫苗的分子设计、有效性与安全性评价。蒋俊，具有15年药物研发工作经，自2016年起担任启辰生生物科技有限公司核酸平台负责人，主要负责公司树突细胞疫苗优化、核酸序列设计优化、核酸平台建设等工作，参与三个DC疫苗免疫治疗临床项目。2018年至今担任启辰生生物科技（珠海）有限公司研发负责人，带领团队开展核酸工艺开发、IND申报和工业化生产等工作，已经申请相关专利19项。王鹏，南方科技大学医学院讲席教授，博士生导师，中国生物物理学会糖生物学分会会长，南方科技大学坪山生物医药研究院中国肝素研究中心主任，深圳市小分子药物发现与合成重点实验室学术委员会副主任。1984年获南开大学化学理学学士学位，1990年获美国加州大学伯克利分校化学博士学位。国家首批千人计划特聘专家，教育部长江学者特聘教授，深圳市国家级领军人才。获美国科学促进会（AAAS）会士，俄亥俄州杰出学者，佐治亚州研究联盟杰出学者荣誉称号。2021年美国糖化学界最高奖Claude S. Hudson奖获得者，是第一位获此奖的在中国大陆出生的学者；2021年第四届张树政糖科学奖杰出成就奖获得者；2002年美国化学会糖化学部Horace S. Isbell奖获得者（美国化学学会每年只颁发给一位在糖化学/糖生物学领域有杰出贡献且不超过41岁的科学家）；2000年与C.-H. Wong 教授共同获得美国总统绿色化学奖。历任美国迈阿密大学化学系助理教授，美国韦恩州立大学化学系正教授、终生教授，美国俄亥俄州立大学生物化学与化学系讲席教授，美国佐治亚州立大学化学系讲席教授、系主任。曾兼任南开大学药学院院长（半职），建立山东大学国家糖工程技术研究中心并担任中心主任。主持美国NIH、NSF和EPA等20余项研究项目，国自然面上项目8项，国家科技部重点研发计划1项，国家重大新药创制专项1项，国家重大培育计划1项，中国科学技术部973重点项目2项、重点研发计划1项，深圳市海外高层次人才孔雀团队计划项目1项。研究领域包含：1.搭建mRNA药物生产和递送平台，主要包括mRNA序列设计，mRNA原料生产，mRNA体外转录制备、纯化、质控，mRNA工艺放大，mRNA-LNP递送系统开发，涉及癌症免疫治疗，个体化癌症疫苗、感染性疾病疫苗、过敏耐受疗法/疫苗、蛋白质替代疗法、遗传性疾病、基因组工程和基因编辑、细胞重编程和组织工程；2.搭建siRNA药物生产平台和GalNAc肝靶向递送平台；3.糖科学，基于糖芯片探索疾病潜在生物标记物以及建立临床评价体系。带领团队在糖化学、糖生物学、糖蛋白质组学等基础科学研究上取得了多项令人瞩目的成果，在Nat. Commun J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem.等国际学术刊物上发表学术论著450余篇，专利19篇，参与7部学术专著的编写，H-index 57 (Google Scholar) and 47 (Web of Science)。东曹（上海）生物科技有限公司技术中心应用开发部部长罗宇文，沃特世科技（上海）有限公司大中华区生物制药市场开发经理，负责沃特世生物大分子制药领域解决方案整合及市场推广，具有多年抗体药物及CGT市场开发及技术支持经验。硕士毕业于复旦大学生命科学学院，曾于多家跨国生物科技企业从事应用技术及市场工作。李思明，医学博士，2015年加入岛津企业管理（中国）有限公司，担任LC/LCMS应用工程师，具有多年LCMS应用开发经验，主要侧重生物样品分析等DMPK研究领域，在生物医药行业具有较为丰富的应用经验。点击报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/hsyw230719/

特邀：海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室林桓课题组林桓，海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室副研究员，海南省领军人才，《Marine Resource and Ocean Science》编委，曾任岛津制作所全球应用技术开发中心副主任研究员。主要研究领域是基于高分辨以及定量质谱的核酸修饰生理学意义挖掘，在《Nature Communications》，Nucleic Acid Research等重要期刊发表过论文。 海南大学林桓副研究员团队以模式蓝藻（细长聚球藻 PCC 7942）为研究对象，与岛津广州分析中心展开深入合作，通过微流液相色谱仪（岛津Nexera Mikros）结合三重四级杆质谱仪（岛津LCMS-8050）建立了一套兼具灵敏度与特异性的修饰核苷鉴定方法，并对细长聚球藻PCC 7942 总tRNA组分中存在的修饰核苷进行了检测分析，为修饰核苷的鉴定提供了一种新思路。成果于2021年7月发表在《Journal of Separation Science》。 生物体中的RNA元件，包括核糖体RNA，信使RNA，转运RNA，剪接体RNA，miRNA等，均需要经历转录后修饰成为成熟的分子。这些修饰对实现RNA元件的功能至关重要，例如新冠病毒mRNA疫苗必须在RNA链上掺入修饰核苷才能在人体中稳定表达。RNA转录后修饰主要发生在核糖核苷（A/U/C/G）的碱基或核糖上，以共价结合的方式连接一个或多个化学基团。近年研究表明RNA修饰种类和修饰率的变化参与到RNA代谢及功能实现的全过程，具有重要生理学意义[1-5]。 ☆ 新思路 ☆ 分析方法灵敏度提高有三种途径：• 更高效的前处理技术以实现目标物的富集和基质/杂质的清除；• 更优越的分离手段，得到更纯、更集中流出的色谱峰以提高目标物的瞬间浓度；• 更先进的检测技术以提高目标物信号响应。 