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科研进展
  • 新浦金全部网站在利用患者来源的iPSCs建立多发性内分泌瘤疾病模型取得进展
    新浦金全部网站李尹雄研究员课题组等通过收集多发性内分泌瘤I型(MEN1)病人尿液细胞重编程为诱导性多能干细胞(iPSCs),结合体外胰岛β样细胞分化和免疫缺陷小鼠移植实验,成功地再现了MEM1高胰岛素分泌这一的关键表型及其背后的机制,建立了MEM1的疾病模型,并发现GLP-1R通路是治疗由胰岛素瘤导致的高胰岛素血症的潜在靶点。
      新浦金350vip广州生物医药与健康研究院李尹雄研究员课题组等通过收集多发性内分泌瘤I型(MEN1)病人尿液细胞重编程为诱导性多能干细胞(iPSCs),结合体外胰岛β样细胞分化和免疫缺陷小鼠移植实验,成功地再现了MEM1高胰岛素分泌这一的关键表型及其背后的机制,建立了MEM1的疾病模型,并发现GLP-1R通路是治疗由胰岛素瘤导致的高胰岛素血症的潜在靶点。相关工作近日在Cells科学期刊上以Modeling MEN1 with Patient-Origin iPSCs Reveals GLP-1R Mediated Hypersecretion of Insulin为题发表。
      MEN1 是一种的罕见遗传病,MEN1基因突变导致多种内分泌器官和腺体(包括甲状腺、甲状旁腺、肾上腺和胰腺等)的肿瘤发生,其中胰腺内分泌肿瘤(PNETs)的发病率最高,其高胰岛素血症导致的低血糖昏迷是致命的。由于MEN1突变位点众多,其编码蛋白的功能复杂,相同基因型的MEN1小鼠模型,出现不同的表型,其基因型和表型的关系存在不确定性;而且,人类的胰腺和啮齿类的胰腺存在结构和生理上的较大差异;因此,基于患者iPSCs的基因型和表观遗传记忆构建MEN1疾病模型,有望克服单纯的小鼠基因操作存在的基因型-表型不统一的缺陷。
      课题组通过收集一个MEN1家庭中母子两位患者的尿液,建立了重编程细胞株(iPSCs),在MEN1-iPSC分化的胰岛β样细胞阶段,重现高胰岛素分泌的临床表型。该表型的基础是MEN1细胞从胰祖细胞阶段开始,表现出强大的增殖能力,产生大量的胰岛β样细胞,导致高胰岛素分泌。探究其病理机制,发现受MEN1负调控的胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的分泌上调,通过结合GLP-1R,激活PI3K/AKT信号传导,改变了调控β细胞增殖两个关键转录因子FOXO1和CREB的磷酸化,导致FOXO1和CREB的比例失衡,引起 MEN1来源胰岛素阳性细胞的高增殖和高胰岛素分泌。GLP-1R或PI3K的抑制剂可以逆转这种表型,阐明GLP-1R是导致MEN1胰腺内分泌瘤的高胰岛素血症的病理关键和潜在的治疗靶点。
      进一步免疫缺陷小鼠移植实验发现,不同干细胞阶段的MEN1细胞不能成瘤,只有移植MEN1胰岛β样细胞才可以形成肿瘤,并表达与患者原位肿瘤一致的PNETs标志物。提示iPSCs不仅保留了患者的基因型,同时还维持了其时空的表观记忆能力。基于患者iPSCs构建的MEN1 疾病模型,克服了基因型和表型不确定的缺陷,为深入探究分子病理和药物研发提供了理想的MEN1疾病模型。
      MEN1病人来源的iPSCs建立MEN1疾病模型及其相关机制示意图
      新浦金全部网站博士研究生程子淇为该研究论文的第一作者,李尹雄研究员为通讯作者。本项研究的合作单位为广州复大医院。该研究获得了国家重点研发计划基金、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等的支持。
      论文链接
      
    2022-08-05
  • 100-200 MPa、600-800℃条件下金在H2S-H2O±NaCl流体中的高溶解度:人工合成流体包裹体研究
    近日,深海极端环境模拟研究实验室主任周义明研究员作为通讯作者与前研究助理胡茂康在《Geochimica et Cosmochimica Acta》上发表研究进展。
      近日,深海极端环境模拟研究实验室主任周义明研究员作为通讯作者与前研究助理胡茂康在《Geochimica et Cosmochimica Acta》上发表了题为“100-200 MPa、600-800℃条件下金在H2S-H2O±NaCl流体中的高溶解度:人工合成流体包裹体研究”的文章。    
      本研究人工合成H2S-H2O±NaCl流体包裹体(图1),并使用激光剥蚀等离子体质谱和拉曼光谱分析流体中金的含量以及其组分(图2)。结果显示在Au-H2S-NaCl-H2O热液流体中,金的溶解度受压力和NaCl浓度的影响较大,而温度的影响不明显。同时,在流体包裹体中发现了H2Sn (n≥1)的拉曼特征峰(~2497cm-1)。研究表明HSn-Au(或AuSn-)和Au-Cl可能是含H2S热液流体中的金络合物种,并在热液金矿成矿过程中金的溶解和运输阶段发挥重要作用。此外,岩石破裂引起的压力降低可能是岩浆热液沉淀金的机制之一。
      图1.人工合成H2S-H2O±NaCl流体包裹体。V:气态(H2S为主)、S:含H2S及H2Sn的小颗粒、LH2O:含H2S的水溶液
      图2.合成流体包裹体的激光剥蚀等离子体质谱分析信号。以Na、Rb及Cs为内标而测得的最高含金量为3599 ppm, 几乎是至今所有实验结果的最高值
      论文信息:Hu, M. K., Chou, I. M. *, Wang, R. H., Shang, L. B., Chen, C., 2022, High solubility of gold in H2S-H2O ± NaCl fluids at 100–200 MPa and 600–800 ℃: A synthetic fluid inclusion study. Geochimica et Cosmochimica Acta, 330, 116–130. 
