定量合成生物学:合成生物系统的理性设计之路

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作者 林一瀚 傅雄飞 +1 位作者 刘陈立 欧阳颀 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期493-496,共4页

当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑... 当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑等技术的飞速发展,科研人员构建人工合成生物系统的能力已取得长足进步。然而,源于生命系统固有的复杂性与生命功能的跨层次涌现特性,即使单个生物元件的功能已知,其组合产生的系统也不一定会表现出预期的功能。目前,复杂合成生物系统的构建在很大程度上仍依靠人工反复试错,这种方法效率低下,极大限制了合成生物学的工程化应用。因此,提升对生物系统的理性设计能力已成为当前合成生物学领域面临的核心挑战与首要瓶颈[1]。 展开更多

关键词 合成生物学 理性设计 DNA合成 人工合成生物系统

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功能拓扑的理性设计及其在合成生物学中的应用 被引量：1

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作者 孙智 杨宁 +2 位作者 娄春波 汤超 杨晓静 《合成生物学》 CSCD 2023年第3期444-463,共20页

生物网络以超乎寻常的精度、可靠性和鲁棒性执行着各种各样复杂的功能。网络的拓扑结构、动力学性质与功能之间密切相关。如何定量刻画这种关系,找到复杂多样的生物网络的底层设计规律是系统生物学和合成生物学的巨大挑战。本文对功能... 生物网络以超乎寻常的精度、可靠性和鲁棒性执行着各种各样复杂的功能。网络的拓扑结构、动力学性质与功能之间密切相关。如何定量刻画这种关系,找到复杂多样的生物网络的底层设计规律是系统生物学和合成生物学的巨大挑战。本文对功能拓扑的理性设计及其在合成生物学中的应用进行了综述。生物网络在统计性质上不同于随机网络,其结构呈现出模块化的趋势,本文首先总结了自然生物系统中出现的高频模块及其功能,回顾了最近系统生物学对于功能拓扑设计原理的探索,包括目前搜索功能拓扑的两种常用计算方法,同时对理论获得的典型功能拓扑进行了总结。继而总结了近年来实际合成生物学系统中功能拓扑的设计和构建,以基于转录调控的基因回路为主,按照其内部调控节点的数目,系统地介绍了不同拓扑结构被用来实现的具体功能及其典型实例。最后,介绍了近期自动化设计集成基因线路的发展、非转录多层次调控机制以及网络鲁棒性的设计原理,并简单探讨了对于复杂功能拓扑设计的机遇和挑战。 展开更多

关键词 合成生物学 系统生物学 功能拓扑 基因回路

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生物分子液-液相分离的物理化学机制 被引量：8

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作者 张长胜 来鲁华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第1期154-168,共15页

近年来,有关生物分子通过液-液相分离机制进行组织定位、功能调控的研究发展迅速。相分离产生的聚集体在众多细胞活动事件中发挥了关键作用。这些聚集体的生物功能是以相分离的物理化学性质为基础的。本文将从相分离聚集体的基本性质、... 近年来,有关生物分子通过液-液相分离机制进行组织定位、功能调控的研究发展迅速。相分离产生的聚集体在众多细胞活动事件中发挥了关键作用。这些聚集体的生物功能是以相分离的物理化学性质为基础的。本文将从相分离聚集体的基本性质、相图、微观结构,相分离的统计热力学、实验和分子模拟研究等方面阐释相分离物理化学机制研究相关进展。对于生物分子相分离的重要功能体系进行了列举和归纳,收集了相分离研究的模式体系,探讨了生物分子相分离的生物功能同物理化学机制之间的关系,总结了生物分子相分离的调控机制和调控分子的设计方法,并对生物分子相分离物理化学机制研究的未来发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 生物分子液-液相分离 液态聚集体 天然无序蛋白质 多价作用 分子聚集的计算模拟 相分离调控

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活细胞记录器在细胞谱系追踪中的应用和前景 被引量：1

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作者 姜百翼 钱珑 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期651-668,共18页

