新型冠状病毒肺炎，世界卫生组织命名为“2019冠状病毒病”（corona virus disease 2019, COVID-19），是一种由2019新型冠状病毒（2019nCov）感染导致的肺炎。目前新冠肺炎在全球广泛流行，且疫情尚未得到全部控制。由于新型冠状病毒表面的刺突蛋白（spike protein，S）介导病毒与细胞膜受体结合并参与入胞过程，S蛋白在病毒的传播过程中发挥着重要作用。针对S蛋白的研究不仅可以解析病毒相关蛋白质结构与功能，阐释其入胞机制，同时也为新冠肺炎的预防、诊断与治疗提供相关信息，有着重要的应用价值。S蛋白与特异性受体——血管紧张素酶II（angiotensin converting enzyme II, ACE2）结合，相较于SARS病毒，新型冠状病毒S蛋白的RBD区域（receptor binding domain）与ACE2亲和力更高，但其S蛋白与ACE2结合能力整体上弱于SARS病毒。S蛋白结合ACE2受体
介导的新型冠状病毒入胞机制包括胞吞和非胞吞途径。丝氨酸蛋白酶2（transmembrane protease serine 2, TMPRSS2）、溶酶体组织蛋白酶（lysosomal cathepsin）和Furin蛋白酶可切割S蛋白S1和S2亚基间的酶切位点，促进病毒和靶膜的融合。基于S蛋白的结构，本文从抗体的结合位点、来源与类型等方面对靶向新型冠状病毒S蛋白的抗体进行了比较分析，对相关药物作用机制与进展进行了综述。虽然靶向冠状病毒S蛋白的抗体和药物特异性高，治疗效果较好，但部分试剂的作用机制、安全性、适用性和稳定性等性质仍未研究透彻，需要严格评估，因此其研发与应用也存在着一定挑战。
新型冠状病毒肺炎（2019 novel coronavirus disease, COVID-19），一种由动物来源的新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SRAS-CoV-2）感染所致的疾病在全球范围内急速传播，严重的危害人类的健康。快速、准确的诊断，安全有效的治疗方案及疫苗的研发对控制新冠病毒的传播具有重要的意义。为控制新冠病毒的传播，全世界的科学家和研究者投入了极大的精力去开发、研制快速准确的诊断试剂，治疗方案和疫苗，并取得了较大的进展。目前，基于各种检测平台的诊断试剂已在临床实验室应用，多种治疗方案已应用于临床治疗并取得不错的治疗效果。快速准确的样本采集和实验室检测是COVID-19临床治疗及有效控制病毒传染的两大重要支撑。虽然在多种类型的样本中均检测出了新冠病毒，但上呼吸道和下呼吸道样本尤其是鼻咽拭子依旧是目前检测最多的样本类型。随着疫情的发展，大量的基于核酸扩增的分子检测试剂和基于抗原或抗体的快速检测试剂已被研发并商业化获批。目前，实时荧光定量PCR检测依旧是新冠病毒检测最常用的和被认为是“金标准”的方法。虽然较多标签外用药药物和同情治疗方案取得了一定的临床疗效或改善，但目前针对新型冠状病毒肺炎尚无有效的治疗方案。目前在研究中针对新冠病毒的疫苗主要有：灭活或减毒病毒疫苗、基于蛋白质的疫苗、载体疫苗及DNA和RNA疫苗等。在全球，已有47个疫苗进入临床评估阶段，其中，10个疫苗处于临床Ⅲ期试验。本文简要介绍了目前新冠病毒肺炎的实验室诊断、治疗方案及疫苗研制所取得的进展。
癌症作为一种威胁人类健康的疾病，其病因极其复杂，人类至今尚无法完全治愈。在肿瘤治疗方法的探索中，研究者发现某些细菌可以有效靶向肿瘤细胞并抑制其生长。相比于传统的肿瘤治疗方法，细菌具备特异性定植于肿瘤微环境的能力，极大地避免了癌症治疗中对于正常组织的伤害，提高了治疗的靶向性和安全性。另一方面，合成生物学工具的发展使研究人员可依据肿瘤特征对细菌的性状进行“设计”，进而提高细菌的靶向能力和肿瘤杀伤能力以及细菌治疗的安全性。近年来，针对人益生菌E. coli Nissle 1917进行细菌靶向治疗肿瘤的研究越来越多。通过合成生物学理念在E. coli Nissle 1917中添加基因电路，使其具备更强的感应与靶向和杀伤肿瘤的能力，更加“智能化”地应用于癌症的治疗中。本文主要综述利用细菌治疗癌症的发展，介绍利用合成生物学改造E. coli Nissle 1917的方法，探讨基因改造活细菌的靶向性、高效性与安全性，并展望以合成生物学为指导的细菌治疗癌症的未来发展方向。