      
    2022-08-04
  • 轻量型半潜桁架式养殖平台“海威2号”开工建造
    8月3日上午,新浦金350vip广州能源研究所联合湛江湾实验室研发设计,广东海威农业集团投资建造的轻量型半潜桁架式养殖平台“海威2号”的开工仪式在广东湛江举行。中国工程院院士林鸣、广东省农业农村厅副厅长高庆营、湛江湾实验室执行主任欧先伟、广东海威农业集团董事长刘定、广州能源所海洋能研究室主任盛松伟出席开工仪式。
      8月3日上午,新浦金350vip广州能源研究所联合湛江湾实验室研发设计,广东海威农业集团投资建造的轻量型半潜桁架式养殖平台“海威2号”的开工仪式在广东湛江举行。中国工程院院士林鸣、广东省农业农村厅副厅长高庆营、湛江湾实验室执行主任欧先伟、广东海威农业集团董事长刘定、广州能源所海洋能研究室主任盛松伟出席开工仪式。 
      目前深远海养殖平台一方面朝高端渔旅结合方向发展,一方面朝轻量经济型方向发展。为满足渔业企业对海工型低成本养殖平台的迫切需要,广州能源所成功开发了多款经济型半潜桁架式养殖平台,既能保障平台的抗风浪能力,养殖作业的便利性,同时减少用材量,降低成本,是一种可大规模推广应用的技术形式。“海威2号”长86米,宽32米,高16.5米,有效养殖水体3万立方米以上,实现100%清洁能源供给,使用寿命20年以上,并配备了自动投饵、工作吊机、海水淡化机、污水处理器、渔场监控等现代化生产生活设备。 
      近年来,为推进深远海养殖平台的规模化应用,广州能源所在“澎湖号”“普盛海洋牧场一号”“海威1号”等养殖平台成功开展渔业示范的基础上,完成了多个海工型养殖平台和高端渔旅平台的研究和设计工作,开展了“闽投一号”“普盛海洋牧场二号”“鑫环一号”“海洋牧场浮岛”等多个海工型养殖平台的优化设计研究,为助力“蓝色粮仓”高质量发展贡献力量。 
      “海威2号”养殖平台效果图
      开工仪式现场
      
    2022-08-04
  • 中科院深海所研究团队在Biological Conservation发文,提出一种在数据匮乏区域开展鲸类生态研究的整合式策略
    近日,中科院深海所海洋哺乳动物研究团队(以下简称“深海所研究团队”)在学术期刊Biological Conservation发表题为“An integrated strategy for monitoring cetaceans in data-poor regions” 的论文。该论文提出了一种整合式鲸类生态研究新范式并展示了示范研究结果,有利于鲸类科研人员在数据缺乏的水域开展鲸类生态和保护研究工作,更好地调查鲸类的出没、分布及栖息地利用情况,实现循序渐进、互相补充且高效可靠的调查效果。Biological Conservation《生物保护》是Society for Conservation Biology(保护生物学国际学会)的会刊,也是保护生物学这一学科的旗舰期刊,旨在出版关于保护生物学最前沿、最新颖和最受关注的研究进展。
      近日,中科院深海所海洋哺乳动物研究团队(以下简称“深海所研究团队”)在学术期刊Biological Conservation发表题为“An integrated strategy for monitoring cetaceans in data-poor regions”的论文。该论文提出了一种整合式鲸类生态研究新范式并展示了示范研究结果,有利于鲸类科研人员在数据缺乏的水域开展鲸类生态和保护研究工作,更好地调查鲸类的出没、分布及栖息地利用情况,实现循序渐进、互相补充且高效可靠的调查效果。Biological Conservation《生物保护》是Society for Conservation Biology(保护生物学国际学会)的会刊,也是保护生物学这一学科的旗舰期刊,旨在出版关于保护生物学最前沿、最新颖和最受关注的研究进展。 
      一、没有本底资料该怎么办?——万事开头难 
      海南地处南海腹地,历史搁浅信息表明海南周边水域的鲸类等海洋哺乳动物资源丰富,多样性非常高。但是,由于缺乏野外实地调查和长期系统的监测,海南鲸类动物的本底资料几乎一片空白。在这种信息匮乏的研究背景下,使用一种简易、高效、快捷、低成本的方法以达到快速掌握鲸类基本信息的目的显得至关重要,而当地生态认知(Local Ecological Knowledge, LEK)调查正是满足这一需求的一种技术方法。职业渔民是接触野外鲸类动物最频繁的特定职业人群,通过调查渔民可以快速获得他们在海洋捕捞生产过程中与野外鲸类相关的认识、经历和看法等,从而为后续的调查和监测提供基本方向和背景信息。因此,深海所研究团队于2013年底开展了一项环海南岛摸底调查。该项调查选择了16个具有代表性的沿海渔港/渔村,对510位渔民进行了问卷访问调查。得益于科学合理的问卷设计、蓝丝带海洋保护协会的志愿者支持、地方管理部门和社区的大力配合,整项调查仅20余天就顺利完成,研究团队快速高效地获得了丰富的调查资料,并对资料开展了细致的整理和数据分析。虽然该项调查所关注的对象是可能在海南周边水域栖息生活的所有鲸类物种,但由于中华白海豚独特的体色和近岸栖息的习性,渔民非常容易接触并辨认出这一物种,科研人员基于初步分析结果迅速锁定了一处疑似有中华白海豚经常出没的水域——海南西南近岸水域。
      图1. 环海南岛渔民问卷调查(2013年底)的主要结果