基于DNA的活细胞分子记录器技术,通过诱导可遗传的DNA变异,为细胞历史的追溯提供了一种创新手段。作为新一代细胞谱系追踪方法的代表,该技术能够与单细胞测序、多组学测序等技术相集成,帮助科研人员重构细胞发育分化路径及肿瘤起源的谱... 基于DNA的活细胞分子记录器技术,通过诱导可遗传的DNA变异,为细胞历史的追溯提供了一种创新手段。作为新一代细胞谱系追踪方法的代表,该技术能够与单细胞测序、多组学测序等技术相集成,帮助科研人员重构细胞发育分化路径及肿瘤起源的谱系发生树,是探究这些核心生物学议题的有效平台。本综述系统性回顾了自2016年以来基于Cas9的分子记录器在谱系追踪领域的技术演变轨迹与应用进展,同时综合分析了一些新型分子记录器的研究动态,并对其优势与局限性进行了评估。自2016年以来,以CRISPR-Cas9系统为核心的分子记录器取得了显著进展,并逐渐成为该领域的主流技术,研究人员在优化编辑效率和增加记录位点等方面进行了充分的探索。尽管如此,以Cas9为基础的分子记录器仍面临CRISPR-Cas9系统固有的限制与挑战,例如DNA双链断裂带来碱基缺失,进而引起记录信息丢失。这促使研究者们探索开发新型分子记录器,以期作为谱系追踪的更高效精准的工具。先导编辑器、DNA结合蛋白融合碱基编辑器以及T7转录聚合酶融合碱基编辑器等基于新原理的分子记录器能够避免DNA双链断裂,以碱基替换而非碱基缺失的形式写入信息。相较于Cas9系统,它们展现出独特优势,同时也伴随着潜在的风险与挑战。先导编辑器可以以时间顺序的方式记录信息,但脱靶效应仍然是一个问题。DNA结合蛋白融合碱基编辑器提高了编辑效率和特异性,但它们在不同细胞类型中的有效性需要进一步探索。T7RNA聚合酶融合碱基编辑器已经在体内定向进化系统中取得了成功,但它们目前在哺乳动物系统中的应用仍然有限。未来,基于DNA的分子记录器的研究应着重于优化编辑效率、降低信息丢失率、提高谱系恢复效率,并探索其在复杂生物系统中的应用潜力。 展开更多

关键词 分子记录器 细胞谱系追踪 CRISPR相关蛋白 基因突变 碱基编辑

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AI+定向进化赋能蛋白改造及优化 被引量：1

5

作者 宋成治 林一瀚 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期617-635,共19页

定向进化是合成生物学领域的核心底层技术之一。通过在实验室中模拟自然界发生的进化过程,定向进化利用功能筛选从大量的突变序列文库中不断获得性能提升的蛋白序列,帮助实现野生型蛋白难以实现的功能。近年来不断发展的机器学习、蛋白... 定向进化是合成生物学领域的核心底层技术之一。通过在实验室中模拟自然界发生的进化过程,定向进化利用功能筛选从大量的突变序列文库中不断获得性能提升的蛋白序列,帮助实现野生型蛋白难以实现的功能。近年来不断发展的机器学习、蛋白语言模型等人工智能(artificial intelligence,AI)方法进一步拓展了该技术的使用场景和工作效率,帮助其在酶、抗体、生物传感器等的改造中取得优异表现。本文总结了传统定向进化在突变文库构建和功能筛选过程中使用的典型策略,并对近年来开发的高效连续定向进化平台进行介绍,进一步对定向进化技术存在的序列空间有限、容易陷入局部最优等一系列问题进行探讨。快速迭代的机器学习模型与定向进化相结合,一方面能够缓解序列空间的探索局限性,另一方面能够从起始序列设计、中间文库优化、功能信息提取等多个维度对定向进化的实验流程进行完善,帮助实现更加高效的蛋白改造尝试。为明确定向进化结合机器学习的应用潜力,本文重点展示了机器学习辅助定向进化的代表案例。最后,简要探讨了该领域的潜在挑战和未来发展方向。 展开更多