自从2004年可变淋巴细胞受体（variable lymphocyte receptor, VLR）在七鳃鳗中首次发现以来，因VLR能识别多种抗原、具有简单的分子结构、物理化学性质稳定、对蛋白质以及聚糖的高亲和力和强特异性等多方面优点，学术界对于VLR的研究和改造十分火热。近年来，随着研究的不断深入，由VLR构建的重组分子广泛用于各领域的基础研究和应用研究。本文对近年来VLR面向下游的最新应用研究进行综述。在肿瘤研究中，VLR可特异性地精准识别碳水化合物，并能够区分只有1个官能团不同的多糖，可作为灵敏抗多糖试剂，用于识别肿瘤细胞上独特的糖复合物，为肿瘤的靶向治疗提供新的策略；VLR也可与其他经典的治疗方法进行结合。例如，将嵌合抗原受体进行改造，经过改造后可表达一种合成受体。这种合成受体可将T细胞的细胞靶向杀伤作用重新定位到所选择的靶点；VLR经重组改造后，也可用于改良分离纯化试剂或在水生生物疾病上发挥作用。这些新开发的VLR的作用有可能作为新型的识别、诊断和治疗试剂。本文将从VLR多样性产生的机制、VLR与糖生物学和生物医药研究上的关系、VLR用于改良分离纯化试剂的作用、VLR在水生生物疾病研究等方面进行阐述，以期为VLR用于疾病药物研发等相关应用提供参考。
线粒体是真核细胞内参与能量生成和物质代谢的重要细胞器，拥有自身的基因组DNA。线粒体基因的表达调控对线粒体功能的维持至关重要。根据分子生物学中心法则，遗传信息是从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质。线粒体DNA（mtDNA）编码13个信使RNA（mRNA）、2个核糖体RNA（rRNA）和22个转运RNA（tRNA）。在转录过程中，合成的各种前体RNA通常还要经历后续的改变才能转变为有活性的成熟RNA分子，这被称为“转录后的加工和修饰”。本文主要综述哺乳动物线粒体基因组编码的3种RNA转录后加工过程及修饰的方式，总结和归纳线粒体RNA修饰位点与相应的修饰酶之间的关系，并进一步探讨哺乳动物线粒体RNA转录后修饰与线粒体疾病发生发展的关联，为人类线粒体相关疾病的诊疗研究提供新的思路。
鸟苷三磷酸环化水解酶 (GTP cyclohydrolase，Gch)是具有GTP-cyclohydro结构域的蛋白酶，广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物中。哺乳动物和鸟类中只具有Gch1，硬骨鱼类和两栖动物中Gch1存在旁系同源的Gch2和Gch3，且功能存在差异。Gch是以鸟苷三磷酸为底物，最终形成四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)的限速酶，而BH4是芳香族氨基酸羟化酶必须的辅助因子，参与多种激素和神经递质的合成。Gch是催化各种蝶呤生物合成的起始步骤，例如皮肤色素、眼色素、甲氨蝶呤、叶黄酸和BH4等，在体内一系列生理病理过程中发挥重要作用。Gch的生理功能与BH4的生物合成有着不可分割的联系，作为BH4生物合成的唯一限速酶，其活性可作为神经元和色素细胞的发育指示物，也是研究色素形成和神经递质生物合成的重要标志。目前,Gch在肿瘤和心血管等疾病的发病机制方面已获得广泛关注和解析，而色素合成和体色调控的作用研究多集中在昆虫方面，在硬骨鱼类中较少。因此，本文将重点对Gch基因、蛋白质、功能以及在鱼类体色方面中的作用进行总结归纳，对深入分析Gch在鱼类体色形成中的作用及后期鱼类体色改良具有重要的指导意义。
4-1BB和4-1BB配体(4-1BBL)，又被称为CD137和CD137配体，分别属于肿瘤坏死因子(TNF)受体和配体家族的成员。4-1BBL 与4-1BB相互作用可以激活T细胞免疫应答。因此，4-1BBL一直在抗肿瘤免疫应答中发挥经典的免疫共刺激分子作用。近期研究发现，4-1BBL在肿瘤细胞中另有其他的生物学功能，但4-1BBL在胃癌进展过程中的功能尚不明确。本文探讨了4-1BBL在人胃癌细胞中的生物学功能和分子作用机制。首先，通过检索TCGA和Kaplan Meier plotter数据库发现，4-1BBL在胃癌组织中的表达显著高于癌旁组织（P<0.001），且4-1BBL的高表达与胃癌的不良预后正相关（P<0.05）。