目前质谱仪因其通用性高、选择性好和灵敏度高，是主流的检测技术，其中，灵敏度是评价质谱等级的重要指标之一。质谱仪的灵敏度受多方面影响，其中可以通过降低进入离子源的液流，有效提高离子化效率，从而较大提高质谱检测灵敏度。如目前比较常见的Nano液相、Micro液相和Semi-micro常规分析型液相，我们来做一下性能对比。 三种液相系统的性能对比 Nano液相的液量有利于LCMSMS离子源的去溶剂化，从而提高质谱响应。但是由于液流过低，其通量较小；另外，纳升级的流速对输液泵的精度和脉冲控制要求非常高，再加上其精密的部件对使用和维护都有很高的要求。故现有技术下Nano液相的通量和稳定性无法达到常规分析型液相的水平。而Semi-micro常规型液相已成为相对成熟、应用范围相对广的分析手段，这两项指标非常优异，但是，由于较大的液流，导致进入离子源，尤其是ESI离子源之后，其去溶剂化效率较差，灵敏度无法进一步提高。 Micro液相的色谱柱内径介于0.1~1.0 mm之间，流速一般介于1~100 μL之间，这一流速下的仪器稳定性、耐用性和维护性都比Nano液相有大幅提高，通量接近半微量分析型液相，而其去离子效率相比半微量分析型液相大大提高。因此Micro液相没有明显的短板，理论上是三种液相中相对理想的技术。 岛津微流量液相质谱联用系统 Mikros-LC+LCMS-8060 ☆ 成果快览 ☆ • 在本研究中研究人员报道了尿苷及其衍生物在低温及高有机溶剂的条件下容易析出造成信号变动，指出了利用HILIC等亲水原理的核苷酸LCMS分析中需要注意的问题。• 利用岛津微流量液相质谱联用系统测试了总tRNA组分中24个核苷标样，确定了各个标样所用的母离子和子离子，以及在HILIC色谱柱中的保留时间。通过多反应监测及保留时间，可以区分这些修饰核苷及其同分异构体。 核苷标样微流量液质系统色谱图 • 测定了24个修饰核苷标样的最小检出量，运用微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪检出下限为0.1-1 fmol，而一般用于鉴定修饰核苷所用的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪的检出下限为1-10 fmol。• 运用上述建立的方法，对细长聚球藻 PCC 7942中的修饰核苷进行定量检测，仅需含25 ng总tRNA组分的样品，即可得到清晰的质谱结果，而在传统的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪上得到相同结果，至少需要含100 ng的总tRNA组分的样品[6, 7]。 细长聚球藻样品图 ☆ 专家观点 ☆ 海南大学林桓副研究员：修饰核苷中尿嘧啶核苷及其衍生物电离困难及各修饰核苷同分异构体之间不易区分的特点一直是质谱检测的难点。同时常规的半微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪检出限较高，需要的样品量较大，这也是不易提取的样品检测的制约条件之一。该研究依托岛津公司强大的质谱分析平台，首次使用微流液相色谱—三重四极杆质谱联用仪分离鉴定总tRNA组分中的修饰核苷，灵敏度较半微流液相色谱——三重四极杆质谱联用仪提高了10倍以上。该方法可支持表观转录组学的发展。 【参考文献】[1] Lin H, Miyauchi K, Harada T, Okita R, Takeshita E, Komaki H, Fujioka K, Yagasaki H, Goto Y-i, Yanaka K, Nakagawa S, Sakaguchi Y, Suzuki T. CO2-sensitive tRNA modification associated with human mitochondrial disease. Nature Communications. 2018 9: 1875.[2] Lian H, Wang Q H, Zhu C B, Ma J, Jin W L. Deciphering the Epitranscriptome in Cancer. Trends in Cancer. 2018: S2405803318300219.[3] Schimmel, Paul. The emerging complexity of the tRNA world: mammalian tRNAs beyond protein synthesis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2017.[4] Thomas J M, Batista P J, Meier J L. Metabolic Regulation of the Epitranscriptome. Acs Chemical Biology. 2019.[5] Chionh Y H, Mcbee M, Babu I R, Hia F, Lin W, Zhao W, Cao J, Dziergowska A, Malkiewicz A, Begley T J. tRNA-mediated codon-biased translation in mycobacterial hypoxic persistence. Nature Communications. 2016 7: 13302.