关键词 定向进化 机器学习 蛋白改造 蛋白语言模型 合成生物学

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植物人工染色体的研究现状与应用前景

6

作者 蒲娅 焦雨铃 《合成生物学》 北大核心 2025年第5期1072-1092,共21页

由于生物科学与技术的持续革新,传统基因工程的局限性日益凸显。随着合成生物学的迅猛发展,植物人工染色体(plant artificial chromosome,PAC)应运而生。PAC不仅加深了我们对染色体结构与功能的理解,还可作为人为设计与构建的相对独立... 由于生物科学与技术的持续革新,传统基因工程的局限性日益凸显。随着合成生物学的迅猛发展,植物人工染色体(plant artificial chromosome,PAC)应运而生。PAC不仅加深了我们对染色体结构与功能的理解,还可作为人为设计与构建的相对独立的工具型染色体,能够避免位置效应与不利连锁现象,为多基因协同表达、复杂性状组合以及完整代谢通路的构建提供高效平台。本文总结了PAC的研究历史和现状,包括截短改造内源染色体与组装染色体元件构建PAC的策略、从头设计与合成染色体片段以实现基因组的改写、功能性着丝粒的构建以及DNA大片段转移技术。讨论了该领域发展所面临的挑战,包括着丝粒合成的复杂性、DNA大片段转移困难、PAC的不稳定性。展望了PAC在染色体基础研究、合成生物技术及农业基因工程中的广阔应用前景。 展开更多

关键词 植物人工染色体 微型染色体 合成基因组 人工着丝粒 DNA大片段转移

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芽殖酵母细胞周期过程不同时期的定量观测

7

作者 张志温 李方廷 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期609-614,共6页

在芽殖酵母中构建CDC10-mCherry和SPC42-mCherry荧光蛋白,作为酵母细胞周期不同时期的报告系统。根据酵母细胞中芽环(CDC10-mCherry)的产生和消失以及纺锤体极体(SPC42-mCherry)的复制和分离,可以测量细胞周期中G1期、S期、EarlyM期和La... 在芽殖酵母中构建CDC10-mCherry和SPC42-mCherry荧光蛋白,作为酵母细胞周期不同时期的报告系统。根据酵母细胞中芽环(CDC10-mCherry)的产生和消失以及纺锤体极体(SPC42-mCherry)的复制和分离,可以测量细胞周期中G1期、S期、EarlyM期和LateM期的时间长度。在此报告系统的基础上,分别构建S期细胞周期蛋白CLB5-GFP和M期细胞周期蛋白CLB2-GFP菌株,实现单细胞观测,检验报告系统工作的稳定性和准确性。该报告系统可作为研究酵母细胞周期不同时期时间长度等定量生物学问题的背景菌株。 展开更多

关键词 芽殖酵母 单细胞观测 细胞周期 时间标记

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通用域适应综述 被引量：3

8

作者 何秋妍 邓明华 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期120-144,共25页

域适应问题放宽了传统机器学习问题关于训练样本和测试样本同分布的假设,在域间差异存在的情况下从富有标签的源域迁移知识到缺少标签的目标域.但现有域适应方法大多依赖于对源域和目标域标签集合的相对关系的假设,不贴合实际应用场景,... 域适应问题放宽了传统机器学习问题关于训练样本和测试样本同分布的假设,在域间差异存在的情况下从富有标签的源域迁移知识到缺少标签的目标域.但现有域适应方法大多依赖于对源域和目标域标签集合的相对关系的假设,不贴合实际应用场景,因此,通用域适应问题考虑如何在缺少源域和目标域的标签集合先验信息的情况下,实现对目标域的标记.在此过程中,通用域适应方法需要判定目标域样本是否属于源域类别,克服域间差异和潜在的类别差异,在源域和目标域共有类上完成标签的迁移.首先从问题设置与方法策略2方面,对通用域适应方法进行梳理;然后通过实验对比了典型方法,进而分析了通用域适应问题的研究难点;随后整理了现有方法的应用情况,对与之有关的实际应用问题进行了分析;最后探讨了通用域适应问题未来研究方向. 展开更多