细胞生物学的结果显示，敲除4-1BBL明显抑制胃癌细胞的增殖（P<0.05）、侵袭和迁移（P<0.05），促进胃癌细胞的凋亡（P<0.05）；另外，蛋白质免疫印迹结果表明，敲除4-1BBL可使β-联蛋白、c-Myc和细胞周期蛋白D1(cyclin D1)的蛋白质表达水平下降，抑制Wnt/β-catenin信号通路。相反，过表达4-1BBL则显著促进胃癌细胞增殖（P<0.05）、侵袭和迁移（P<0.05），减少胃癌细胞的凋亡（P<0.05）；且过表达4-1BBL促进β-联蛋白(β-catenin)、c-Myc和细胞周期蛋白D1的蛋白质表达，激活Wnt/β-catenin信号通路。综上所述，4-1BBL可通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进人胃癌细胞的增殖和迁移。
剪接因子异质核糖核蛋白A2/B1（HNRNPA2B1）与人类及小鼠的寿命相关，并在多个癌症的病程进展中发挥重要的作用。然而，HNRNPA2B1能否在细胞衰老这一与个体衰老和抑制癌症密切相关的生物学过程中发挥作用尚不清楚。本研究发现，HNRNPA2B1在多个癌症体系中呈显著上调表达趋势，而在多个细胞衰老体系中则呈显著下调表达趋势，暗示HNRNPA2B1对细胞衰老和癌症具有潜在调控作用。研究结果显示，在多种癌细胞中稳定敲低HNRNPA2B1均可诱导系列细胞衰老相关表型。分子水平的研究表明，HNRNPA2B1的低表达可导致超过1 000个基因发生显著的可变剪接变化，其中包含与细胞衰老有因果关系的基因。进一步研究发现，转录因子E2F1可调节HNRNPA2B1的表达变化。综上，E2F1HNRNPA2B1是在癌症发展和细胞衰老中均发挥重要作用的一个通路，通过对该通路的调控，可望从诱导癌细胞衰老的角度为相关癌症的研究及治疗提供新的视角。
鲨烯是甾醇和其他三萜类化合物的关键代谢中间体，其生物合成由鲨烯合酶（squalene synthase，SQS）催化，该酶将2分子法呢基焦磷酸转化为鲨烯。浙贝母异甾体生物碱的生物合成途径与三萜类化合物类似。在本研究中，基于cDNA末端的快速扩增（RACE）技术克隆了浙贝母鲨烯合酶 (FtSQS）基因的全长cDNA，GenBank登录号为KF551097.2。通过生物信息学方法对FtSQS进行详细表征，包括保守区检测、序列同源分析、二级和三级结构预测及系统发育树分析。结果表明，其开放阅读框（ORF）为1 230 bp，编码409个氨基酸，FtSQS氨基酸序列与印度甘松、截形苜蓿、紫衫、马铃薯、柴胡、金铁锁和拟南芥的SQS氨基酸同源性分别达到73.84%、73.23%、72.24%、70.66%、70.66%、69.44%和68.14%。启动子分析表明，FtSQS的5′上游区域具有与生理和环境因素相关的各种潜在因素。为了获得可溶性FtSQS表达，从羧基末端截断24个疏水氨基酸，构建了原核表达载体pGEX-2T-FtSQSΔTM，并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。SDS-PAGE检测到约66 kD的重组FtSQSΔTM蛋白。体外酶促反应证明，FtSQS可以催化FPP转化成鲨烯。qRT-PCR分析FtSQS mRNA在叶中的表达量最高，茎、根次之，而在鳞茎中表达水平最低。这提示，叶子是浙贝母碱生物合成的主要活性器官。FtSQS的鉴定及功能研究为浙贝母次生代谢产物的研究提供了重要依据。
血红蛋白（hemoglobin, Hb）作为血液循环系统中氧气运输的主要载体，在动物高原低氧适应中发挥关键作用。本文结合基因组、转录物组、分子进化、同源建模和分子动力学计算等分析，探索了高原土著鸟类地山雀血氧亲和力升高的分子机制。结果表明，与大山雀相比（RPKM为0），地山雀胚胎特异表达ρ基因在成体肝中被较高表达（RPKM为32.22），这可能最终使其血液中额外增加2种高氧亲和力的ρ型Hb，(αDρ)2和(αAρ)2；地山雀βA25G-A和βA55L-I两个突变，增加了B和D螺旋的范德华力，导致整个βA亚基变得更紧凑，引起αβ二聚体间氢键数量的明显减少，使T态到R态的转变过程易发；βA 43A-S和βA 44S-N两个突变改变了血红素口袋开口处的构象和极性，使得溶液更容易进出血红素口袋，有利于气体交换；βA90E-K突变受到强烈的正选择，该突变使βA型血红蛋白碱性增强，从而抵消波尔效应引起的血红蛋白氧亲和力降低。此外，地山雀αA44P-S和βA43A-S两个突变，可能使αA和βA型血红蛋白亲水性增加，有利于血红蛋白在红细胞内累积到较高的浓度。综上，胚胎型Hb基因的诱导表达、遗传基础改变引起的αA和βA型血红蛋白固有氧亲力及物理化学性质的变化，可能是地山雀血氧亲和力升高的主要因素。