[6] Kimura S, Dedon P C, Waldor M K. Comparative tRNA sequencing and RNA mass spectrometry for surveying tRNA modifications. Nature Chemical Biology. 2020.[7] Su D, Chan C T Y, Gu C, Lim K S, Chionh Y H, Mcbee M E, Russell B S, Babu I R, Begley T J, Dedon P C. Quantitative analysis of ribonucleoside modifications in tRNA by HPLC-coupled massspectrometry. Nature Protocols. 2014 9: 828-841. 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

来自英国和比利时的一组研究人员近日在《Science》杂志上发表了人类胸腺的单细胞转录组图谱，对人类T细胞的发育进行了高分辨率的普查。共同通讯作者、比利时根特大学的Tom Taghon教授表示：“我们现在非常了解T细胞如何在健康组织中形成。我们能够从发育中的胸腺和肝脏中鉴定出相似的前体细胞，且我们相信这些前体对于启动胎儿的T细胞发育和建立完全有功能的胸腺器官至关重要。”胸腺是T细胞发育和T细胞受体（TCR）库形成的关键器官，可以帮助人们形成适应性免疫。胸腺中的T细胞发育在空间上是协调的，而且这一过程需要胸腺微环境中的各类细胞精心配合。为了绘制一个完整的胸腺细胞图谱，研究人员从发育期、儿童期和成年期的人类胸腺样本中分离出细胞，并进行单细胞RNA测序。在开展质量控制去除doublet后，他们从发育中的胸腺中获得了138,397个细胞，从出生后胸腺中获得了117,504个细胞。他们对细胞簇进行注释，标记为40多种不同的细胞类型或状态。为了比较人类胸腺和小鼠胸腺的结果，他们随后利用出生后4周、8周或24周的小鼠样本生成了一份完整的小鼠胸腺单细胞图谱，并将这些数据与先前发表的产前小鼠胸腺scRNA-seq数据相结合。成熟T细胞的整合分析表明，不同物种之间的细胞状态有交叉。人类的GNG4+ CD8αα+ T细胞与小鼠的上皮内淋巴细胞前体A型最为相似，不过它们之间也存在高度差异表达的基因，表明其功能存在潜在差异。研究人员还比较了不同细胞的TCR库，以分析不同类型的细胞之间是否存在TCR库的差异。他们观察到，CD8+ T细胞与其他细胞明显分离，这个趋势在所有样本中都是一致的。这与外周血中分离出的幼稚CD4+/CD8+ T细胞极为相似。作者写道：“我们从人类胸腺中鉴定出50多种不同的细胞状态。在胚胎发育以及儿童和成年时期，人类胸腺细胞的丰度和基因表达谱都在动态变化。”研究人员还鉴定出全新的人胸腺成纤维细胞和上皮细胞亚群，并对其进行定位。通过计算机模拟，他们还预测出人类T细胞发育的轨迹，从胎儿肝脏中的祖细胞到多种成熟的T细胞。利用这一轨迹，他们还构建了驱动T细胞命运决定的转录因子框架。作者总结道，他们此次绘制的人类一生的胸腺单细胞转录组图谱以及不同物种的转录组图谱对天然组织微环境下的T细胞发育进行了高分辨率的普查。“人类和小鼠胸腺之间的系统比较突出了人类特有的细胞状态和基因表达特征。我们详细的T细胞发育网络将有助于建立体外类器官培养模型，从而真实地再现体内的胸腺组织。”资深作者、纽卡斯尔大学的Muzlifah Haniffa教授还指出，胸腺细胞的图谱可帮助研究人员阐明发育中胸腺的细胞信号，揭示哪些基因打开才能将免疫前体细胞转化为特异性T细胞。“这张图谱可作为在体外改造T细胞的参考图谱，为人们提供量身定制的治疗方案，”他说

瑞士苏黎士大学的研究人员研发了一种新物质，可用来标记和观察动物体内的DNA合成过程。该技术的应用为药物研发提供了新策略。相关研究论文于12月5日在线发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。 　　详细了解动物体内DNA和蛋白质等大分子合成是理解生物系统和设计疾病治疗策略的必要条件。通常，通过人工合成小分子标记物掺入生物体自身合成过程来达到可视化DNA合成的目的。但是，直到现在该方法有一个重大的局限性：标记物具有毒性并导致细胞死亡。内森利德基(Nathan Luedtke)领导的小组研发了一种叫“F-ara-Edu”的核苷。用它来替换胸腺嘧啶脱氧核苷，标记DNA对生物体基因组功能几乎没有影响，毒性也大为降低，检测也更灵敏。 　　利德基表示，通过可视化新DNA的合成，就能够鉴定病毒感染和肿瘤增长的位点。这将引领药物研发新策略。(科学网 任春晓/编译) 　　相关仪器及方法：热型质谱仪 　　完成人：内森利德基课题组 　　实验室：瑞士苏黎士大学有机化学研究所 　　更多阅读 　　PNAS发表论文摘要(英文)