关键词 通用域适应 迁移学习 对抗学习 对比学习 自训练

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CeO_2-活性炭催化臭氧化降解水中草酸的研究 被引量：9

9

作者 杨郭 曾凡炎 +2 位作者 王淑静 马燮 黄斌 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期55-59,共5页

利用CeO_2的储氧和释氧能力,以高活性的活性炭作为催化剂载体,采用等体积浸渍法制备CeO_2-活性炭催化剂。分别用氮气低温吸附/脱附、XRD、XPS对CeO_2-活性炭催化剂进行表征。以CeO_2-活性炭作为催化剂,草酸作为模型化合物,催化臭氧化降... 利用CeO_2的储氧和释氧能力,以高活性的活性炭作为催化剂载体,采用等体积浸渍法制备CeO_2-活性炭催化剂。分别用氮气低温吸附/脱附、XRD、XPS对CeO_2-活性炭催化剂进行表征。以CeO_2-活性炭作为催化剂,草酸作为模型化合物,催化臭氧化降解草酸的去除率达到77%。Ce组分的加入能显著提高草酸的去除率。Ce不仅能够提高反应体系中羟基自由基的浓度,还有利于O3分子直接氧化草酸。CeO_2-活性炭催化剂经过3次重复使用后,草酸去除率保持在70%以上,具有较好的稳定性。 展开更多

关键词 草酸 活性炭 二氧化铈 臭氧化 催化降解

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蛋白质中残基远程相互作用预测算法研究综述 被引量：6

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作者 张海仓 高玉娟 +2 位作者 邓明华 郑伟谋 卜东波 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期1-19,共19页

蛋白质是由多个氨基酸残基顺序连接而成的长链.在天然状态下,蛋白质并不是无规则的自由状态,而是自发形成特定的空间结构,以执行其特定的生物学功能.驱动蛋白质形成特定空间结构的主要因素是残基间的非共价相互作用,包括疏水作用、静电... 蛋白质是由多个氨基酸残基顺序连接而成的长链.在天然状态下,蛋白质并不是无规则的自由状态,而是自发形成特定的空间结构,以执行其特定的生物学功能.驱动蛋白质形成特定空间结构的主要因素是残基间的非共价相互作用,包括疏水作用、静电相互作用、范德华力等.因此,对残基之间远程相互作用的准确预测将有助于对蛋白质空间结构的预测,进而有助于对蛋白质生物学功能的了解.在蛋白质进化过程,有相互作用残基对之间存在一种"共进化"模式,即当一个残基发生变异时,与其有相互作用的残基也要发生相应的变异,以维持相互作用,进而维持整体空间结构以及生物学功能.基于上述生物学观察,研究者开发了多个统计模型和算法以预测残基对之间的相互作用:1)概述残基之间远程相互作用的两大类基本预测算法,包括无监督学习方法和监督学习方法;2)使用蛋白质结构预测CASP比赛结果来客观比较上述各类算法的性能,分析各个算法的特点和优势;3)从生物学观察和统计模型2个角度分析总结了未来的发展趋势. 展开更多

关键词 残基远程相互作用预测 蛋白质三级结构预测 图模型 共进化 机器学习

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营养缺乏和碱性环境对粪肠球菌侵入人工微管系统的影响 被引量：4

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作者 孙晓强 王淑静 +1 位作者 罗春雄 侯本祥 《实用口腔医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期49-53,共5页

