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(adenoassociated 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.     

古代DNA 技术及其在家养动物驯化历史研究中的应用

家养动物始终伴随着人类文明的发生、发展, 其起源和驯化历史一直备受关注. 而在其 近万年的演化历史中, 家养和野生群体间可能发生基因互渗及替代, 因此基于现代物种DNA 信息进行的历史推断可能存在偏差. 近年来, 古代生物遗骸中的DNA (古代DNA)获取技术日 益成熟, 为这类研究开辟了新的途径. 本文总结了近年来古代DNA 技术研究进展, 点评了古 代生物遗骸DNA 的获取和鉴别方法、古代DNA 提取、扩增及测序技术的革新. 最后, 本文综 述了古代DNA 技术在猪、马、羊、狗等主要家养动物驯化历史研究中的应用进展, 为该技术 的进一步发展及应用提供有益的参考.     

多吡啶配合物在大分子DNA中的功能及其应用前景

近年内,由于手性配合物对不同构象DNA的选择性识别、DNA介导的长程电子转移以及新型钌抗癌药物等重大问题的发现,使过渡金属配合物与DNA的相互作用成为生物无机化学领域上的一个重要的研究课题。这里主要介绍了一些新型多吡啶配体及其配合物的合成及其拆分方法,并介绍了紫外、荧光、核磁、电化学等一些常用的研究配合物和DNA作用机制的实验方法,对这些配合物在DNA中的功能及其应用前景也做了简要介绍。     

表达EIAV Gag蛋白的DNA载体与重组痘苗病毒联合免疫效果的观察

将中国马传染性贫血病毒驴白细胞弱毒疫苗及其亲本株的gag基因通过同源重组插入到痘苗病毒天坛株的TK区, 经蓝白斑筛选获得重组痘苗病毒rvv-DLVgag和rvv-LNgag. Western blot检测可知重组痘苗病毒能够有效表达完整的EIAV Gag蛋白. 使用本实验室构建的表达EIAV DLV和LN Gag蛋白的DNA载体单独或与表达相应蛋白的重组痘苗病毒联合免疫小鼠, 结果表明各免疫组小鼠体内均产生了针对EIAV的特异性体液和细胞免疫应答. 统计学分析显示, 联合免疫组与单独免疫组相比, 诱导的特异性结合抗体滴度无显著性变化, 而淋巴细胞增殖应答和CTL水平则显著增强, CTL杀伤率最高可达31%, DLV Gag蛋白与LN Gag蛋白诱导的免疫应答强度无显著性差异. 研究结果有助于阐明我国按照传统路线研制成功的EIAV弱毒疫苗的免疫机制, 并为EIAV基因工程疫苗的开发研制奠定基础.     

光镊与DNA纳米技术在膜生物学研究中的应用

生物膜是生命活动中信号传导和物质运输的平台。近年来,多学科的交叉应用为膜蛋白介导的膜融合与分裂、囊泡形成与分泌,以及脂质代谢的调控机制等膜生物学研究带来了新的信息。例如,单分子光镊力谱方法通过精准、定量地检测蛋白与膜的相互作用,为在时空维度上理解这一生物过程的复杂调控机制提供了强有力的手段。此外,DNA纳米技术通过构建纳米尺度可编程的自组装结构,提供了可精确修饰与功能化的分子器件。经过疏水修饰的核酸纳米器件可以作用于磷脂膜或生物膜,进而对膜进行表面改性、诱导形变、控制理化参数以及跨膜通信等调控操作。该领域的进步将为细胞生物学机制研究、分泌囊泡的分析检测、人工脂质体的制备优化、新型分子载具开发以及新型药物开发提供特色的工具手段,并构建新颖的体系平台助力合成生物学、化学生物学以及分子医学的发展。     

DNA纳米技术在凝血酶适配体分子设计中的应用进展

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.通过合理的设计,利用DNA或其他核酸的分子性质构建出可操控的新型纳米尺度的结构或机器,在生物医学应用领域中有广泛应用.本文介绍了利用DNA纳米技术对凝血酶适配体结构合理设计的相关进展.     