      二、海南真的有中华白海豚吗?——眼见为实 
      中华白海豚是我国一级保护动物,具有极高的生态、保护和研究价值。渔民问卷调查结果为研究团队提供了令人振奋的方向,但渔民目击毕竟是间接的信息,其可靠性和真实度还需要进一步检验。因此,研究团队自2014年4月开始在海南西南近岸水域进行探索式的船基目视调查(Boat-based visual surveys),以验证该区域是否真的有中华白海豚频繁出没。调查队员经历了数月的风吹日晒,海上辛勤的船基调查工作终于开出了美丽的果实——2014年10月20日在三亚西鼓岛周边首次目击到了中华白海豚群体,并在之后两个月的调查里多次目击到中华白海豚。这些实地调查结果不仅验证了前期渔民问卷调查结果的可信度,且进一步确认了在海南西南近岸确实有中华白海豚栖息分布。此后,研究团队继续进行逐年累月的船基调查,并不断将调查范围扩大至该种群所有的潜在分布区域,截至2019年6月共计调查开展了55次船基调查,每次调查至少3至8天。通过长期的船基调查监测,调查队员共目击了50群鲸类动物,不仅包括47群“常客”——中华白海豚,还目击到2群印太江豚以及一些少见的“过客”——伪虎鲸和印太瓶鼻海豚的混游群体。通过分析船基调查数据,研究团队较好地掌握了海南西南近岸鲸类动物的组成、中华白海豚的栖息分布特征、个体识别数量、环境偏好等基本情况。
      图2. 研究团队在海南西南近岸水域目击的四种鲸类物种:中华白海豚、印太江豚、印太瓶鼻海豚和伪虎鲸(图片来源:深海所研究团队)
      图3. 海南西南近岸水域中华白海豚的栖息分布情况(2014.4-2019.6船基调查)
      三、它们留下了声音痕迹——被动声学监测 
      船基调查的整体目击率较低,且该技术方法有诸多限制和不足,例如只能在白天及海况优良时开展、开支较大且费时费力。为了更好地掌握该种群的出没分布规律,研究团队开始尝试使用水下被动声学监测(Passive Acoustic Monitoring, PAM)的技术手段。科研人员于2016年在三亚西鼓岛选择了一个中华白海豚目击最频繁的位置,进行了为期近一年的探索式试验。通过监测中华白海豚所发出的一种典型高频窄带信号(clicks嘀嗒声),证实了中华白海豚会经常在监测位点周围出没。因此,研究团队于2018年进一步开展了一项长时间且大范围的水下被动声学监测计划。科研人员沿着三亚-昌江近岸选择了11个合适的位点,进行水下声学监测平台和声学记录仪的布放,并在之后按照每2至3月一次循环进行仪器回收、数据下载、仪器充电和再布放工作。在至今为止的4年多时间的监测周期里,科研人员共获得了10个位点(2号平台及声学设备遗失)的声学数据,较好地实现了对覆盖区域所出现的鲸类动物及水下各种其它声源进行长时间、大范围、近似连续、不分昼夜、不受恶劣海况影响的监测。科研人员利用部分数据集开发了一种基于机器学习算法的clicks信号自动识别器,并不断优化将识别器对海豚clicks信号的识别准确性提升至96%以上,之后使用该识别器对整个水下声学监测数据库的clicks信号进行了检测和分析。通过被动声学监测技术手段,研究团队较好地掌握了海南西南海域中华白海豚的栖息分布规律和时空变化模式,并证实声学监测结果是船基调查结果的重要补充。
      图4. 海南西南近岸水域海豚clicks信号的被动声学监测情况(2018.2-2019.6被动声学监测结果)
      四、一种整合式鲸类生态研究新范式 
      经过全世界范围内的鲸类科研人员几十年的不断发展和完善,渔民问卷调查、船基目视调查和被动声学监测都已逐渐成为非常重要的鲸类调查技术手段,而且被广泛运用于各种类型的鲸类生态和保护研究项目。尽管如此,这些方法都有各自的使用条件、范围、要求和局限性,这就导致单一方法所获得的调查结果往往难以验证其可靠程度。尤其应当注意的是,全球还有很多类似中国这样的许多欠发达的国家/地区,其共性是鲸类本底资料通常十分匮乏。此外,由于研究和保育资金支持非常有限,欠发达国家/地区的鲸类科研人员和保护工作者难以直接开展有针对性、大范围、长期、系统的野外实地调查和监测。深海所研究团队首次将渔民问卷调查、船基目视调查和被动声学监测这三种技术方法组合,以海南中华白海豚的发现、验证和长期监测为示范,展示了中华白海豚在海南西南部的出没分布及栖息地利用情况。相关的研究结果不仅为保护海南中华白海豚提供了基本的信息和资料,成为海南近海生态和珍稀动物保护的重要科学支撑,而且形成了一套循序渐进的、相互印证的、互相补充的整合式鲸类生态研究新范式,为全世界的鲸类科研人员提供了重要的示范参考,以便于在数据缺乏的水域更高效地开展鲸类生态和保护研究工作。 
      原文链接: 
      Liu, M., Lin, M., Dong, L., Caruso, F., & Li, S.* (2022). An integrated strategy for monitoring cetaceans in data-poor regions. Biological Conservation, 272, 109648. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2022.109648 
      
    2022-08-02
  • Nature Communications | 编写DNA密码,赋予细胞抗病毒能力!