目的:研究不同环境因素对粪肠球菌侵入人工微管系统能力的影响和微流芯片的适用性。方法:采用软光刻技术制作微流芯片,观察细菌在牛脑心浸出液(BHI)、PBS和pH 10的情况下在微流芯片中的生长情况,测定和比较细菌在相应微管内的最大侵入... 目的:研究不同环境因素对粪肠球菌侵入人工微管系统能力的影响和微流芯片的适用性。方法:采用软光刻技术制作微流芯片,观察细菌在牛脑心浸出液(BHI)、PBS和pH 10的情况下在微流芯片中的生长情况,测定和比较细菌在相应微管内的最大侵入深度。结果:粪肠球菌在营养缺乏和碱性环境下生长速度明显下降,侵入小管径微管的深度显著下降(P<0.01)。结论:营养缺乏和碱性环境可显著降低粪肠球菌侵入微管系统的能力。微流芯片具有高通量、平行对比和可观察性好等特点,有望为今后相关研究提供标准化的实验平台。 展开更多

关键词 牙本质小管 粪肠球菌 微流芯片 持续性根尖周炎

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蛋白质相互作用预测、设计与调控 被引量：7

12

作者 张长胜 来鲁华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2363-2380,共18页

蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件.蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节.了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制,并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计.本文对于蛋白质相互作用... 蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件.蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节.了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制,并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计.本文对于蛋白质相互作用预测、设计和调控研究的近期进展进行了总结归纳,介绍了作者实验室在相关领域的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.主要包括:(1)蛋白质相互作用网络、蛋白质相互作用机制和蛋白质复合物结构计算分析;(2)基于序列、结合位点以及复合物结构的蛋白质相互作用预测;(3)蛋白质相互作用设计方法;(4)利用化学分子调控蛋白质相互作用的方法;(5)针对蛋白质相互作用的蛋白质药物设计方法. 展开更多

关键词 蛋白质相互作用 相互作用预测 蛋白质-蛋白质对接 蛋白质相互作用设计 蛋白质药物 药物设计

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靛红类双功能抑制剂:调控SARS-3CL蛋白酶聚集状态与活性(英文) 被引量：1

13

作者 周璐 金凤 +4 位作者 刘莹 尚尔昌 魏平 李春梅 来鲁华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2418-2422,共5页

1-(2-萘甲基)靛红-5-甲酰胺类化合物通过与底物口袋结合来抑制SARS-3CL蛋白酶的活性,而SARS-3CL蛋白酶自身的N端8肽是作用于蛋白二聚界面的抑制剂.本文设计同时占据SARS-3CL蛋白酶底物口袋和二聚界面的双功能抑制剂,通过固相多肽合成方... 1-(2-萘甲基)靛红-5-甲酰胺类化合物通过与底物口袋结合来抑制SARS-3CL蛋白酶的活性,而SARS-3CL蛋白酶自身的N端8肽是作用于蛋白二聚界面的抑制剂.本文设计同时占据SARS-3CL蛋白酶底物口袋和二聚界面的双功能抑制剂,通过固相多肽合成方法制备由1-(2-萘甲基)靛红-5-甲酸和N端8肽组成的化合物,得到不同长度连接链的6个目标产物.用显色底物方法测定化合物对SARS-3CL蛋白酶的抑制活性,其中化合物3的活性最高,IC50值(半抑制率)为3.8μmol·L-1,连接偶数甘氨酸的活性明显要好于连接奇数甘氨酸的化合物.用超速离心沉降速率方法研究了化合物3对SARS-3CL蛋白酶聚集状态与活性的调控作用,其同时具有诱导与抑制二聚的双重能力,综合调控结果是抑制SARS-3CL蛋白酶的二聚.这项研究给应用合成的化合物研究酶活性调节机制提供了一个示例. 展开更多

关键词 靛红类衍生物 调控 SARS-3CL蛋白酶 二聚 双功能抑制剂

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M^(pro)-C蛋白三维结构域交换的机理:来自分子模拟的线索(英文) 被引量：1

14

作者 黄永棋 康雪 +1 位作者 夏斌 刘志荣 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2411-2417,共7页