细颗粒物(PM2.5)是空气动力学直径 ≤ 2.5 μm的颗粒物，能诱发多种疾病。已有大量的流行病学调查证实，PM2.5能够损伤生殖系统，但其致病机制不明确，相关的研究也非常有限。为研究PM2.5短期暴露对大鼠子宫的损伤，以及姜黄素（curcumin, CRC）对其保护作用，本研究将50只雌性SD大鼠随机分为生理盐水对照组、PM2.5暴露组、低剂量姜黄素组（PM2.5+CRC-L）、高剂量姜黄素组（PM2.5+CRC-H）和维生素E干预组（PM2.5+VE），连续暴露30 d。经PM2.5短期暴露，暴露组雌鼠子宫内膜上皮细胞萎缩，组织结构模糊，内膜腺体细胞和基质细胞排列混乱。给予姜黄素和VE后，子宫内膜损伤明显降低。TUNEL检测凋亡结果显示，PM2.5暴露组子宫组织细胞凋亡率 (48.81±8.27)%明显高于对照组凋亡率（P<0.05）。与PM2.5暴露组相比，姜黄素能降低PM2.5诱发的子宫细胞凋亡，且PM2.5+CRC-H组细胞凋亡率(20.79±3.63)%明显低于暴露组（P<0.05）。与对照组相比，PM2.5暴露组子宫组织活性氧（ROS）含量明显升高（P<0.05），总抗氧化能力（T-AOC）含量明显降低（P<0.05）；给予姜黄素和VE，能不同程度地缓解子宫氧化应激反应。Western印迹结果显示，与PM2.5暴露组相比，姜黄素和VE能够明显抑制因PM2.5暴露诱导的凋亡信号调节激酶1(ASK1)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38 蛋白激酶(p38)磷酸化，以及胱天蛋白酶-3（caspase-3）的活化 (P<0.05)。由此可见，姜黄素能够明显减轻PM2.5短期暴露诱发的子宫损伤，这可能与其抑制ASK1介导的JNK-p38-caspase-3细胞凋亡信号通路有关。
大量证据表明microRNA（miRNA）通过靶向调控靶基因的表达从而在肿瘤侵袭与转移中发挥重要作用。然而关于microRNA-216b-5p (miR-216b-5p )通过靶向嗜乳脂蛋白第3亚家族膜蛋白A2（butyrophilin subfamily 3 member A2，BTN3A2）促进胶质瘤侵袭与转移的机制尚不明确。本研究通过GSE15824与GSE4290差异表达分析筛选出同时在2个芯片中表达上调的BTN3A2（P＜0.05）。生存曲线结果显示，高表达BTN3A2病人总生存期明显下降（P＜0.001）。表达量分析结果显示，BTN3A2表达随WHO分级升高而升高（P＜0.05），同时1p/19q未联合缺失与IDH突变型病人BTN3A2表达升高（P＜0.001）。基因集富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA）结果显示，BTN3A2与众多癌症相关通路有关（P＜0.05）；Western印迹结果显示，BTN3A2在7例胶质瘤组织和胶质瘤细胞系U87、U251和LN-229中表达上调，过表达miR-216b-5p （miR-216b-5p mimics）后BTN3A2蛋白表达水平降低；Transwell结果显示，转染BTN3A2干扰质粒（si-BTN3A2）和miR-216b-5p mimics后可以抑制LN229细胞体外迁移与侵袭能力（P＜0.05）；在线预测网站证实，miR-216b-5p 为BTN3A2潜在靶基因；生存曲线结果显示，与低表达miR-216b-5p 病人相比，高表达病人生存率明显上调（P=0.025）；荧光定量RTPCR结果显示，miR-216b-5p 在胶质瘤U87、U251和LN-229细胞中表达下降（P＜0.05）；双荧光素酶结果显示，BTN3A2存在与miR-216b-5p 的结合靶点(P<005)；综上所述，BTN3A2可能通过结合miR-216b-5p 促进胶质瘤细胞LN229的迁移以及侵袭。
