单细胞微流控技术研究——医疗检测的革新

细胞是生物体的基本功能单元,它通过内部化学、物理方式维持和感觉外部生理环境.独一无二的生物化学和生物物理特性使细胞能够实现特殊功能,并且适应外部环境.细胞的生理变化是伴随着自身一系列化学物理方面的改变和重组进行的.因此,病理细胞可以通过生物化学和生物物理方法得到识别——病理细胞的生物化学特性已经得到深入的研究,人们也已经研发出许多生物化学标记来从异源群体中识别出目标细胞.     

物理学—研究生物学的重要手段

观察病毒的装配几十年来 ,科学家们一直把噬菌体作为模拟感染人类病毒的材料。然而 ,对于噬菌体如何制造更多的噬菌体 ,迄今仍神秘莫测。现在 ,加利福尼亚大学(ＵＣ)的生物物理学家们第一次捕捉到了正在进行自我装配的噬菌体。他们利用微球和激光技术 ,观察了病毒是如何把自身的基因组装填入蛋白质外壳 ,以及它们是如何与其ＤＮＡ展开激烈的争夺战的。结果显示 ,担负ＤＮＡ包装任务的显微曲柄 ,是迄今所测到的最有力的分子发动机。一位研究噬菌体的生物学家Ｄ·安德森 (Ｄ .Ａｎ ｄｅｒｓｏｎ)说 :“长期以来 ,我们总是结合应用生物化学和遗…     

方兴未艾的化学生物学

化学生物学是由经典化学和生物化学衍生出来的一个新的交叉分支.在生物化学的发展过程中,很多化学的成分和物理学的技术不断渗透进入,例如,各种类型的小分子作为抑制剂和调节剂,为阐明蛋白质(特别是酶学)结构和功能的关系及其生物学意义作出了重要贡献,转而这些小分子又被开发成为治疗疾病的药物.     

电化学发光核酸杂交分析

详细介绍了电化学发光核酸杂交分析的基本原理,评述了其在生物医学中的应用,核酸杂交分析无论是在生物化学和分子生物学的研究中,还是在临床检验中均具有重要的作用,寻找非放射性和高灵敏度的核酸杂交分子方法是一个重要的研究方向。电化学发光核酸杂交分析充分把电化学发光分析的高灵敏度和核酸杂交分析的特异性结合于一本,具有非放射性,灵敏,快速,动力学范围宽,稳定,选择性强,重现性好,廉价,易于操作的显著优点,已逐     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

邃秘生命之术：基因扩增和再造

在分子生物学诞生40周年之际,诺贝尔化学奖授予在这个领域取得突破性成就的两位生物化学家——美国人卡里·穆里斯和加拿大人迈克尔·史密斯,以表彰他们分别发明聚合酶链式反应(PCR)和寡聚核苷酸基定点诱变的生物技术。 穆里斯现年48岁。他在加利福尼亚大学旧金山分校的博士后研究,打好了生物技术基础。因此,在1979年应聘到加州埃默利维尔的塞托斯公司执研,并于1986年起担任赛特洛尼克斯公司分子生物学部主任。现在在加州拉霍亚担任聚合酶     

生物微量元素与元素周期律

微量元素和机体的关系是现代生物化学和医学中人们普遍关注的问题.在人体内除存在着碳、氮、氢、氧、磷、硫等十一种宏量要素元素外,还有象铁、锌、铜、锰、钼、钴、钒、碘、硒等十来种痕量要素元素.这些生物微量元素与生物大分子结合后,产生各种各样的生物化学作用和特殊的生理功能,因而在维持正常的生命活动中具有极为重要的作用.在自然界中存在着众多的稀有和分散的元素.在生命进化的历程中,由于它们的生物可得性低,以及生物利用效率差,被暂时排除在生物要素元素之外,对它们的生物效应研究甚少,或从未触及.     