SARS冠状病毒主蛋白酶(Mpro)在病毒的蛋白酶切过程中发挥着重要作用.Mpro的晶体结构显示它存在两种形式的二聚体:一种是发生三维结构域交换的形式,另一种是非交换的形式.Mpro的C端结构域(Mpro-C)单独表达时也能形成与全长Mpro类似的三... SARS冠状病毒主蛋白酶(Mpro)在病毒的蛋白酶切过程中发挥着重要作用.Mpro的晶体结构显示它存在两种形式的二聚体:一种是发生三维结构域交换的形式,另一种是非交换的形式.Mpro的C端结构域(Mpro-C)单独表达时也能形成与全长Mpro类似的三维结构域交换二聚体.三维结构域交换通常发生在蛋白质的表面,但Mpro-C的结构域交换却发生在疏水核心.在本文中,我们利用分子动力学模拟及三维结构域交换预测算法研究了Mpro-C中被高度埋藏的核心螺旋片段发生交换的机理.我们发现基于结构与基于序列的已有算法都不能正确预言出Mpro-C和Mpro中发生结构域交换的铰链区位置.分子模拟结果表明Mpro-C中的交换片段在天然态下埋藏得很好,但在变性单体中则会被释放并暴露在外面.因此,在完全或部分解折叠状态下交换片段的打开有助于促进单体间的相互作用及结构域交换二聚体的形成. 展开更多

关键词 SARS冠状病毒 主蛋白酶 分子模拟 结构域交换 蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白质解折叠

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复杂网络上疾病传播溯源算法综述 被引量：16

15

作者 黄春林 刘兴武 +2 位作者 邓明华 周杨 卜东波 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期1376-1399,共24页

流感、肺结核等呼吸道传染病严重威胁人类的健康,因此当疫情爆发时,快速、准确地推断疾病起源,对于疾病防控具有重要的理论意义和应用价值.和社交网络上的谣言传播以及计算机网络上的病毒传播不同,呼吸道疾病依赖于人际物理接触,而且具... 流感、肺结核等呼吸道传染病严重威胁人类的健康,因此当疫情爆发时,快速、准确地推断疾病起源,对于疾病防控具有重要的理论意义和应用价值.和社交网络上的谣言传播以及计算机网络上的病毒传播不同,呼吸道疾病依赖于人际物理接触,而且具有更为复杂的疾病传播模型.在该篇综述里,作者首先介绍了人际接触网络、疾病传播模型和疾病传播溯源问题的形式化定义,以及溯源问题在传播时间、快照覆盖程度、传播源数量和传播源候选节点这四个层面上的推广,给出了溯源算法的评价指标(准确率和错误距离)和基于贝叶斯极大似然估计的设计脉络;然后分别分析了现有的溯源算法,包括基于传染源中心性的算法、基于置信传播的算法、基于蒙特卡洛的算法以及基于最小描述长度的算法.在这四类算法中,基于传染源中心性的算法最多,使用了包括传播中心性、Jordan中心性、动态年龄和无偏中介中心性共4种中心性指标,并且基于传播中心性和Jordan中心性的算法被推广到更为一般的情形,如多个传播源、快照信息不完全等.作者分别在四种理想网络和两种真实人际接触网络下,实现并比较了常用溯源算法的性能.评估结果(包括准确率、错误距离、运行时间)表明:(1)溯源算法普遍对网络结构较为敏感;(2)多数算法对疾病传播参数具有鲁棒性;(3)相对于其他算法而言,动态消息传递算法尽管耗时几乎最长,但具有最高的准确度;(4)在耗时较短的算法中,无偏中介中心性具有相对较小的误差距离.根据实验结果,根据不同的使用场景推荐了不同的算法:(1)当运行时间不重要时,推荐动态消息传递算法;(2)相反,当希望快速溯源时,应该考虑基于无偏中介中心性的算法,当网络是随机树时,Jordan中心估计算法更优;(3)反向贪心算法和动态年龄算法分别在随机网络和无标度网络上兼顾了准确率和运行时间.最后,作者总结了该文中介绍的所有溯源算法的适用性和时间空间复杂度,讨论了它们的实际应用以及后续的免疫措施,并提出未来的研究趋势,包括研究更准确的极大似然估计算法以提高算法的准确度、挖掘并利用传播过程中的信息以提高现有溯源算法的效率,以及考虑动态人际接触网络以提高算法的实用性等. 展开更多