细菌非编码RNA(ncRNAs)是细菌生长和感染过程中至关重要的转录调控因子，对致病菌快速响应环境变化，调整自身基因表达抵御环境胁迫尤为重要。本研究通过对新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218的高通量转录物组测序，发现新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218(NMEC)表达丰富的ncRNAs。经生物信息学分析，在新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218中，共发现45个潜在的ncRNAs。通过与非致病性大肠杆菌K-12基因组比对，发现新生儿脑膜炎大肠杆菌K1-RS218基因组有300个大于100 bp的特异性序列。结合分析获得的非编码RNA，发现共有9个ncRNAs是新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218特异的。随机选择Nsr21，用小鼠尾静脉注射模型验证其作用，发现与野生型RS218对照组相比，注射Δnsr21的小鼠血液中的含菌量显著增加（P<0.01）。说明缺失Nsr21后，更有利于新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218在小鼠血液内生存和繁殖。通过qRT-PCR检测Nsr21表达发现，与体外培养环境相比，小鼠血液环境中Nsr21的表达显著下调（P<0.001）。说明新生儿脑膜炎大肠杆菌K1-RS218，是通过下调Nsr21的表达使其更有利于在血液中生存和繁殖。本研究提示，新生儿脑膜炎大肠杆菌K1 RS218基因组中包含大量的ncRNA，这些ncRNA可能与调控NMEC致病性相关。NMEC在感染血液过程中，通过下调Nsr21的表达使NMEC在血液中的繁殖能力增加。
植物病毒病是制约作物生产的主要病害之一。及时明确其病毒病原和发展规律是有效控制其大规模传播的前提。而现有植物病毒病检测技术存在周期长、步骤繁琐、检测环境严苛等缺点。本研究以烟草花叶病毒 (Tobacco mosaic virus，TMV)为模型，基于碱基互补配对原则设计针对TMV的功能化磁珠（CMBs-ACPTMV）进行RNA提取，并对功能化磁珠的制备条件、提取反应条件以及灵敏性和稳定性等性能进行优化分析。结果表明，当添加4 μmol捕获探针（ACPTMV）、0.08 mg羧基磁珠（CMBs）时，所制备的CMBs-ACPTMV吸附RNA的能力最好；当提取时间为3 min时，CMBs-ACPTMV提取RNA的效果最好，而改变CMBs-ACPTMV的提取温度时其提取能力无明显变化；性能评价分析发现，CMBs-ACPTMV的灵敏度可达2.5 ng/μL，且检测稳定性较好。与常规RNA提取技术相比，CMBs-ACPTMV在检测时间和样品消耗量上具有突出优势。本研究所建立的功能化磁珠提取法快速、安全和简便，只需简易设备便可实现植物病毒RNA的快速提取，具有广阔的应用前景。
CRISPR/Cas9是新兴的基因编辑技术，在生命科学研究中发挥着重要的作用。将它引入本科生的实验教学，使本科生了解这项前沿科研技术很有意义。我们创建了一个基于CRISPR/ Cas9技术的本科教学实验体系。该实验体系侧重CRISPR/Cas9技术在哺乳动物细胞中的应用，选用一株基因组上被插入mCherry基因的小鼠胚胎成纤维细胞为实验材料，命名为STO-82。首先设计靶向mCherry的sgRNA，构建CRISPR-Cas9/sgRNA共表达质粒。经测序验证无误后，转染到STO-82细胞。采用流式细胞仪分析检测mCherry阴性和阳性两群细胞，分选出阴性单细胞并扩大培养。最后用测序检验单克隆细胞中靶标DNA序列的编辑情况。结果显示，靶位点有插入或缺失突变，说明体系创建成功。该实验体系将sgRNA设计、CRISPR-Cas9/sgRNA共表达质粒的构建、细胞转染、单细胞分选、单克隆细胞培养、测序序列分析等内容融合为一个综合实验，用于高年级本科生的实验教学。根据实际情况，将教学实践内容分解分块教学，也可以做完整性项目教学。本教学实践采用10人左右的小班分块教学，2人一组，经过3个班（共13组）的实践，绝大部分学生都能完成实验，得到预期结果。通过这个实验，学生加深了对CRISPR/Cas9技术的原理和实验流程的理解，锻炼了实验操作能力和严谨的科研思维，也使学生对该技术的医疗应用风险有了一些认识。