Chk1防止DNA损伤的S期肿瘤细胞进行异常的有丝分裂

为探讨在p53失活的肿瘤细胞中DNA甲基化试剂引发的DNA损伤对于细胞周期的影响, 我们将同步化在G1, S和G2/M期的HeLa细胞分别进行甲磺酸甲酯(MMS)处理. MMS的处理结果表明, 各个时相的细胞周期进程均发生延迟或阻滞, 其中S期细胞对药物最为敏感. 进一步的分子机理研究表明, 3个时相中ATM-Chk2和p38 MAPK通路均被激活, 但是Chk1仅在S期中被活化, 提示Chk1特异地参与了S期的DNA损伤检查点(DNA damage checkpoint)或者DNA复制检查点(DNA replication checkpoint)的作用. 为了进一步确定Chk1在S期的检查点功能, 用专一的小分子抑制剂抑制Chk1的磷酸化, 发现被MMS处理的S期细胞能在未完成复制的情况下进行异常的有丝分裂, 提示Chk1主要是在HeLa细胞S期的DNA损伤检查点而不是DNA复制检查点发挥其作用. 另外, 本研究还检查了参与G2/M期进程的cyclin B1的表达变化情况. 在MMS处理的S期细胞中, cyclin B1表达量不能上调; 而在加入Chk1抑制剂处理后, cyclin B1则有所增加. 这一结果进一步支持DNA损伤S期细胞在Chk1失活时进入异常有丝分裂的推论. 研究结果表明, Chk1是MMS诱发的HeLa细胞S期DNA损伤检查点的专一性的重要蛋白激酶; 当MMS引发DNA损伤后, 上游蛋白激酶对Chk1进行磷酸化, 从而激活了S期的DNA损伤检查点, 阻止细胞进入G2/M期. 由于这一过程不依赖于p53的活性, 因此Chk1有可能作为p53失活的肿瘤细胞的药物靶标.     

足迹测序——一种快速精确测定被蛋白保护的DNA序列的方法

测定被调控蛋白保护的DNA顺序是阐明基因调控机制的必不可少的环节.为此,通常先将被保护的DNA片段克隆到合适的质粒上,再用化学法测定被调控蛋白保护的DNA序列.但此法操作步骤繁多,又要求多量的DNA,测定的灵敏度也较低.我们设计了“足迹测序”法,它能直接、快速测定已克隆的被蛋白保护的DNA序列.已用此法测定了和结瘤调控蛋白专一性结合的DNA序列.     

"生命之书"的解读

人类的天性总是追求秩序,拒绝混乱.DNA双螺旋的发现,就是人类建立秩序的一个成功典范.根据它,人们把自然界的万千生命形式,统统归结为用四种化学小分子作为"字母"写成的作品.根据它,最近50年来对生命的研究大致上可以被划分为两种任务:阅读"生命之书"的内容和寻找"生命之书"的创作规则.     

运行于磁珠表面的可编程DNA计算机

后基因组时代涌现出DNA操作技术一系列新的应用, 其中包括建立在DNA分子基础上的生物计算机. 至今还没有在固体表面实现基于自动机原理的DNA计算的相关报道. 本文描述了一种可编程的DNA计算装置——具有图灵机部分功能的有限自动机, 并且将计算过程转移到了固体表面. DNA计算机主要由DNA分子(输入分子, 输出状态检测分子和充当软件的状态转移分子等)、DNA限制性内切酶及连接酶和所需的缓冲液组成, 可以自动地解决计算问题. 将荧光标记在输入分子的5′端, 以便于动态跟踪监测反应过程中的各种中间产物. 这些工作具有如下的特点: (1) 成功地在磁珠表面实现了可编程的DNA计算机——有限状态自动机. (2) 通过毛细管电泳直接监测所有的DNA计算中间产物. DNA计算机的超大并行计算能力具有通过自动控制来得以实现的可行性, 为在不久的将来把大规模的DNA计算和功能基因组研究结合起来奠定了基础.     