据美国物理学家组织网5月12日(北京时间)报道，美国杜克大学研究人员称，他们利用携带全部生命信息的DNA(脱氧核糖核酸)的独特双螺旋结构，将经过改造的DNA片段和其他分子进行简单混合，即可制造出无数个同样的、细小的、像华夫饼干一样的器件。利用这种技术，将来或只需一天时间就可达到现在全球每月的芯片生产量。 　　杜克大学电子和计算机工程学副教授克里斯德维耶认为，下一代电脑中或将不再使用硅芯片，而使用由DNA片段制造的逻辑芯片。 　　DNA由多对核苷酸碱基组成，这些碱基之间的关系非常密切，德维耶团队通过将这些碱基对以不同的顺序进行排列，得到了不同的DNA片段。这个过程类似于玩拼图游戏：混乱的拼图碎片会慢慢找到它们的邻居，最终成为一幅完整的拼图。研究人员要做的则是将无数个拼图碎片放在一起，然后拼出无数个同样的拼图。 　　在德维耶的实验中，“华夫饼干”“拼图”有16块，光敏分子放置在“拼图”的脊线上。当光线照射在光敏分子上时，光敏分子吸收光线，刺激电子，释放出的能量会使附近的另一类光敏分子吸收这些能量，并发射出不同波长的光线。仅用一个探测器就可将输出光线与输入光线区别开来。 　　研究证明，这些纳米结构能够有效地进行自组装，当在其上添加不同的光敏分子时，这个“华夫饼干”会显示出独特的“可编程”特性，因此，通过使用光线来刺激这些光敏分子，研究人员就能够制造出简单的逻辑门(开关)。使用更大一些的“华夫饼干”，可制造出更复杂的电路，而且这种可能性是无限的。 　　传统的电路使用电流快速地在“0”和“1”之间切换，而在新的器件中，光线可刺激由DNA制造的开关作出同样的反应，且速度更快。德维耶称，这是人们首次证明分子具有如此活跃且快速的处理和传感能力。 　　德维耶指出，这些“华夫饼干”器件可成为未来计算机芯片的基本组件。由于这些纳米结构从根本上来说就是传感器，因此，它亦可应用于生物医学。研究人员可据此制造出细小的纳米器件，以对作为疾病标识的不同蛋白作出反应。(刘霞) 　　谁要说原子弹可以做得像个“二踢脚”，你肯定得劝他回家量体温。有些事听着比这还要悬，但却千真万确。就说你正捏着这张报纸的大拇指吧，里面的遗传物质足够造出一台超级计算机的所有逻辑组件，而其潜在的计算和存储能力会让目前世界上功能最强大的计算机相形见绌。从16年前首次提出DNA计算机概念并证明其可行，到今天宣告“华夫饼干”式分子开关研发成功，实用的DNA计算机渐行渐近。关于它将如何改变人类生活，我敢断言，最权威的专家现在也只能看到皮毛。

近几年，随着基因概念股在股市上的热浪，国际癌症基因组计划完成的消息，启动又停止、停止又启动的高通量测序的唐氏筛查工作等等。每天不断更新的消息使得基因测序这个产业和概念成为了一个非常热门的话题。 　　在&ldquo 创新中国智库专题讲座&rdquo 上，中国科学院北京基因所技术研发中心常务副主任任鲁风作了《基因测序技术在中国应用前景》主题讲座。他主要从基因到底是什么?测序是干什么?基因测序到底能解决我们什么问题以及测序技术、应用在中国及全球的发展态势等方面解读了基因测序的相关内容。 　　什么是基因测序 　　&ldquo 首先做一个基本概念的科普。把地球比作生命之树的话，那么人只是大树末端的一个枝节。就动物而言，全球有1000万种动物，其中哺乳类就有5000。人只是其中一种。&rdquo 任鲁风介绍。 　　据了解，几乎每个生命体都由细胞组成，这个细胞里有一个细胞核，细胞核包裹着遗传物质，从父母那儿遗传的染色体，把它松散拉直之后，就是平常所说的DNA(脱氧核糖核酸)，即通过核苷酸作为基本单位，排列形成生命密码。 　　任鲁风表示，在细胞DNA转化为RNA(核糖核酸)之后，通过RNA在细胞核外面的翻译，生产出蛋白质。而蛋白质也是通过DNA和RNA的排列顺序，构成生命体的不同结构。在这里所有生命活动都是来源于这个顺序，关注这个顺序就可以解决生命的发生和发展问题。 　　DNA与RNA只有四种基本组成单位，也就是核苷酸，这四种核苷酸仅仅在化学分子结构上具有细微的差异，而这四种不同化学结构的分子在DNA链上的排列顺序，决定了所有生命活动的本质，&ldquo 测序&rdquo 就是把这个顺序决定出来。 　　&ldquo 人和人之间的差异只有千分之一，就是这个排列的顺序只有千分之一的差别，这种差别引发了无数的遐想，这些遐想促进了生命科学和医学等一系列科研和应用的不断前行。&rdquo 任鲁风说。 　　测序技术发展了40年，已经走过了四代技术阶段。第一代测序技术已经趋于稳定，在特定市场里保持着独占性应用。第二代测序技术从2006年推向市场后，10年来产生了诸多激烈的竞争，国内厂家也有参与。而第三代和第四代技术，现在还都是处于技术有待成熟和发展阶段。所以近年来主要的竞争还将集中于第二代技术上。 　　基因测序能做什么 　　&ldquo 成本的进一步降低，让基因组学衍生出更多的组学相关研究，并延伸至极为广泛的基础研究和实践应用中。&rdquo 任鲁风说。 　　&ldquo 在涉及生命科学的领域目前都用得到这项技术，目前用基因测序逐渐开始解决实践应用的问题，成本也已经达到实践应用的要求。&rdquo 任鲁风表示，这项技术应用领域包括检验检疫，食品安全、种质鉴定、临床诊断、环境检测、疾病防控、微生物的进化。在农业、林业、畜牧业、渔业等领域，测序技术也已经开始应用其中。 　　任鲁风介绍，现在突发传染病每时每刻都在发生，但不会再出现像2003年SARS疫情时长时间不能准确判别病原的情况了。基因测序技术能够在新突发传染病发生的72小时内获得病原的确切信息。 　　法医鉴定方面早已将测序技术作为基本物证鉴别手段。在国家安全层面，基因信息的安全性和生物反恐都是值得注意的发展领域。实际上这些都是细分领域，目前已经开始呈现市场容量急剧扩张的趋势。&ldquo 基因测序在应用市场里的蓬勃发展和爆发式的增长将从2015年开始。&rdquo 任鲁风说。 　　基因测序重在医学 　　据悉，奥巴马在国情咨文里边提到，要启动精准医学计划，要把所有人基因组全都测完，指导后期的健康分析。这被定义成医学上的一个划时代的开端。 　　那么究竟什么是精准医学呢?任鲁风介绍，根据大量数据积累和分析，得到一个数据库，这样就会得到不同的基因型和疾病与用药之间的关系，之后通过每个人不同的基因或基因表达水平的不同，与这个数据库去对照，会发现每个人每一种疾病的预防、发生、发展、治疗、预后均和基因具有显著的相关性，这样直中靶心，采取有针对性的不同的治疗方法，这就是所谓的精准医学。 　　