关键词 复杂网络 疾病溯源 极大似然 置信传播 蒙特卡洛

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胰岛炎症导致的2型糖尿病发病过程的动力学模型及治疗策略 被引量：15

16

作者 林智立 雷蕾 +1 位作者 李长润 李方廷 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期199-208,共10页

为了揭示胰岛炎症导致2型糖尿病发生发展的机制,建立胰岛β细胞和巨噬细胞相互作用的数学模型,包括IL-1β的产生和巨噬细胞的浸润过程,研究高浓度葡萄糖和游离脂肪酸对IL-1β的共同作用,揭示胰岛炎症在2型糖尿病进程中的动力学机理。通... 为了揭示胰岛炎症导致2型糖尿病发生发展的机制,建立胰岛β细胞和巨噬细胞相互作用的数学模型,包括IL-1β的产生和巨噬细胞的浸润过程,研究高浓度葡萄糖和游离脂肪酸对IL-1β的共同作用,揭示胰岛炎症在2型糖尿病进程中的动力学机理。通过对模型中动力学参数的敏感性分析,提出针对不同患病情况的可能的优化治疗策略。 展开更多

关键词 2型糖尿病 胰岛炎症 动力学模型 巨噬细胞浸润 IL-1Β

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新型多孔单细胞观测芯片设计及在细菌抗药性研究中的应用

17

作者 姜香丹 欧阳颀 罗春雄 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期439-444,共6页

提出一种新型多孔单细胞观测芯片的设计和实现方法,结合多孔板操作简单和微流控芯片单细胞观测的优势,为微流控芯片的推广利用提供新思路。在芯片中设计由小孔、特定高度的培养腔室和栅栏组成的并排对称单元,这三层高度结构把细胞限制... 提出一种新型多孔单细胞观测芯片的设计和实现方法,结合多孔板操作简单和微流控芯片单细胞观测的优势,为微流控芯片的推广利用提供新思路。在芯片中设计由小孔、特定高度的培养腔室和栅栏组成的并排对称单元,这三层高度结构把细胞限制在培养室单层固定生长。利用PDMS材料在等离子体处理后对液体的浸润性和对气体吸收的特性,在小孔加入菌液后细胞很快被自动吸入细胞培养室。只用10μL液体就可以完成长时间观测细菌所有单层形态变化过程以及高通量并行对比,实现不同大肠杆菌菌株在不同抗生素浓度下的并行对比分析。此芯片制作的方便性与能在单层细胞程度下实现高通量并行对比的优越性,使它在大肠杆菌的抗药性以及流式分选后期研究等方面应用前景十分广阔。 展开更多

关键词 微流控芯片 大肠杆菌 单层生长 高通量 抗药性

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细菌化学趋向性受体聚集体的相互作用

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作者 余大启 涂豫海 来鲁华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1347-1353,共7页

细菌化学趋向性受体的最小结构单元为二聚体,在细胞膜上这些二聚体会聚集成大团簇.X射线晶体结构和低分辨电镜结构测定表明,这些团簇有两类不同的形式,一种是在晶体结构中观察到的倒金字塔式二聚体的三聚体重复形成的聚集,另一种为由二... 细菌化学趋向性受体的最小结构单元为二聚体,在细胞膜上这些二聚体会聚集成大团簇.X射线晶体结构和低分辨电镜结构测定表明,这些团簇有两类不同的形式,一种是在晶体结构中观察到的倒金字塔式二聚体的三聚体重复形成的聚集,另一种为由二聚体尾部相互盘绕形成的拉链状聚集.有关拉链状聚集的详细分子模型目前尚不清楚.本文使用蛋白质-蛋白质对接的方法研究了大肠杆菌丝氨酸化学趋向性受体Tsr二聚体之间的相互作用.分子对接计算表明,倒金字塔式聚集和拉链状聚集的基本复合物都是可以出现的,相应复合物的分子动力学模拟表明这些结构都具有一定的稳定性.对于所获得的拉链状聚集体的基本复合物结构模型进行了详细的二聚体作用界面分析,发现二聚体间主要通过静电和疏水作用形成复合物,其中Arg388、Phe373和Ile377是形成拉链状聚集的关键作用残基.所建立的Tsr拉链状聚集的结构模型有助于揭示细菌化学趋向性受体在细胞膜上聚集的分子机制,为进一步的聚集理论及模拟研究提供了基础. 展开更多