    2022年8月2日晚,哈佛大学George Church教授团队、新浦金350vip深圳先进技术研究院合成生物学研究所刘陈立研究员团队在Nature Communications上发表了题为《Multiplex base editing to convert TAG into TAA codons in the human genome》的文章。
      2022年8月2日晚,哈佛大学George Church教授团队、新浦金350vip深圳先进技术研究院合成生物学研究所刘陈立研究员团队在Nature Communications上发表了题为《Multiplex base editing to convert TAG into TAA codons in the human genome》的文章,研究利用多重复合的碱基编辑技术在人类基因组中将TAG转换为TAA。该团队开启了人类全基因范围内TAG终止密码子转换为TAA,初步证明了TAG转换为TAA在人类基因组中的可行性,同时创造了一次递送在人类基因组中数十个非重复位点同步碱基编辑的记录,为哺乳动物基因组的大规模工程化改造提供了一个工作框架。此外, GRIT软件也可以被开发成一个新的计算机辅助设计(CAD)平台,用于设计编写大规模的基因组。该研究迈出了基因组重编码制备抗多种天然病毒人类细胞系的第一步,为哺乳动物基因组多重复合编辑和GP-write路线图的制定奠定了基础。 
       
      文章上线截图 
      虽然读取DNA密码的技术不断进步,但科学家们编写DNA密码的能力仍然有限,这限制了其理解和操纵生物系统的能力。为了进一步了解生命蓝图,开发有助于大规模合成和编辑人类和其他物种基因组的工具和方法变得尤为重要。因此,2016年Jeff Boeke和George Church教授等提出了基因组编写计划(GP-write project),旨在从被动读取基因组转向主动编写基因组1,也被认为是人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的下一代基因组计划(HGP-write)。GP-write计划将促进利用生物工程来解决人类面临的许多全球问题,如病毒感染、濒危物种增多,气候变暖等。随后,科学家们组建了由全球科学家们共同参与的工程生物学卓越中心(Center of Excellence for Engineering Biology: https://engineeringbiologycenter.org/),并于2018年提出了基因组重编码来构建抗病毒人类细胞系,作为GP-write的第一个里程碑式的试点项目,该项目也被明确地限制在细胞和从细胞衍生的类器官中开展。
      那如何通过基因组重编码制备抗病毒人类细胞系呢?理论上,如果替换掉所有基因中的一个冗余密码子(或“重新编码”基因),并去除解码它的tRNA,人类细胞仍然可以制造它所有的蛋白质。但病毒的基因仍然包含这个冗余密码子,并且依赖宿主细胞机制进行复制,这样病毒将无法将它们的基因转化为蛋白质,使得试图复制的病毒被消灭,因此,基因组重编码的细胞将具有了免疫力,这个概念已经在大肠杆菌中得到验证2,3。但在人类细胞中是否能实现呢?在本研究中作者提出了一个潜在方案来制备抗病毒人类细胞系:在全基因组范围内将终止密码子TAG转化为TAA,并将内源性真核释放因子1 (eRF1)替换为具有选择性通读的工程化eRF1突变体,使得人类细胞系具有抗病毒的能力(图1)。
       
      图1 抗病毒细胞系制备示意图 
      地球上大多数生物体共用64个三联体密码子,其中61个密码子可以编码20种天然氨基酸和3个密码子作为终止信号。在20种氨基酸中有18个由一个以上的同义密码子来编码,被称为遗传密码子的简并性。基因组重新编码技术就是通过基因组工程手段进行同义密码子替换,将“冗余”密码子去掉,并赋予这些被去除密码子(“空白”密码子)新编码能力的技术。通过基因组重编码不仅可以赋予了生物体或细胞抗病毒的能力,也可以重新赋予“空白”密码子新的功能,包括非标准氨基酸的整合和生物防护。2013年Church 实验室首次在大肠杆菌通过TAA取代TAG终止密码子并删除释放因子1 (RF1),使得其具有抗病毒的能力2。2021年,Jason Chin 实验室在大肠杆菌全基因组范围内实现用同义词密码子替换两个有义密码子和一个终止密码子,并删除相应的转运RNA (tRNA) 和释放因子,使得该大肠杆菌码子具有抗多种病毒和遗传编码非标准的氨基酸的能力3。此外,基因组重编码设计也正在酵母基因组SC2.0计划中实施4,但在人类全基因组范围内进行基因组重编码是否可行呢?本研究中,研究人员首次提出了在人类全基因组范围内将TAG终止密码子转换为TAAs的工作框架(图2)。首先,作者们开发了一个软件GRIT来解析基因组数据,识别人类基因组中所有的TAG密码子,并为碱基编辑器设计gRNAs,引导它们转换为同义密码子TAA。虽然该软件只在人类基因组数据上进行了测试,但它可以用于其他具有高质量参考基因组和充分注释的真核生物,如小鼠和果蝇等。随后,他们开发了高效的TAG到TAA转换方法,通过多个gRNA阵列递送与CBE单碱基编辑器5及其报告荧光分子,使高编辑的细胞得到富集。此外,作者们还通过单细胞RNA测序(scRNAseq)分析了细胞群体中单细胞中多重复合碱基编辑的结果。最后,他们通过全基因组测序、转录组测序和核型分析等手段对那些高基因组修饰的单克隆进行了评估。 
       