在目前这个初级阶段，基因测序可能更多集中在遗传病的诊断，传染病的病原检测，肿瘤的个体化治疗以及药物基因组学方面，也就是根据基因来判断病因是什么、药物能不能用和好不好用等问题。&ldquo 在这个过程中个人基因组和临床相关性研究，是目前精准医学首先要做的工作。&rdquo 任鲁风说。 　　任鲁风把健康相关领域分成两个部分，一个是疾病易感性，一个是药物敏感性，疾病易感性是指每个人都有患某种疾病的风险，这个风险来自本身的遗传物质。如果医生可以看到病人的基因组谱，就可以提前获知和进行干预。 　　当然，除了预防还要治病。&ldquo 药物对这个疾病有治疗作用，还没有毒性，这是最好的情况。如果没有治疗作用，药毒还可能对病人有损伤，对于患者而言就是灾难。但通过基因水平来判断，就可以选择既没有毒性又起作用的药物。&rdquo 任鲁风说。 　　基因测序应加快自主研发 　　&ldquo 在基因测序方面，中国现在处于机遇与挑战并存的时期。&rdquo 任鲁风告诉记者。基因组学从概念的出现到现在只不过二三十年的时间。伴随着信息技术的发展，国内外信息互通，让中国的科学家有更多与国外同行直接交流和沟通的机会，加之大量的海外高水平人才回国，使中国在基因组学基础研究，测序技术领域并不比西方国家落后多少。 　　2011年的统计显示，人类基因组计划完成以后，对美国经济的影响是巨大的。意味着通过38亿美元的投资，获得了将近8000亿美元经济带动作用，创造了31万个工作岗位，到2013年，对美国经济的带动作用达到了1万亿美元。 　　据悉，中国第一台测序仪是由深圳华因康公司生产的，而华大基因从美国收购CG公司，也是看中了其测序技术在未来的应用前景。 　　&ldquo 虽然中国的测序技术刚起步，但包括LifeTech和Illumina这两家测序技术巨头，在通过贴牌方式进入中国医疗市场，一定程度上阻碍了我国自主研发的进程。&rdquo 任鲁风表示。 　　在测序技术这一领域，自主研发，自主原理，自主技术平台的缺失一直造成我国应用领域永远给国外这种厂商打工的局面，从机器、软件甚至数据分析方面都要依托外国。 　　&ldquo 中国有广泛的医疗资源和人群，最基础的医疗资源是不缺的，缺的是没有一项是自主创新的技术。&rdquo 任鲁风说。例如，生物技术必要的功能性软件，所有进行基因数据分析的算法基本上均来源于国外原创性的基础算法。中国的高性能计算硬件资源已经达到了先进水平，但对于数据解读、挖掘和数据库建立等方面还落后很多。另外一个问题在于，我国的基础研究和基础数据积累方面，碎片化严重，无法形成统一有效率的研究计划和数据挖掘，这些有待于国家层面的科学布局规划。 　　在技术发展层面，据了解，美国对基因测序技术的研发，从2004年到2014年持续进行资助，从第二代测序技术到目前的第四代测序技术，累积已经投入超过2亿美元。而我国的国家级别支持的基因测序技术研发经费一共大概2000万元人民币。 　　&ldquo 这项技术是决定中国在国际市场上竞争力的关键，我国的科技体制改革，需要在这方面有所考虑。&rdquo 任鲁风说。还有就是目前有一些饮鸩止渴的现象，除了华大收购的CG还算是国产，其他获得国产医疗器械证书的测序产品，均来自于国外。 　　&ldquo 我们已经坚持了六七年的时间来做基因测序技术，目前已经完成了产品样机的生产，即将给国内客户进行免费试用。&rdquo 任鲁风介绍。另外，其领导的科研团队正在策划针对应用的整体解决方案，包括样品处理、测序、数据分析等流程的全自动化实现，&ldquo 用户可以在对样品进行测序和数据分析中实现无人操作，通过云计算和自主研发的算法，可以解决数据的有序积累和挖掘过程&rdquo 。 　　任鲁风表示，在中国缺乏核心精密工业条件和高端生命科学仪器开发生产经验的情况下，如何依靠和支持自主创新来抵抗国外技术蚕食中国市场，值得我们反思。

p style=" text-indent: 2em " 据《自然· 通讯》杂志发表的一项概念验证研究，英国弗朗西斯· 克里克研究所和伦敦大学学院的科学家利用人类干细胞和生物工程支架，重建了人类免疫系统中的重要器官——胸腺，该项研究朝着构建可用于移植的人工胸腺迈出了重要一步。 /p p style=" text-indent: 2em " 胸腺是一个胸部器官，在免疫系统中起着至关重要作用的T淋巴细胞成熟于此。如果胸腺无法正常工作或无法在子宫内胎儿发育期间形成，则可能导致疾病，例如人体无法抵抗传染病或癌细胞的严重免疫缺陷疾病，或是免疫系统错误攻击患者健康组织的自身免疫疾病。 /p p style=" text-indent: 2em " 在新研究中，科学家们使用了在手术期间必须切除的患者器官的干细胞来重建胸腺。当被移植到小鼠体内时，经过生物工程改造的胸腺能够支持成熟的功能性人类T淋巴细胞的发育。这是科学家首次成功地重建完整人类胸腺。 /p p style=" text-indent: 2em " 为了重建该器官，研究人员从患者那里收集了胸腺，并在实验室中将捐赠组织的胸腺上皮细胞和胸腺间质细胞培养成数十亿个细胞的菌落。为获得胸腺的结构支架以便于用培养的胸腺细胞重新组装，研究人员开发了一种从小鼠胸腺中去除所有细胞仅保留结构支架的新方法。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员给器官支架注入了多达600万个实验室培养的人类胸腺上皮细胞以及间质细胞。细胞生长在支架上，仅5天后，器官已发展到与9周大的胎儿相似的阶段。最后，研究人员将这些胸腺植入小鼠体内。他们发现，超过75％的胸腺能够支持人类淋巴细胞的发育。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员表示，胸腺移植后常常导致免疫系统排斥移植体。通过移植从器官供体的胸腺中提取的细胞生长出的胸腺，或许能克服这一问题，从而消除患者在余生中服用免疫抑制剂的需求。 /p p br/ /p