关键词 化学趋向性受体 聚集体 分子相互作用 蛋白质-蛋白质对接 分子动力学模拟

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DNA数字信息存储的研究进展 被引量：5

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作者 董一名 孙法家 +1 位作者 武瑞君 钱珑 《合成生物学》 CSCD 2021年第3期323-334,共12页

随着计算机技术的发展,数字化信息存储改变了我们的生活。信息正在以越来越快的速度产生着,但与此伴生的,是如何有效存储数据的问题。诸如磁盘、硬盘、闪存等磁学或光学等传统存储介质已经逐渐不能满足全世界范围内数据存储的需要。DNA... 随着计算机技术的发展,数字化信息存储改变了我们的生活。信息正在以越来越快的速度产生着,但与此伴生的,是如何有效存储数据的问题。诸如磁盘、硬盘、闪存等磁学或光学等传统存储介质已经逐渐不能满足全世界范围内数据存储的需要。DNA分子凭借其稳定性、高存储密度和低维护成本,有望成为实用的新型信息存储介质。本文首先介绍了利用DNA分子进行数据存储的工作流程,继而介绍了DNA数据存储领域的研究历史和研究进展,包括存储方式、读取方式、编码方式等。为实现DNA信息存储,通过信息编码将二进制信息转换成DNA序列信息;DNA合成实现信息写入;最后通过基因测序获取序列信息,进而进行信息解码得到原始信息。而现代分子生物学技术的发展,尤其是DNA合成和测序技术的飞跃,使DNA分子大规模存储人工数据逐渐成为现实。之后,对比了DNA分子相对于传统数据存储介质的优劣,介绍了基于DNA分子的数据存储的风险与挑战,如数据安全性、信息读写的速度和成本等。最后,对DNA数据存储领域未来研究的方向进行了展望,介绍了一些与该领域具备交叉潜力的新兴生物技术领域,如“DNA条形码”“DNA折纸”。 展开更多

关键词 DNA分子 信息存储 DNA合成 DNA测序 存储密度

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前列腺癌的演化动力学模型以及治疗策略的优化

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作者 高鑫 史书毓 李方廷 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期987-994,共8页

前列腺癌是男性常见的恶性肿瘤。临床上常用的干扰雄激素的治疗药物是阿比特龙,但长期高剂量的阿比特龙治疗常导致患者前列腺肿瘤细胞进化至药物抵抗。为了揭示前列腺癌发展的动力学机制,本文引入给药剂量因素,建立二变量的肿瘤演化定... 前列腺癌是男性常见的恶性肿瘤。临床上常用的干扰雄激素的治疗药物是阿比特龙,但长期高剂量的阿比特龙治疗常导致患者前列腺肿瘤细胞进化至药物抵抗。为了揭示前列腺癌发展的动力学机制,本文引入给药剂量因素,建立二变量的肿瘤演化定量模型。通过分析固定给药和适应性给药策略的动力学性质,并绘制势能景观图,从动力学角度展示适应性给药策略的优势,揭示高剂量药物导致体系演化为不可逆药物抵抗状态的动力学机理。此外还构建治疗策略的评分体系,以便优化治疗策略。 展开更多

关键词 前列腺癌 阿比特龙 药物抵抗 动力学模型 策略优化

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