水圈微生物组大数据平台:驱动数据密集型研究范式转型的体系化实践(1203-1211)
张国庆1*,刘 婉1,吴祉乐1,周成效2,李 强1,沈东婧2,赵国屏1
(1 生物医学大数据中心,中国科学院上海营养与健康研究所,上海 200031; 2 中国科学院上海生命科学信息中心,中国科学院上海营养与健康研究所,上海 200031)
摘 要:随着多组学技术的发展和生态系统研究需求的提升,微生物组研究正加速迈向数据密集型范式。水圈微生物组大数据平台作为“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划的技术平台,围绕数据标准制定、汇交机制构建、质量控制优化与知识挖掘实践,探索并推动了研究范式的体系化转型。本文系统梳理了平台在数据组织、元数据治理与智能分析等方面的实践路径,分析其在支撑跨生态系统整合分析、提升研究复用性与发现效率中的作用,评估其在支撑范式演进与未来扩展应用中的潜力,并凝练提出“有数据,立标准;易搜索,促共享;可计算,赋能力”的建设目标与“安全管理、信息共享,技术创新、标准增值,尊重产权、高效利用”的服务理念。
人工智能时代跨生境的微生物组研究:环境的约束与生命的记录(1212-1227)
赵维殳1*,凌鋆超2*,李化炳3*,毛冠男4*,周冰心5*
(1 上海交通大学生命科学技术学院,深部生命国际研究中心,上海 200240;2 生物医学大数据中心,中国科学院上海营养与健康研究所,上海 200032;3 中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与流域水安全全国重点实验室,南京 211135;4 兰州大学泛第三极环境中心,兰州 730000;5 上海交通大学自然科学研究院,上海国家应用数学中心(上海交大分中心),上海 200240)
摘 要:地球水圈生境( 如浅海、深海、湖泊、冰川等) 连接了地球的表层与深部,蕴藏着丰富且多样的微生物,其中部分水圈生境( 如深海、高原湖泊、冰川等) 还具有极端环境的理化因素,如剧烈变化的温度、压力、pH、盐度等,是研究微生物物种与代谢多样性、解析微生物分布和生态驱动,并反演其中记录的不同圈层的动力学过程( 如洋流、板块运动等) 的绝佳研究对象。随着近年来水圈生境微生物取样和分析技术的飞速发展,已经积累了大量水圈微生物环境基因组序列信息及其对应的环境理化参数,为全面解析水圈微生物特征及环境影响提供了有力支撑。本文全面综述了过去十年间国内外水圈生境微生物研究计划的进展、大数据获取与分析的变化趋势以及环境微生物理论的迭代,讨论了微生物物种对环境变化的记录及微生物代谢体现的环境约束,并展望了人工智能给解析跨生境的水圈微生物的适应演化机制带来的新机遇。
微生物光电能代谢新途径与能量转化新体系(1228-1239)
鲁安怀1*,孟令子1, 刘 娟2, 刘芳华3, 王 博4 ,曾翠平4,汤 佳3 ,陈旻辉3,钟 超2,刘 佳1,李 艳1,丁竑瑞1(1 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;2 北京大学环境科学与工程学院,北京 100871;3 广东省科学院生态环境与土壤研究所, 广州 510650;4 中国科学院深圳先进技术研究院, 深圳 518055)
摘 要:本文综述了微生物光电能代谢的新途径与能量转化的新体系。在总结陆地“矿物膜”光电效应的基础上,我们创新性地提出了“水圈透光层天然光催化系统”的概念,并深入探讨了水圈透光层中半导体矿物与微生物协同驱动元素循环的机制。研究深化了对微生物能量获取新途径的认知,揭示了低能量、寡营养水生生境中微生物代谢途径和能量获取、储存方式的多样性。此外,还探讨了微生物直接和间接摄取光电子的机制,以及光电子对胞内能量转换和合成代谢的影响。也讨论了提高光电能量转换效率的策略,并对未来研究方向提出了展望,强调了微生物光电能代谢在可再生能源开发和环境治理中的重要性。
电活性生物膜性能的提升策略(1240-1250)
叶 银1,2,周顺桂2,刘 星2*
(1 武夷学院生态与资源工程学院,武夷山 354300;2 福建农林大学资源与环境学院,福州 350002)