人类神经Tau具有提高DNA熔链温度的作用

在小牛胸腺ＤＮＡ溶液中加入基因重组人类神经Ｔａｎ，观察ＤＮＡ热变性时的增色效应显示：人类神经Ｔａｕ具有提高ＤＮＡ熔链温度（Ｔ_ｍ）的作用，可将Ｔｍ由 ６７℃提高至 ８１℃；并将质粒ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ Ⅱ ＳＫ的熔链温度由７５℃提高到８５℃．动力学实验表明，Ｔａｕ蛋白能明显减慢ＤＮＡ在热变性时的动力学过程．以上结果提示， Ｔａｕ蛋白可能具有稳定 ＤＮＡ双螺旋空间结构的作用．     

单个DNA分子的拉直操纵和成像

利用分子梳技术，将ＤＮＡ拉直在硅烷化的云母表面，实现了单分子ＤＮＡ的荧光微镜和原子力显微镜探测，同时，利用改进的动态分子梳技术进行了ＤＮＡ分子拉直操纵的原子力显微术研究。结果表明，对于ＤＮＡ拉直操纵，改进的动态分子梳技术与原有的动态分子梳相比具有样品用量少、污染小的优点，与一般的分子梳技术相比有更好的拉直效果和重复性。这种ＤＮＡ分子操纵与单分子ＤＮＡ荧光显微术、原子力显微术结合，将在分子动力学基础     

围绕DNA内电子转移问题的争论

ＤＮＡ是生物体中储存和传递遗传信息的重要物质，ＤＮＡ的电子转移诱发遗传信息的错读和引起ＤＮＡ的损伤，导致细胞的突变和癌变。但有关ＤＮＡ的电子传导的本质和性质等问题一直存在着争论，围绕ＤＮＡ内电子转移问题的争论要点及尚存在的问题作一介绍。     

见人人之所见,思人人所未思——发现DNA双螺旋结构的故事

在刚刚过去的20世纪,遗传学也许是发展最快、变化最烈的一门自然科学学科.1900年孟德尔(G.Mendel)揭示的生物遗传规律被重新发现,2000年人类基因组全序列工作草图宣告完成,这一头一尾两件大事充分展现了100年来遗传学的重大发展,而连接首尾的关节点,则是1953年沃森(J.D.Watson)和克里克(F.H.C.Crick)共同提出DNA双螺旋结构模型.     

DNA在磁性纳米粒子表面的键合及表面增强拉曼光谱研究

DNA磁性纳米粒子在DNA或RNA的分离和纯化、靶向药物的定向以及生物传感器和生物芯片技术中有着极为重要的应用. 采用微乳液的方法有效地把SiO₂包覆在磁性γ-Fe₂O₃粒子表面, 形成了粒径均匀的单分散的磁性纳米粒子, 并在其表面成功地修饰了一层巯基化合物, 将修饰有过硫键的oligoDNA分子共价键合到其表面, 形成了DNA的磁性纳米粒子, 并进一步在其表面进行了杂交实验. 用表面增强拉曼光谱(SERS)对这一过程进行了分析研究, 证明oligoDNA被有效地连接到磁性纳米粒子的表面上.     

DNA水凝胶分子设计、合成与应用

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.     

DNA改组在腺相关病毒定向进化中的发展及其应用

DNA改组(DNA shuffling)是一种高通量的突变、筛选技术, 自1994年提出以来, 经过了几十年的发展, 其在DNA、酶和药物蛋白等的改造上都有突出的表现. 腺相关病毒(adeno- associated virus, AAV)是一种细小病毒, 由于其无致病性和能有效呈递基因而成为一种非常理想的基因表达载体. 但是AAV筛除存在一些不足, 如对某些重要靶细胞感染效率不高、存在机体的免疫反应等限制了其临床研究的进展. 应用DNA 改组技术对AAV的衣壳蛋白进行定向进化, 有望解决这些问题. 本文重点综述DNA改组在AAV衣壳定向进化上的技术发展和应用, 并结合本课题组在AAV衣壳DNA改组上的研究工作展开讨论.