      图2 TAG终止密码子转换为TAA的工作框架 
      人类基因组重编码是一个系统而复杂的基因组工程。虽然本研究可以通过一次转染在单个克隆中实现多达33个基因位点编辑,但这还远远不够。为了使以TAG作为终止密码子必需基因或全部的基因,都可以转换为TAA,作者在文章的讨论部分,提出了几种可能的优化工作框架的策略:1)基于CBE变体(PMIDs:33247095,32345976,32424272)、引导编辑器(PMIDs:31634902,34653350)和DdCBE (PMIDs: 32641830,35379961)开发低脱靶、高编辑效率的新型碱基编辑器。2)增加BAC或YAC载体上的gRNA阵列和sgRNA池,提高sgRNA的递送能力。3)通过RNP (PMID:28585549)和同步转染等新的递送方法(图3)。基因组重编码的人类细胞一旦完成,将提供一个独特的具有扩展功能的底盘细胞,可广泛应用于生物医学,特别是用于制造细胞疗法或治疗生产线,来抵抗大多数天然病毒的感染。 
       
      图3 潜在优化TAG终止密码子转换为TAA工作流程的方法 
      哈佛大学George Church教授、中科院深圳先进院合成所刘陈立研究员与哈佛大学医学院Eriona Hysolli博士为共同通讯作者。中科院深圳先进院合成所陈宇庭博士(前哈佛医学院Church lab 博士后研究员、现中科院深圳先进院合成所助理研究员与执行课题组组长)、Eriona Hysolli博士、陈安璐博士和Stephen Casper为共同第一作者。哈佛大学刘松雷博士和Kevin Yang等对论文的实验做出了重要贡献。该研究得到美国能源部、哈佛大学医学院、中国国家自然科学基金委、新浦金350vip和深圳市等多个项目支持。 
      参考文献  
      1, Boeke, J.D. et al. GENOME ENGINEERING. The Genome Project-Write. Science 353, 126-127 (2016).
      2, Lajoie, M.J. et al. Genomically recoded organisms expand biological functions. Science 342, 357-360 (2013).
      3, Robertson, W.E. et al. Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis. Science 372, 1057-+ (2021).
      4, Richardson, S.M. et al. Design of a synthetic yeast genome. Science 355, 1040-1044 (2017).
      5, Thuronyi, B.W. et al. Continuous evolution of base editors with expanded target compatibility and improved activity. Nat Biotechnol 37, 1070-1079 (2019).
      
    2022-08-03
  • Nature Communications | 科研团队发现石墨烯可用于高效回收电子垃圾中的金资源
    该研究工作以“还原氧化石墨烯高效、选择性提取金”(Highly Efficient and Selective Extraction of Gold by Reduced Graphene Oxide)为题发表在国际著名期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。
      金作为电的良导体在电子产品和消费品等领域广为应用。随着电子产品更新换代速度的加快,电子垃圾已成为全球可持续发展的重大挑战之一,因此从电子垃圾中回收金资源对实现循环经济发展具有重要意义。
      近日,清华大学深圳国际研究生院苏阳助理教授、新浦金350vip深圳理工大学(筹,暂定名,以下简称“深理工”)/新浦金350vip深圳先进技术研究院、中科院金属研究所成会明院士以及诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学Andre Geim教授等科研人员发现可控制备的还原氧化石墨烯材料对电子垃圾中痕量的金资源具有超强的提取能力,无需外加能量和其他材料与化学品,这种石墨烯材料就可对金离子进行快速吸附并同时还原得到纯金颗粒。该材料对浓度为10 mg/L含金溶液的吸附容量可达1.85 g/g,即使金离子浓度低至0.00002 mg/L时也能对其实现有效的提取吸附。