图像配准和时间平均在DNA单分子AFM探测中的应用

增强单分子成像的信噪比(SNR)对单分子精细结构的识别和分辨率的提高具有重要意义. 目前单纯依靠硬件技术的改善无法突破固有限制, 众多研究表明, 图像处理技术是进一步提高单分子成像SNR的重要方法. 原子力显微镜(AFM)的单分子成像具有独特优势, 至今还未有利用图像处理方法改进低信噪比单分子图像的报道. 本文以单个DNA分子为典型样品, 针对操纵及弹性研究等方面的独特研究基础, 以时间平均法替代电子显微镜等技术中针对可重复形态制样的单分子的分类平均法, 对单个DNA分子的AFM时间序列图像采用图像配准和时间平均方法, 有效改善了图像的信噪比, 能够恢复背景中与噪声量级相当的信号. 结合其他技术, 本方法可实现图像精细结构的进一步解析和识别应用, 有望在AFM单分子操纵中起到重要作用. 本文描述的基于图像配准和信噪比评估的方法具有普适性, 可应用于AFM成像质量及状态的定量评估表征中.     

乙型肝炎病毒DNA的克隆及其在猴肾细胞中的初步表达

自从乙型肝炎病毒(HBV)基因克隆成功以后,人们开始用重组DNA技术来解决HBV或其表面抗原(HBsAg)在培养细胞中的表达问题,并已相继取得进展。我们克隆了     

高密度光纤芯片技术及其在功能基因组学中的应用

DNA微阵列技术的发展带来了基因表达研究方法上的一场革命。传统的Northern blots或RT-PCR方法只能逐一地研究单个基因的表达,而DNA微阵列技术可以同时例行检测成千上万个基因表达水平的变化。在微芯片上置人寡核苷酸探针或相应于     

扫描隧道显微镜及其在DNA结构研究中的应用

现代科学发展迅猛,因此本刊“现代科学专题综述”栏也常盛不衰。本期在此栏目中奉献给读者五篇佳作。《扫描隧道显微镜及其在DNA结构研究中的应用》一文,向读者展示了新的实验仪器对DNA结构研究所取得的最新成果。它证明了随着成果的不断积累,仪器的不断改进,我国科学家会在这一领域取得突破性的成就。《题目反应理论和自适应测验》一文介绍了一种现代心理和教育测量理论,这是由于对人才素质的要求越来越高的社会需要而产生的一门学科。它为客观、准确、高效率地评估人的智能和其他心理品质,提供了理论依据。今年4月3日晚,同步辐射这一新的光源在我国诞生,它标志着我国科技史上一个新时代的开始     

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.     

基于磁小珠-DNA-碳纳米管三明治组装体的光散射信号检测丙型肝炎病毒基因序列

基于碳纳米管光散射和磁小珠易分离特性, 以丙型肝炎病毒的一段相关基因序列为实例, 通过检测磁小珠-DNA-碳纳米管组装形成的三明治结构产生的光散射信号建立了一种简便、快速、灵敏、免标记检测病毒基因序列的方法. 由于单链DNA能通过π-π共轭缠绕在多壁碳纳米管表面, 而双链不能, 因而将丙肝病毒的一段相关DNA探针通过共价偶联修饰的磁小珠就能与多壁碳纳米管结合形成三明治结构, 而当有靶物DNA存在时, 因修饰在表面的DNA探针与靶物DNA进行特异性杂交阻碍三明治结构的形成. 测定通过磁性分离三明治结构后上清液的光散射信号, 发现在295 nm处的光散射强度与1.0×10^-6~4.0×10^-8 mol/L靶物DNA呈现良好的线性关系, 检测限(3σ)为40 nmol/L (n=10).     