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。

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

从1992年Mike Morris发明世界上第一个微型光纤光谱仪至今已经24年了，各个行业已经开发了数以千计的应用。广阔的市场前景吸引了越来越多的公司，包括仪器仪表行业的大公司都开始参与到这个领域的竞争。　　微型光纤光谱仪可以应用于哪些领域?　　第一， 光谱仪可以分析各种光源发出的光，这些光源包括太阳，LED, 激光，平板显示器件，等离子体，气体放电，火焰燃烧，受激发光，化学发光等等基于各种原理的发光体。　　第二， 光谱仪可以分析光与各种物质相互作用后的光，相互作用后的光一般都含有与物质微观结构有关的丰富信息。在这里光可以看成是探索物质微观结构的“探针”，因此，微型光谱仪通常被列为光学传感类(optical sensing)。　　第三， 由于微型光谱仪的体积小，所以适合于便携，手持，现场，在线，原位，活体，非破坏性应用场合。由于光纤的使用，所以适合在有害环境下(包括化学，生物，放射性)进行远程测量。由于微型光谱仪内无移动部件，可靠性高，因此，适合于工作在环境恶劣的工业现场。由于采用探测器陈列，可一次获得全光谱，测试速度快，因此适合需要高速测量的应用，例如工业在线检测，化学反应动力学监测。　　由于微型光谱仪应用领域非常广，在如此短的篇幅内无法详细列举所有的应用。以下，我们就当今社会最关注的领域中比较成功的应用案列进行分析：　　环保行业：　　-燃煤电厂烟气排放监测系统用于监测电厂在脱硫和脱硝之后对于大气的排放废气中SO2，NOx的含量。　　这基于气体紫外吸光度测量的原理，看似简单，但是在解决实际问题时，必须要克服一些具体困难。由于实际应用中的待测气体样品中有颗粒物存在，如何将颗粒物对光的散射引起光的能量损耗扣除掉,以获得准确的浓度值?1970年代德国科学家Ulrich Platt在研究大气紫外吸收时，发现颗粒物散射谱随波长变化慢，气体分子紫外吸收谱随波长变化陡峭，因此对光谱进行微分，再进行数字滤波，将低频分量滤去，就可以将散射的影响扣除，这就是著名的DOAS技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy)。由此可见，应用研究的重要性。　　-对于地表水的有机物综合指标的监测　　有机物综合指标是指化学需氧量(COD)，生化需氧量(BOD)，总有机碳(TOC)，高锰酸盐指数(CODMn)，总磷(TP)，总氮(TN)，多环芳烃(PAHs)。分析地表水的有机物综合指标的困难在于，第一，这不是由单一化学组分决定的，而是由水中大量化学组分的综合效果 第二，水体中除了有机物之外，还有许多其它的干扰因素，譬如泥沙，会影响测量结果的准确度。　　不少地方仍然采用化学滴定方法检测，这种方法虽然准确度高，由于需要采用化学试剂会对水体造成二次污染，而且设备复杂，测试所需时间长，运行费用高。　　采用紫外吸收光谱技术，通过对大量水样建模和多变量化学计量学分析，可以获得有机物综合指标。但是实际的水样中总会含有泥沙，泥沙含量较高时，这些无机物也会使透光量减少，探测器无法区分透射光强度减少，究竟是被有机物吸收了，还是泥沙的散射引起透光量的减少，从而带来误差。而且，在有机物含量较少时，测量误差较大。浙江大学的吴铁军教授发现如果加用荧光光谱测试，由于无机物是不会产生荧光的，因此，融合荧光光谱和紫外吸收光谱的数据，就可以扣除无机物的影响。这种创新的方法可以用一台仪器同时测量出上述七个水的有机物污染的综合指标。　　这个案例告诉我们，在分析复杂体系时，基于多变量化学计量学的算法和建模是极端重要的。　　食品安全　　-水，土壤和鱼的汞超标　　由于环境污染体现在地表水和土壤的汞超标，汞又特别容易在生物组织中积累，譬如鱼类。摄入过量的汞会影响人的神经系统，儿童的发育生长。全球140个国家都对食品中汞的含量有规定。现有的分析方法非常耗时并只能在实验室使用。　　美国Jackson州立大学发明了一种基于纳米材料表面能量转移技术NSET(Nanomaterial Surface Energy Transfer)的检测微量汞的便携式仪器。NSET技术原理如下，当罗丹明B(RhB)分子吸附在胶体金纳米颗粒时，胶体金纳米颗粒会使RhB荧光焠灭，当有Hg2+离子存在时，RhB会从纳米金颗粒表面释放,与汞离子结合，并在532nm激光激发下开始发荧光，荧光的强度与Hg2+离子浓度成正比。(见图2)这种方法检测灵敏度很高，汞的检测线0.8ppb,美国环境署水中汞含量的标准为2ppb.并能检测鱼组织中的汞，达到美国环保署0.55ppm的要求。图1 吸附在纳米金颗粒表面的罗丹明RhB，它的荧光强度与待测样品中汞的浓度成正比　　这个案例中检测汞的原理就不那么直截了当，待测物汞本身并不能受激发荧光，而当汞离子与罗丹明RhB结合时，RhB充当标记物(marker)的角色，另一方面，利用了纳米金颗粒能使RhB荧光焠灭的特性。　　