摘 要:生物电化学系统(bioelectrochemical system, BES) 是以电活性生物膜(electroactive biofilm, EAB) 为催化核心的前沿技术,在绿色清洁能源开发、污水处理、环境污染修复、生物传感、生物腐蚀防护及高值化学品生物合成等方面发挥着重要作用,已成为环境、能源领域的研究热点与前沿。然而,EAB 形成与生长过程中通常存在成膜困难、胞外电子传递效率低、代谢活性无法长期维持等问题,从而严重制约了BES的实际应用。本文基于EAB 全生长周期的四个阶段( 附着、聚集、生长、成熟),归纳了促进EAB 起始形成( 附着、聚集) 的策略,增强生长期EAB 与电极间电子传递效率的方法,维持成熟期EAB 代谢活性的途径;将为优化EAB 性能提供启示,有助于推动BES 的实际应用与可持续发展。
基于专利分析蛋白质结构预测领域发展态势(1251-1262)
梁亚茹1#,王平洋1#,鲁璟哲1#,邵旭倩1#,王 帆1#,姜 鑫1,李怡心1,李丽媛2*
(1 国家知识产权局专利局医药生物发明审查部,北京 100088;2 首都医科大学附属北京世纪坛医院,北京 100038)
摘 要:随着人工智能技术的不断发展,蛋白质结构预测领域研究取得了重大突破,在药物研发、生物能源、生物材料等众多领域展现出巨大的应用潜力。为了更好地了解全球蛋白质结构预测领域的研究现状,科学推动蛋白质结构预测产业高质量发展,本文基于专利数据,对全球范围内蛋白质结构预测领域的申请态势、区域布局、主要申请人、技术演进、产业发展机遇与挑战等方面进行分析,并重点比较了DeepMind、腾讯等全球主要研究机构的专利布局特点。结果表明,我国蛋白质结构预测领域的专利数量排在世界前列,但核心底层算法、高质量数据和跨学科高端人才与美国相比仍存在差距;新药研发是蛋白质结构预测技术布局应用研发的重点和热点,在合成生物学等其他领域仍有大量空白待填。针对这些问题,提出我国蛋白质结构预测领域的产业发展策略。
机械敏感性离子通道Piezo1在呼吸系统中的研究进展(1263-1269)
周紫欣1,俞晨杰2,徐峥嵘2,钱晓云1*(1 江苏大学鼓楼临床医学院耳鼻咽喉头颈外科,镇江 212000;2 南京大学医学院附属鼓楼医院耳鼻咽喉头颈外科,南京 210000)
摘 要:近年来,哺乳动物体内的一类机械敏感性离子通道——Piezo1,因其在体内各个组织脏器中广泛表达受到国内外的广泛关注与研究。特别是在哺乳动物的机械生物学中,它们被认为扮演至关重要的角色。现有研究表明,Piezo1 在呼吸系统中表达丰富。当机体进行气体交换时,Piezo1 能够敏锐地感知空气对呼吸道及肺周围组织的机械压力影响。Piezo1 离子通道通过感知变化的机械牵张力被激活,进一步调控细胞信号转导途径,从而影响呼吸道的生理及病理生理过程。本文旨在综述Piezo1 机械敏感性离子通道在呼吸系统领域的研究进展,期望能为深入理解呼吸系统疾病的发病机制以及探求新的临床治疗方法提供新思路。
靶向TNIK在肿瘤治疗中的研究进展(1270-1278)
张来顺1,2,许 磊2,3*,李 佳1,2,3,4,5*
(1 遵义医科大学,遵义 563006;2 中科中山药物创新研究院,中山 528400;3 中国科学院上海药物研究所,生命过程小分子调控全国重点实验室,上海 201203;4 国科大杭州高等研究院,杭州 310000;5 中科环渤海(烟台)药物高等研究院,烟台新药创制山东省实验室,烟台 264117)
摘 要:TNIK 是STE20 激酶家族成员,正日益受到学术界和药物研发领域的广泛关注。TNIK 与多种蛋白相互作用,参与多条癌症相关信号通路,进而影响细胞的增殖、迁移、分化和代谢,其异常表达与多种肿瘤的发生发展密切相关。因此,靶向TNIK 为治疗癌症提供了一种新的策略,截至目前已报道多项靶向TNIK 治疗癌症的研究。本综述主要对TNIK 的生物学信息、在癌症中的作用、相关抑制剂研究进展进行总结,并重点对TNIK 抑制剂的研发方向、应用前景进行了探讨。
小细胞外囊泡在肝脏疾病中的作用及应用前景(1279-1291)
钟琼慧,章 蕾*
(南昌大学第二附属医院,免疫与炎症江西省重点实验室,江西省检验医学重点实验室,南昌 330006)