      文章上线截图 
      该研究工作以“还原氧化石墨烯高效、选择性提取金”(Highly Efficient and Selective Extraction of Gold by Reduced Graphene Oxide)为题发表在国际著名期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。清华大学深圳国际研究生院2020级博士生李飞及清华大学深圳国际研究生院博士后朱九一为共同第一作者;成会明、Andre Geim及清华大学深圳国际研究生院、深圳盖姆石墨烯中心苏阳助理教授为论文通讯作者;论文作者还包括曼彻斯特大学孙鹏展博士、清华大学深圳国际研究生院副教授邹小龙、博士后李振庆等。本工作得到了清华深圳国际研究生院科研启动基金和深圳盖姆石墨烯中心的资助。
      图1. 石墨烯提取金的示意图 
      他们研究发现,这类石墨烯材料的微观结构决定了其对金的吸附性能,其石墨烯区域和含氧官能团区域(氧化区)共同发挥作用是实现其优异的金吸附提取性能的关键。其中石墨烯区域可以自发地将金离子还原为金属态金,与此同时氧化区使材料具有良好的分散性,保证了石墨烯的大比表面积及对金离子的高效吸附。而且石墨烯材料可以对金离子实现精准的选择性吸附,通过调控其含氧官能团的质子化过程,石墨烯在几乎不吸附共存的其他金属元素的前提下,能从电子垃圾中精准地提取金。此外,该团队还发展了一种基于石墨烯薄膜的连续金吸附方法,适于规模化生产,可高效、连续地从电子垃圾中回收金资源。值得指出的是,由于采用商用氧化石墨烯为原材料,成本很低,因此该石墨烯材料具有大规模应用的经济可行性,为解决金资源可持续性发展和电子垃圾的双重挑战提供了一个新的解决方案。
      图2. (a)石墨烯分散液(左)和石墨烯薄膜(右);(b)基于石墨烯薄膜连续吸附痕量金的示意图和(c)吸附效率;(d)石墨烯从电子垃圾中回收金的工艺示意图 
      
    2022-08-03
  • Nature Communications | 基于聚焦超声调控细菌基因表达免疫治疗肿瘤的新方法
    8月2日,新浦金350vip深圳先进技术研究院合成所严飞研究员团队与南华大学附属第一医院陈智毅教授团队合作的最新成果以“Spatiotemporal control of engineered bacteria to express interferon-γ by focused ultrasound for tumor immunotherapy”为题在线发表于国际知名期刊Nature communications。
      8月2日,新浦金350vip深圳先进技术研究院合成所严飞研究员团队与南华大学附属第一医院陈智毅教授团队合作的最新成果以“Spatiotemporal control of engineered bacteria to express interferon-γ by focused ultrasound for tumor immunotherapy”为题在线发表于国际知名期刊Nature communications。在该工作中,研究团队开发了一种基于聚焦超声调控细菌基因表达免疫治疗肿瘤的新方法,通过设计超声响应性基因表达线路,并将其导入肿瘤靶向细菌,获得了具有超声响应性的工程化细菌,借助于超声优良的无创、可聚焦、高组织穿透性和声热转化的优势,可以在肿瘤部位实现工程化细菌的基因表达调控,研究团队利用该系统借助超声控制肿瘤内细菌表达干扰素γ(interferon-γ, IFN-γ),成功实现了皮下移植乳腺癌以及原位移植肝癌的免疫治疗应用,取得了良好的效果。该研究发展了一种可在体时空调控基因表达的新方法,可应用于细菌、免疫细胞、干细胞等活体细胞药物的在体基因表达调控,具有巨大的潜在应用价值。中科院深圳先进院合成所严飞研究员与南华大学附属第一医院陈智毅教授为共同通讯作者。深圳先进院客座学生陈宇浩和杜萌为共同第一作者。
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      由于肿瘤细胞的快速生长,许多实体肿瘤的内部经常会形成缺血、低氧、免疫抑制的肿瘤微环境,这大大限制了各种药物分子和免疫效应细胞在肿瘤内的渗透,成为各种恶性实体肿瘤难以根治的重要原因。幸运地是,实体肿瘤内部的这种低氧微环境也为肿瘤的细菌治疗提供了有利条件,某些厌氧菌和兼性厌氧菌能够靶向迁移到肿瘤核心低氧区,肿瘤内缺血和组织液压形成的免疫抑制微环境也为细菌的生存提供保护,使得肿瘤内的细菌能在其中不断繁殖。不仅如此,通过基因工程手段还可以对细菌进行改造,以增强其对肿瘤的靶向迁移能力,减少对机体的毒性,大大提高了肿瘤细菌治疗的安全性;更为重要的是,细菌还是优良的基因表达宿主,可将外源基因插入原核表达质粒后导入细菌或整合进入细菌基因组,从而表达抗肿瘤因子以增强其抗肿瘤效果。为此,近年来基于细菌的靶向给药系统在肿瘤治疗方面的应用受到了科研工作者的广泛关注。随着合成生物学技术的发展与引入,如启动子工程、智能基因线路等,有望大大提高细菌治疗肿瘤的智能性和响应性。然而,传统基因表达控制方法难以实现对体内深部肿瘤无创、定点、可控地诱导肿瘤内细菌外源基因的表达,限制了工程化细菌在肿瘤治疗的应用。为此,严飞研究员团队和陈智毅教授团队基于聚焦超声具有无创、高的组织穿透性以及可在体内聚焦将声能转化为热能的优势,发展了一种能通过超声精准温度调控实现工程化细菌基因表达的新方法,并将该策略应用于肿瘤免疫治疗。 