-检测奶粉中的微量三聚氰胺　　采用表面增强拉曼光谱技术SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy),在785nm激光的激发下，待测的三聚氰胺的分子在基于纳米金颗粒的SERS芯片上，在激光强电磁场的作用下，与纳米颗粒表面的等离子激元发生谐振，拉曼光谱的强度被大大增强。(见图2)采用便携式拉曼光谱仪和SERS芯片三聚氰胺的检测限可达到12ppm。图2在打印的SERS芯片表面增强拉曼光谱与三聚氰胺浓度的线性关系　　拉曼光谱技术，由于拉曼信号特别微弱，所以只适合应用于分析浓度较高的物质主成分。由于纳米材料科学，表面物理科学，激光技术的发展，才使SERS技术逐步进入应用阶段，用于分析痕量物质。不断提高测量的重复性，稳定性，降低SERS芯片的价格，使更多的应用领域用得起SERS技术。　　-鉴别假冒的初榨橄榄油　　常用的方法是观察油的颜色，但是在不同光线下显示的颜色是不同的，而且造假者会用叶绿素或b胡萝卜素去调节油的颜色去靠近真品的颜色。用低档橄榄油或者葵瓜子油，菜油稀释初榨橄榄油都可以用便携仪器进行吸光度测量方法鉴别。　　正是由于光纤光谱仪的便携性和快速，使其得以应用在仓库，海关现场快速验货。图3 不同比例的低档橄榄油稀释初榨橄榄油对于吸光度的影响　　-对食品内黄曲霉素的快速检测　　发霉和变质的粮食，花生，坚果含有致癌的黄曲霉素。现用的主流技术有液相色谱仪HPLC，　　液相-质谱联用仪LC-MS。这些技术只能在实验室用，并且设备昂贵，分析时间长，还要用大量化学溶剂，污染环境，操作和维护保养麻烦，需专业人员操作。也有用酶联免疫分析技术(ELISA)，这种方法测量精度不如HPLC，并经常会报告假阳性。　　因此，急需一种可以在现场快速筛检的设备。英国的Ray Coker博士发明了一种基于紫外荧光光谱的技术，先将样品进行预处理，使待测毒素分离，富集，然后用紫外荧光光谱分析，在365nm LED光源激发下，测量其荧光，并采用专利的算法，一次同时测得4种黄曲霉素(B1,B2,G1,G2,M1)和赭曲霉素A，其检测限1ppb,即零点几ppb，满足最严格的欧盟标准,可与HPLC比拟。这种方法其实还可以成为快速检测的平台，包括病原体检测，贝类毒素检测，兽药残留检测，动物饲料中真菌毒素检测，假药甄别检测，农药残留检测，MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检测。　　该案例的技术难点在于样品预处理，如何从成分复杂的待测食品样品中将微量待测物萃取，分离，富集，第二，如何挑选出具有高度特异性的抗体，使自身不会发荧光的毒素与标记物(marker)可以用荧光技术来检测 第三，如何从光谱数据提取出有用信息的算法。　　-食源性致病菌的快速检测　　检测食品中的致病微生物，现行的方法，譬如检测细菌的金标准方法“平板计数法”(Culture Plating)，虽然准确，但是分析所需时间太长，需要2-3天。其它的方法，例如酶联免疫吸附测定法ELISA,虽然速度快了，但是灵敏度不高。聚合酶链式反应法PCR方法，虽然速度快了，灵敏度也高一些，但需要复杂的核酸提取过程。总之，需要一种快速，灵敏，准确，特异性强的检测方法。　　食品是一个成分复杂的物质，我们需要分析其中微量的细菌，首先要解决的问题是如何从复杂的背景中提取并富集这些待测的细菌 第二，按照国家标准，允许存在的细菌浓度必须很低，因此要求检测方法的灵敏度很高 第三，实际上，食物中很可能同时存在多种细菌，因此检测方法一定能够同时，分别检测出多种目标物。　　美国阿肯色大学生物与农业工程系Yanbin Li教授团队近年来利用免疫纳米磁珠与免疫量子点对食源性致病菌进行快速检测。同时检测李斯特菌，沙门氏菌，大肠杆菌，检测下限可达到101 CFU/ml。(见图4) 图4(a)纯细菌样本的荧光光谱 (b)含致病菌的牛肉样本的荧光光谱　　其基本原理是利用免疫检测方法，即先用第一抗体去修饰纳米磁珠，形成细菌-免疫磁珠复合体，在与样品均匀混合时，抗体就会与样品中的目标细菌进行免疫反应，在强磁场作用下，这些被免疫磁珠抓住的细菌就会被吸附到磁极，从而实现了细菌从复杂的背景物中分离。但是抓住细菌的磁珠不会受激发射荧光。我们知道量子点是可以受激发光的，如果用被第二抗体修饰的量子点作细菌的标记物，就可以通过测量量子点发出的荧光强度来间接测量细菌的浓度。利用抗体的特异性，即不同的抗体专门去抓不同的细菌。再利用量子点发光的波长取决于量子点的大小的特点。就可以通过对于荧光光谱相应的波峰强度测量，同时测量不同细菌的浓度。　　生命科学和医疗诊断　　-核酸，蛋白质分析　　对核酸和蛋白质进行定量分析是现代生命科学实验中最基本的工具。　　紫外吸光度方法是测量核酸浓度最常用的方法之一。核酸包括：DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。它的基本组成是核苷酸。核苷酸又是以含氮的碱基，戊糖和磷酸组成。五种碱基包括嘌呤和嘧啶。碱基上苯环的共轭双键在紫外波段有强吸收，最强的吸收峰在260nm。核酸浓度与波长260nm的吸光度成线性关系，这就是用紫外吸光度方法测量核酸浓度的基本原理。核酸样品中如果含有蛋白质，蛋白质的紫外吸收峰在波长280nm，但是蛋白质在280nm的吸光度只有核酸在260nm的吸光度的1/10，利用样品在这两个波长的吸光度比值，可以得到核酸的纯度。　　核酸，蛋白质这类生物样品的量常常很小，甚至在mL量级，微量样品的采样在技术上是一个难点。美国热电公司的NanoDrop2000型紫外/可见分光光度计巧妙地利用表面张力的原理，将待测样品液滴置于连接光源的光纤端头和连接微型光谱仪的光纤端头之间，形成待测样品液柱。