摘 要:小细胞外囊泡(small extracellular vesicles, sEVs) 是细胞分泌的脂质双层囊泡,广泛存在于脊椎动物的体液中,携带多种生物活性分子( 如蛋白质、核酸和脂质),在细胞间通讯、免疫调节及疾病进展中发挥关键作用。肝脏是人体最大的代谢器官,其病变伴随着复杂的代谢重编程,而sEVs 通过传递功能性分子参与肝脏疾病的起始与进展。本文系统综述了sEVs 在病毒性肝炎、非酒精性脂肪性肝病、肝硬化及肝癌等多种肝脏疾病中的病理生理学机制,重点探讨了sEVs 作为新型生物标志物在疾病早期诊断中的潜在价值及其在靶向治疗策略开发中的应用前景。
hnRNPC在疾病中的功能机制研究进展(1292-1301)
高熙航1#,李晓莉1#,崔齐晓2#,叶 蕾1*,洪 盼1*
(1 滨州医学院中医学院,烟台 264000;2 滨州医学院第一临床医学院,烟台 264000)
摘 要:hnRNPC 是异质核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoproteins, hnRNPs) 家族中一类重要的RNA 结合蛋白(RNA binding proteins, RBPs),参与pre-mRNA 剪接、mRNA 稳定、翻译及定位等过程。hnRNPC在高等真核生物中广泛存在,其表达水平可能与疾病进展及预后密切相关。进一步研究发现,hnRNPC 主要通过m6A 途径稳定mRNA,调控肿瘤相关lncRNA 促进肿瘤进展,发挥其生物学功能。本文总结了hnRNPC 的结构、功能及其在疾病中发挥的作用,探讨了其临床意义,旨在为相关疾病的预防和治疗提供新靶点。
AMPK生物学功能及参与环境胁迫和胁迫记忆的研究进展(1302-1311)
杨天雅,王洪涛,赵永政,马文霞,马玉彬*(中国海洋大学海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室,青岛 266003)
摘 要:单磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK) 作为重要的能量传感器,在保持机体代谢平衡方面发挥着重要作用。AMPK 通过感知细胞能量状态并调控多种代谢途径,参与代谢调节、细胞自噬、凋亡和氧化应激等过程调控。本文总结了AMPK 蛋白的结构、活性调节、生物学功能及其参与环境胁迫和胁迫记忆的相关研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。
胰岛类器官治疗1型糖尿病:前沿探索与临床应用(1312-1321)
陈枕枕,宋小平,王雅洁,蔡晶晶*
(安徽第二医学院药学院,合肥 230000)
摘 要:胰岛类器官(pancreatic islet organoids, PIOs) 可以在体外由干细胞诱导分化获得,其在受到高浓度葡萄糖刺激时能够分泌胰岛素,因此被认为是治疗1 型糖尿病(type 1 diabetes mellitus, T1DM) 的可行方案。本文通过系统梳理PIOs 治疗T1DM 的前沿探索和临床应用,旨在为后续研究提供全面参考,推动该领域不断发展,加速PIOs 治疗T1DM 的临床应用转化,以期为患者带来更有效的治疗选择,改善其生活质量和预后。
P2X3受体在慢性咳嗽治疗中的作用与药物研发进展(1322-1330)
崔 斌,于 烨*
(中国药科大学基础医学与临床药学学院,南京 211198)
摘 要:P2X3 受体是ATP 介导的配体门控非选择性阳离子通道,广泛分布于三叉神经(trigeminal nerve, TN) 与背根神经节(dorsal root ganglia, DRG) 等感觉神经元,并在咳嗽反射调控中发挥关键作用。近年来,P2X3 受体作为难治性慢性咳嗽(refractory chronic cough, RCC) 或不明原因的慢性咳嗽(unexplained chronic cough, UCC) 的重要靶点引起了广泛关注。多款P2X3 受体相关镇咳剂已被研发并进入临床试验,其中Gefapixant 已在日本和欧洲上市。本文综述P2X3 受体的结构与功能、相关镇咳药物的最新进展及其门控调节机制,以期为新型安全高效镇咳药物的研发提供参考。