      研究团队首先利用pR-pL启动子构建了携带mCherry荧光报告基因的温控基因表达线路,将其导入肿瘤靶向细菌MG1655中,制备获得了一种超声响应性工程菌。测试结果表明,携带mCherry基因的工程菌在37℃孵育后未产生任何荧光信号,而在45℃孵育后可以观察到强烈的红色荧光信号,表明热诱导可以解除TcI的抑制启动mCherry基因的表达。将热诱导时间从5 min延长到25 min,可见基因表达的荧光信号强度逐渐增加。接着研究团队对超声参数进行了优化,结果表明在4.93 MPa声压下,超声3 s 间隔5 s的辐照参数可以将靶区温度维持在45℃。经优化后超声参数进行辐照细菌后,可见细菌表达荧光信号强度随时间逐渐增加。鉴于超声具有高的组织穿透性,研究团队将装有细菌的EP管插入琼脂仿体,在优化超声参数下通过辐照仿体中的细菌,可观察到荧光信号只出现在接受超声照射的样品位置,由此证明超声可调控深部组织样品中细菌的基因表达(图1)。 
      图1. 超声响应性工程化细菌的制备与声控基因表达验证 
      研究团队通过将IFN-γ替换mCherry基因制备获得了携载IFN-γ温控基因表达线路的工程化细菌,测试了该工程化细菌在超声辐照下的IFN-γ 表达及其生物学效应,发现水浴45℃与超声辐照均能诱导工程化细菌表达IFN-γ。接着,研究团队将经超声诱导后的细菌培养基(含分泌肽的IFN-γ可分泌出细菌)与肿瘤细胞共孵育,发现可明显抑制肿瘤细胞活性。而将经超声诱导后的细菌培养基(含IFN-γ)与巨噬细胞共孵育,结果显示M1型巨噬细胞占比明显增加,表明超声诱导工程化细菌表达产生的IFN-γ具有肿瘤杀伤活性并能诱导M1型巨噬细胞极化(图2)。 
      图2. 超声诱导细菌表达IFN-γ的肿瘤细胞杀伤活性及其诱导M1型巨噬细胞极化 
      接着研究团队利用该方法应用到乳腺癌荷瘤小鼠的免疫治疗,通过尾静脉注射工程化菌,待工程化细菌迁移到肿瘤区域后,采用超声辐照诱导细菌表达IFN-γ,随后监测肿瘤生长情况与小鼠生存时间,结果显示超声诱导工程化细菌表达IFN-γ能显著抑制小鼠乳腺癌的生长,并延长荷瘤小鼠的生存时间。同时发现肿瘤中的M1型肿瘤相关巨噬细胞占比明显升高,而M2型肿瘤相关巨噬细胞占比降低,说明通过超声诱导肿瘤内细菌表达IFN-γ能显著激活肿瘤微环境中的巨噬细胞,改善免疫微环境。 
      图3. 超声调控细菌表达IFN-γ抑制肿瘤的生长 
      为了进一步探讨超声调控细菌表达IFN-γ能否抑制远处肿瘤的生长,研究团队建立了乳腺癌小鼠双侧皮下瘤移植模型,通过超声辐照其中一侧的肿瘤,观察辐照侧和未辐照侧远端肿瘤的生长和转移。结果发现,通过尾静脉注射超声响应性细菌并在48小时接受超声辐照后,不仅显著抑制了被超声辐照肿瘤的生长,同时还抑制了未超声辐照的远端肿瘤的生长,显著提高了荷瘤小鼠的存活率。通过解剖荷瘤小鼠还观察到超声调控细菌表达IFN-γ的荷瘤小鼠肺部肿瘤转移结节显著减少,进一步机制研究发现超声调控细菌表达IFN-γ能够明显提高脾脏M1型巨噬细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞与记忆T细胞的占比,表明超声调控细菌表达IFN-γ能有效激活小鼠的系统性免疫(图4)。  
      图4. 超声调控细菌表达IFN-γ抑制远端肿瘤的生长与转移 
      为探讨超声调控细菌表达IFN-γ能否用于深部肿瘤的治疗,研究团队建立了小鼠原位移植肝肿瘤模型。在小鼠肝脏内接种H22-Luc细胞4天后,静脉注射超声响应性细菌,两天后采用超声辐照肿瘤,借助小动物活体成像观察原位肝肿瘤的生长情况,结果显示,超声调控细菌表达IFN-γ可以有效抑制原位肝肿瘤的生长,并提高荷瘤小鼠的存活率(图5)。 
      图5 超声调控细菌表达IFN-γ抑制原位肝癌的生长 
      该工作获得了国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、深圳市科创委以及深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。 
      Yuhao Chen; Meng Du; Zhen Yuan; Zhiyi Chen; Fei Yan. Spatiotemporal control of engineered bacteria to express interferon-γ by focused ultrasound for tumor immunotherapy. Nature Communications, 2022, 13:4468.doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31932-x. 