利用这种采样技术，可以不用稀释样品就可以测量高浓度的DNA样品，对于双链DNA样品，可测的浓度可高达15000ng/ml。　　该仪器还可以利用蛋白质在280nm的吸收来测量蛋白质的浓度。这是由于蛋白质分子结构中含有芳香族氨基酸，而芳香族氨基酸(主要是酪氨酸和色氨酸)的紫外吸收的峰值位于280nm。　　蛋白质实际测量中遇到的问题是待测样品中常常含有其它化学试剂的残余，而这些杂质对紫外吸光度测量有干扰，影响测量的准确性。因此就在对蛋白质的各种性质研究的基础上，发展了各种其它的测量方法，以摆脱杂质对测量的干扰。例如蛋白质和染料的结合，蛋白质和铜离子的络合反应?　　同样这一台工作在紫外/可见波段的分光光度计NanoDrop，基于不同的原理，还可以在不同的波长用于蛋白质定量分析。譬如，Bradford法测蛋白质，这是基于让染料分子(考马斯亮蓝G250)与蛋白质结合成复合体,该复合体在595nm有最大吸收峰，这种方法的好处是待测蛋白质样品中可能含有的K+,Na+,Mg2+,(NH4)2SO4,乙醇等杂质不会干扰蛋白质测定。BCA法则是利用蛋白质的化学性质，即在碱性条件下蛋白质可以与Cu2+发生络合反应，并将Cu2+还原为Cu+，而BCA (bicinchoninic acid)则会与Cu+反应形成稳定的复合物，它的吸收峰在562nm。这就是BCA法测量蛋白质的原理。　　-紫外荧光光谱是研究蛋白质组分，构象的强大工具。　　实验发现大部分蛋白质中有三种氨基酸残基具有内源性荧光的特性，它们分别是：色氨酸tryptophan (Trp), 酪氨酸tyrosine (Tyr) and 苯丙氨酸phenylalanine (Phe)。但是，实验中常用的是Trp和Tyr的内源性荧光，主要是因为这两种氨基酸的残基的荧光的量子效率比较高，所发出的荧光信号较强。Phe受激荧光的量子效率较低，激发波长在257nm。如果采用波长为280nm的激发光，由于Trp和Tyr的激发波长比较接近(分别为280nm，274nm),因此Trp和Tyr会同时有荧光信号。如果想选择性地只激发Trp，则可以采用295nm激发光源。　　实验进一步发现，氨基酸残基的內源荧光的强度，峰位对于氨基酸的组分和构象状态十分敏感。这是因为在蛋白质分子处于自然折叠状态时，Trp和Tyr被包裹在蛋白质的中心位置。而当采用升高温度，采用尿素，盐酸胍，或者调解pH值等方法，使得蛋白质展开(图6A)。原先在折叠状态下埋在里面的疏水核心就暴露在溶剂中。Trp和Tyr就暴露在周围的环境中，它的荧光发光特性发生变化(图5B)　　图5 用Trp的荧光来监测蛋白质的构象状态。图6A中Trp是用红点和红色字母w表示，在蛋白质处于自然折叠的状态下Trp被埋藏在疏水的环境中，展开后则暴露在溶剂的环境中。图5B，在自然折叠状态下Trp处于疏水状态下，荧光强 反之，在展开状态下，Trp暴露在溶剂中，荧光强度下降。　　实验还发现Trp残基的荧光峰值的波长与周围的溶剂有关，发生Stoke位移。　　研究蛋白质的分子折叠和展开有什么应用价值?有些疾病与人体内蛋白质分子的构象状态有关. 譬如, 有些退行性神经病变，就与蛋白质分子的展开有关，因此蛋白质的荧光光谱有时可用于退行性神经病变的诊断。　　-医学诊断　　一般而论, 采用光纤光谱仪作为医学诊断的手段有两个优点. 一个优点是非侵入性, 第二个优点是体积小, 仪器方便携带, 因此, 可以部署在病床边上, 县以下的基层诊所, 战地，出诊.　　以下举一些例子.　　基于吸光度和荧光技术的血样，尿样在生化分析仪器在医院的分析实验室几乎处处可见，现在可以做得更小，更便宜.　　对于皮肤癌，乳腺癌可以对人体组织活体(in vivo)用拉曼光谱或反射光谱技术进行诊断.　　黄疸病对于新生儿是常见的，而且无害，但是，对于早产婴儿则有造成大脑损伤的危险。因此，需要密切监测血液中胆红素的浓度。现行的方法是针刺婴儿的脚跟取血样，然后送实验室进行生化分析，大约需要一个小时，每日三次。如果对新生儿脚底皮肤用光学方法，通过反射谱测量，立即可以分析得到血液中胆红素的浓度，可以比现行的方法更快地诊断黄疸病，并使婴儿免受脚跟针刺之苦，这就是非侵入性带来的好处。　　脉搏血氧仪是用红光和近红外透射测量技术连续监测血氧饱和度。慢性阻塞性肺病，哮喘等呼吸性疾病，病人的血氧饱和度是表征病的严重程度的非常重要的指标。　　在线检测：　　-为了得到辛烷值(RON)合乎标准的92号，95号汽油，石油炼化厂需要将重整催化工艺所得到的高辛烷值油与低辛烷值的催化裂化汽油按适当比例进行调和，以最终获得辛烷值符合国家标准，而且产率足够高的汽油。生产工艺需要在线测量汽油的辛烷值，并根据测量值去控制重整反应器的温度。　　浙江大学戴连奎教授采用在线拉曼光谱系统测量重整汽油的辛烷值。其辛烷值主要取决于待测油品中直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃含量。拉曼光谱可以很好地显示直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃等物质的特征峰，因此可以很好的计算各种芳烃和其它烷烃等物质的含量。由于不同的烃类物质对辛烷值的影响不同，需要综合考虑每类物质对辛烷值的影响。通过含量高低建立相应的预测模型可以很好地测量汽油样品的辛烷值。相比于红外光谱，拉曼光谱特征峰明显，建立模型所需的样品数量也大为减少。相比色谱，拉曼光谱测量速度较快，使用和维护成本较低。图6 重整汽油的拉曼光谱(经过数据的预处理)　　在此应用案例中，待测的汽油辛烷值并不是由单一物质的分子的光谱所决定的，而是由多种烃类的分子的综合作用所决定。因此，有了光谱之后，如何得到辛烷值，建模就是关键。