天然抗氧化剂麦角硫因保护铜所致DNA和蛋白质氧化损伤的作用机理

麦角硫因是一种天然的氨基酸类似物, 在生物组织和体液中通常以毫摩尔级的浓度存在. 尽管如此, 麦角硫因的生物学功能及作用并不完全清楚. 我们对麦角硫因对铜所致的DNA 和蛋白质氧化损伤的影响及其可能扮演的角色进行了深入探讨. 在研究中采用了两种含铜的反应体系: Cu(II)/抗坏血酸体系以及Cu(II)/H₂O₂ 体系. DNA 和牛血清蛋白的氧化损伤分别通过DNA 链断裂和蛋白质羰基化这两项指标来检测. 研究结果表明, 在两种含铜的反应体系中, 麦角硫因都能显著保护DNA 和蛋白质免于氧化损伤, 并且这种保护作用具有剂量依赖效应. 与此相对照, 经典的羟基自由基清除剂(如DMSO 和甘露醇)尽管浓度高达100 mmol/L, 也只能提供很微弱的保护作用. 此外, 研究中通过紫外-可见以及低温电子自旋共振等分析手段发现, 麦角硫因能明显抑制铜催化的抗坏血酸的氧化过程, 并且还能与组氨酸以及1,10-邻菲罗啉有效地竞争络合一价而非二价铜离子. 从上述研究结果我们得知, 麦角硫因是一种天然的含硫抗氧化剂, 可以通过形成不具有氧化还原活性的麦角硫因-铜的络合物形式, 从而达到有效抑制金属铜离子所致的对生物大分子的氧化损伤.     

利用古代DNA信息研究黄河流域家猪的起源驯化

猪的起源驯化一直是人们关注的科学问题.古DNA技术可为家猪起源驯化研究提供更为直接的科学证据.已有研究表明,中国家猪在黄河中下游流域曾发生过独立的驯化过程,但黄河上游的古代猪样品研究尚属空白.本研究选取黄河流域的3个遗址出土的14个古代猪样本为实验材料,通过DNA提取、PCR扩增和DNA测序,结合现代不同品种家猪、野猪及黄河中下游猪古DNA序列信息,系统分析了我国家猪的起源驯化关系.实验共获得5个古代猪样本mtDNAD-loop 179bp的DNA序列,包括2个湖北青龙泉遗址样本和3个青海喇家遗址样本.序列比对分析发现,湖北青龙泉遗址与青海喇家遗址的样本分别共享1种单倍型.结合现代不同品种猪、野猪及黄河中下游猪古DNA序列信息,发现湖北青龙泉遗址样本与山西贾湖遗址的部分古代样本具有相同的单倍型,青海喇家遗址的样本与山西高红遗址和陶寺遗址的另外部分样本具有相同的单倍型,并且这2个单倍型对应于中国现代猪种的2个主单倍型,说明黄河上游与中下游的猪具有相同的驯化中心.本研究填补了黄河流域上游古代猪DNA研究的空白,为中国家猪的起源驯化研究提供了新的科学佐证.     

纳米尺度金属超分子配合物对DNA的特殊识别与功能调控新进展

配体通过靶向特殊基因,进而调节该基因所参与的生物学功能一直是生物无机化学领域十分活跃的研究课题.当前,金属配合物对DNA的结构识别以及功能调控引起了人们的高度重视,越来越多的研究表明,金属配合物能够有效地识别DNA的二级结构并影响其生物学功能.最近研究发现,一些具有纳米尺度的金属超分子配合物能够特异性识别DNA并表现出特殊的生物学效应.本文总结了纳米尺度金属超分子配合物对不同DNA二级结构的选择性识别及调控等方面的研究进展.     

Development and application of bond-cleavage reactions in bioorthogonal chemistry

<正>With the support from the National Natural Science Foundation of China and the Ministry of Science and Technology of China,a research team led by Prof.Chen Peng(陈鹏)at the Department of Chemical Biology,College of Chemistry and Molecular Engineering(CCME),Peking University,developed some novel bioorthogonal bond-cleavage chemistries in recent years and most recently,they were invited to summarize     

光化学原位制备PDEA-磁性纳米凝胶用于DNA 固定及缓释研究

应用光化学原位聚合法合成了聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯)包覆的磁性纳米凝胶 (PDEA-磁性纳米凝胶). 应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计 (VSM)、光子相关光谱(PCS)等对PDEA-磁性纳米凝胶的结构、形貌、磁学性质、粒径及表面 ζ-电位等进行了表征. 结果表明, PDEA-磁性纳米凝胶形状较规则, 为“核-壳”结构, 表面PDEA高分子层约为26%, 平均水合粒径为43 nm, 具有超顺磁性. 该磁性纳米凝胶具有明显的pH敏感性, 在室温、 pH 5.0时可结合DNA分子, 最大结合量为51 μg/mg, 在pH 7.4条件下能够将DNA高效释放出来, 且呈现出明显的缓释效应, 加之良好的磁响应性能, 使其可作为一种新型磁靶向转基因载体应用于生物医学研究.