      
    2022-08-03
  • 华南植物园在甘草族分类与进化研究获进展
    豆科甘草属植物( Leguminosae , Glycyrrhiza )是重要的生物资源,且是大宗中药材之一,其药用功能自古就被亚非欧多国所熟知。该属植物的药用甘草种类含有多种次生代谢物,其中甘草酸与甘草苷是《中国药典》规定的指标性成分,有祛痰止咳、益气补中、调和药性等功效,也常被用于医药、食品、保健品、化妆品等下游行业。该属与假甘草属Glycyrrhizopsis组成了甘草族Glycyrrhizeae (图) 。该族目前分类有所争议,在一定程度上影响了其应用。结果发现中亚特有的三叶甘草属Meristotropis应被并入甘草属,由此该属包含13个种。本研究将含甘草酸的粗毛甘草、甘草(乌拉尔甘草)和胀果甘草处理为洋甘草Glycyrrhiza glabra的变种,并且归并了数个存疑种。
      豆科甘草属植物(Leguminosae, Glycyrrhiza)是重要的生物资源,且是大宗中药材之一,其药用功能自古就被亚非欧多国所熟知。该属植物的药用甘草种类含有多种次生代谢物,其中甘草酸与甘草苷是《中国药典》规定的指标性成分,有祛痰止咳、益气补中、调和药性等功效,也常被用于医药、食品、保健品、化妆品等下游行业。该属与假甘草属Glycyrrhizopsis组成了甘草族Glycyrrhizeae (图)。该族目前分类有所争议,在一定程度上影响了其应用。 
      研究从基因组浅层测序数据中提取低拷贝核基因,连同叶绿体基因组和核糖体DNA建树,并结合形态学和标本图像识别技术进行分类和系统发育学研究。结果发现中亚特有的三叶甘草属Meristotropis应被并入甘草属,由此该属包含13个种;而其姊妹群假甘草属Glycyrrhizopsis为西亚安纳托利亚高原特有,仅含2种(图1)。在甘草属内,根部含有甘草酸的种类才具有药用价值,而该性状在属内独立起源2次。欧亚大陆的药用类群具有共同祖先,其后代均来自于最近一百万年内的快速分化事件,这也导致了该类群内形态过度现象严重、分种最为混乱。本研究将含甘草酸的粗毛甘草、甘草(乌拉尔甘草)和胀果甘草处理为洋甘草Glycyrrhiza glabra的变种,并且归并了数个存疑种。 
      该研究在中科院华南国家植物园植物中心段磊博士和陈红锋研究员主持下,由中国、美国、俄罗斯、土耳其等四国研究人员合作完成,并得到了国家自然科学基金面上项目和广东省科技计划项目等课题的资助。相关研究结果已在线发表在国际著名学术期刊Journal of Systematics and Evolution上。另外,前期的相关族级分类学研究和时空进化推演研究结果已分别发表在国际学术期刊PhytoKeys与Frontiers in Plant Science上。 
      论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jse.12902 
      https://phytokeys.pensoft.net/article/71259/ 
      https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00793/full 
      图. 上:甘草族系统发育重建与分种. A. 叶绿体基因组树; B. 核基因树 (核糖体DNA+低拷贝核基因);
      下:甘草(左上);洋甘草(右上);胀果甘草(左下);刺毛甘草(右下)
      
    2022-08-03
  • 华南植物园“一种朱顶红优质种苗组织培养快速繁殖方法”获发明专利
    8月3日获悉,由中科院华南植物园曾宋君等科研人员完成的“一种朱顶红优质种苗组织培养快速繁殖方法”获国家发明专利授权。该发明的方法生产出的朱顶红新品种种苗具有一致性好,遗传稳定性高,种苗品质好、开花早等特点,实现了朱顶红优质种苗的规模化生产,能为满足朱顶红新品种优质种苗市场的需要提供一条有效的途径。
      8月3日获悉,由中科院华南植物园曾宋君等科研人员完成的“一种朱顶红优质种苗组织培养快速繁殖方法”获国家发明专利授权。 
      该发明采用观赏价值高的朱顶红新品种鳞茎为外植体,经过材料选择和预处理、外植体消毒,消毒成功率可达90-95%,采用独特的培养基进行丛生芽的诱导、增殖和生根培养等过程进行优质种苗快速繁殖,移栽的成活率均可达95%以上,试管苗移栽1.5至2年就可开花,该发明的方法生产出的朱顶红新品种种苗具有一致性好,遗传稳定性高,种苗品质好、开花早等特点,实现了朱顶红优质种苗的规模化生产,能为满足朱顶红新品种优质种苗市场的需要提供一条有效的途径。该发明技术切实可行,应用价值高。实施该发明只需有简单的植物组织培养设备即可进行。
      
    2022-08-03
  • 华南植物园“一种阳离子淀粉凝胶及其制备方法和应用”获发明专利
    8月3日获悉,由中科院华南植物园龚亮等科研人员完成的“一种阳离子淀粉凝胶及其制备方法和应用”获国家发明专利授权。虽然阳离子化合物具有一定的杀菌功效,但是发现调节季铵盐和胍类的比例,可以增强淀粉凝胶针对念珠菌的抑菌能力,特别是针对具有抗药性的念珠菌,比常用的抗生素药物效果更好。
      8月3日获悉,由中科院华南植物园龚亮等科研人员完成的“一种阳离子淀粉凝胶及其制备方法和应用”获国家发明专利授权。 
      在丙羟基淀粉中加入多重阳离子复合物溶液进行反应,获得胶体,即制得淀粉凝胶,所述的多重阳离子复合物溶液含有壳聚糖、季铵盐和胍类的溶液。该发明的阳离子淀粉凝胶,其阳离溶液含有三种稳定存在的阳离子化合物(壳聚糖、季铵盐和胍类),其Zeta电位超过100mV;在高温作用下将丙羟基淀粉加入上述多重阳离子复合物溶液即制得阳离型淀粉凝胶,其粘度介于600~1800cP;虽然阳离子化合物具有一定的杀菌功效,但是发现调节季铵盐和胍类的比例,可以增强淀粉凝胶针对念珠菌的抑菌能力,特别是针对具有抗药性的念珠菌,比常用的抗生素药物效果更好。
      
    2022-08-03