肝类器官的应用研究进展(1331-1338)
纪留芸1#,丁岩汀1,2#,何志远1,徐祎春1,2*,韩峻松1*
(1 上海生物芯片有限公司,生物芯片上海国家工程研究中心,上海 201203;2 同济大学附属同济医院病理科,上海 200065)
摘 要:肝类器官作为一种体外三维功能性组织模型,具有长期稳定传代培养和自组织的特点,并具有异质性和独特的形态学特征。在模拟肝组织结构与功能方面,肝类器官具有显著优势,在肝脏疾病发病机制研究、药物开发、再生医学以及精准医疗领域展现出巨大的潜力。其核心优势在于能够高度模拟肝脏的复杂结构与代谢功能,突破传统研究模型的局限,缩短药物研发周期。本综述主要聚焦于组织来源和诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs) 来源的肝类器官的技术进展和应用前景,并探讨当前肝类器官研究面临的机遇和挑战。
CaMKII在精神疾病中的研究进展(1339-1349)
黄文兵1,2,舒 尹1,2,魏思琦1,3,闵邓君1,3,李自成1,2*
(1 三峡大学国家中医药管理局中药药理科研三级实验室,宜昌 443002;2 三峡大学基础医学院,宜昌 443002;3 三峡大学健康医学院,宜昌 443002)
摘 要:常见的精神疾病包括抑郁、焦虑、双相情感障碍和精神分裂症等。伴随现代社会高速发展,社会压力与日俱增,精神疾病的发病率亦呈明显上升趋势。钙/ 钙调蛋白依赖性蛋白激酶II (calcium/Calmodulin- dependent protein kinase II, CaMKII) 可通过作用于钙信号级联反应途径,参与调控体内生物学功能或疾病发生发展。目前,CaMKII 相关研究越来越广泛且深入,其在神经精神疾病中的调控作用受到广泛关注。本文将对CaMKII 在焦虑、抑郁等精神疾病中的研究进展及相关病理生理机制进行综述。
基因组时代我国濒危兽类物种界定研究进展(1350-1359)
谷桐桐*,朱万龙
(云南师范大学生命科学学院,昆明 650500)
摘 要:濒危兽类的保护规划必须基于对物种数量、多样性和特有性的深入理解,而这一理解只有在科学的分类学框架下才具备实际意义。物种界定作为现代生物学中最具争议的领域之一,在“物种”概念的定义与应用的各个方面几乎都存在广泛分歧。近年来,基因组学技术快速发展,为解析物种多样性及濒危机制提供了前所未有的机遇。中国是世界上哺乳动物数量最多的国家之一,拥有丰富的兽类资源,包括大熊猫、白鱀豚、川金丝猴、藏羚羊等特有种和旗舰种。本文系统回顾了基于基因组学手段厘清我国濒危兽类分类争议的研究进展,重点讨论了代表类群(食肉目、鳞甲目和鲸偶蹄目) 在物种界定、演化历史以及遗传现状等方面的成果,并展望了未来的发展趋势,以期进一步推动我国濒危兽类多样性保护的发展。
GLUL在肝细胞癌耐药机制中的研究进展(1360-1371)
韩卓卓1,2,汪 浩3,赵 健1,2*(1 上海中医药大学,上海 201203;2 上海健康医学院,上海市分子影像学重点实验室,上海 201318; 3 北部战区空军医院肿瘤科,沈阳 110042)
摘 要:肝细胞癌(HCC) 是全球最常见的原发性肝癌类型,耐药问题严重影响治疗效果与患者预后。谷氨酰胺合成酶(GLUL) 作为谷氨酰胺代谢的限速酶,在HCC 中高表达,参与调控肿瘤细胞的代谢重编程、信号通路激活和免疫逃逸等多种过程,是耐药机制中的关键节点。GLUL 通过mTOR、Wnt/β-catenin 等信号通路增强HCC 细胞的治疗适应性与生存能力。本文系统综述了GLUL 在HCC 中的表达特征、生物学功能及其与耐药机制的关联,提出其作为治疗靶点的潜力,并探讨了冬凌草、苦参、鸦胆子等天然产物在联合干预GLUL 通路中的应用前景,旨在为HCC 耐药的精准治疗提供新靶点与策略依据。
《生命科学》是由中国科学院上海营养与健康研究所主办,国家自然科学基金委员会生命科学部和中国科学院生命科学和医学学部共同指导的综合性学术期刊。1988年创刊,原刊名为《生物学信息》内部发行;1992年起更名为《生命科学》,公开发行CN31-1600/Q,大16开,96页。本刊是“中国科技核心期刊” “中国科学引文数据库来源期刊(CSCD)”。