唐功利团队Nat. Commun.:GyrI-like蛋白通过其环丙基水解活性实现细胞保护功能

微生物对抗生素的抗性是一种古老的自然现象,它的出现远远早于人类对抗生素的使用。临床上使用的抗生素有相当一部分是由微生物发酵产生的,这些微生物需要进化出对应的抗性基因来保护自己免受所产生抗生素的伤害(自抗性)。这些抗性基因在不同微生物间的水平转移导致多药耐药菌、甚至泛耐药菌变得越来越普遍。因此,对抗生素的生物合成与自抗性机制的研究将有助于人们对抗性基因的产生、进化以及转移得到深入的认识和理解。中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的唐功利(点击查看介绍)课题组多年来一直致力于对结构独特、活性显著的复杂天然产物进行生物合成和自抗性机制研究,从酶催化反应的角度理解自然界神奇的化学反应和生理性拮抗的生化/化学本质,属于典型的有机化学-微生物学-生物化学-天然产物药学的交叉学科,对于天然产物药物研究中重点关注新结构的发现、创造和复杂化合物的高效制备均具有重要的推动作用。以谷田霉素(YTM)和CC-1065为代表的苯并二吡咯生物碱家族抗肿瘤抗生素的生物合成和自抗性机制研究则集中体现了上述思想。该家族的天然产物是一类来源于微生物、含有环丙烷药效团的高活性天然产物,目前包括YTM、CC-1065和多卡霉素。这些化合物主要是对细胞内的遗传物质DNA进行烷基化修饰,从而达到杀死细胞的目的(IC50为pM级)。研究表明这类化合物是靶向治疗中理想的“弹头”,例如,由多卡霉素衍生的抗体药物偶联分子MDX-1203已进入临床一期,主要治疗非霍奇金淋巴瘤和肾细胞癌。唐功利课题组前期克隆了YTM(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8831)和CC-1065(ACS Chem. Biol., 2017, 12, 1603)的生物合成基因簇,并发现DNA糖苷酶YtkR2可以将由YTM烷基化引起的损伤碱基移除,从而开启DNA的一系列修复机制(Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 10532)。最近,唐功利研究团队在该家族天然产物的自抗性机制研究方面再获新突破。该团队从YTM研究材料出发,证明了YtkR7(属于GyrI-like家族蛋白)可以水解YTM的环丙基,从而起到YTM失活的目的。接下来他们揭示了GyrI-like家族的一个亚家族蛋白(截至2016年9月已有1696条蛋白序列都来源于原核生物)具有水解YTM和CC-1065环丙基的特性,这也是GyrI-like家族蛋白成员首次证明具有酶的活性(作者将这类酶定义为cyclopropanoid cyclopropyl hydrolase, CCH)。图1. CCH蛋白催化环丙烷化合物的环丙基水解反应为了深入阐明CCH是如何识别并催化底物中环丙基水解反应的机理,唐功利课题组与上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的周佳海(点击查看介绍)课题组以及瑞士洛桑联邦理工学院EPFL的袁曙光(点击查看介绍)课题组在晶体学和计算生物学方面展开合作,通过共晶结构以及分子动力学模拟发现,CCH蛋白都具有一个保守的用于多种底物结合的芳香口袋(由Y46、W85、W99、F154和Y187组成)以及两个高度保守的负责催化的酸性氨基酸残基对(E185/E157)。作者通过点突变实验证实了这个芳香口袋和催化残基在YTM和CC-1065环丙基水解反应中起着关键作用,随后提出了可能的催化机理。图2. 通过共晶复合物以及分子动力学模拟研究CCH蛋白成员lin2189与底物YTM的识别接下来,作者从CCH蛋白中选取四个代表成员YtkR7、lin2189(来源于Listeria innocua)、ETI84332.1(来源于Streptococcus anginosus,属于肠道微生物)以及MA1133(来源于Methanosarcina acetivorans),并将其分别转化大肠杆菌,发现这些蛋白都能够赋予大肠杆菌对YTM的抗性。GyrI-like蛋白广泛存在于原核与真核生物中(截至2016年9月已有12304条蛋白序列),这类蛋白被注释为小分子结合蛋白。但是这种小分子结合属性仅限于对枯草芽孢杆菌MerR家族调控蛋白BmrR的研究。BmrR可以对多种结构不同的配体化合物进行响应,而结合了配体的BmrR能够激活多药抗性外排泵蛋白Bmr基因的转录,从而起到细胞的自我保护作用。SbmC和Rob是GyrI-like家族蛋白中另外两个已报道的具有生理功能的成员。但是,SbmC和Rob是否能结合小分子尚无文献报道。因此,在文章最后,作者通过分子互作分析(SPR)证明了SbmC、Rob以及YtkR7均保留了结合若干抗生素的能力。CCH蛋白功能的发现使人们重新审视GyrI-like蛋白功能,即生物体利用GyrI-like蛋白作为抗生素抗性蛋白可能是一种古老的现象,这类蛋白可以看作是细胞内的清道夫,通过隔离外源性有毒化合物达到保护细胞的目的。因此,这项工作不仅为真核生物中GyrI-like蛋白的功能研究提供了重要的借鉴,也为药物研发领域提供了一定的参考意义。这一成果发表在最近的Nature Communications 上,唐功利课题组的袁华副研究员和周佳海课题组的张金儒博士为共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委和中国科学院战略性先导科技专项(B类)等经费的大力资助。该论文作者为:Hua Yuan, Jinru Zhang, Yujuan Cai, Sheng Wu, Kui Yang, H. C. Stephen Chan, Wei Huang, Wen-Bing Jin, Yan Li, Yue Yin, Yasuhiro Igarashi, Shuguang Yuan, Jiahai Zhou & Gong-Li Tang原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):GyrI-like proteins catalyze cyclopropanoid hydrolysis to confer cellular protectionNat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01508-1导师介绍唐功利http://www.x-mol.com/university/faculty/15570 周佳海http://www.x-mol.com/university/faculty/15579 袁曙光http://www.x-mol.com/university/faculty/45898 课题组链接http://www.gpcrm.org    

来源: X-MOL 2017-11-23

清华尹航团队Nature子刊:牢牢“锁住”TLR8的小分子抑制剂

免疫系统对人体的重要性不言而喻。免疫系统衰弱时,外界病原体比如病毒、致病性细菌或真菌等便有机可乘;与之相对,如果免疫系统过于活跃或活跃得不合时宜,人体则可能发生一些自身免疫性疾病,如红斑狼疮、银屑病、类风湿性关节炎等。控制人体免疫系统的开关是一系列重要的免疫调节受体,其中Toll样受体家族(Toll-like receptors,TLRs)在先天性免疫和适应性免疫中都占据了重要地位。Toll样受体成员众多,人体拥有从TLR1到TLR10共十种Toll样受体。它们各司其职,每时每刻都在甄别进入人体的分子中有没有“坏分子”,比如TLR5专事识别细菌鞭毛中的鞭毛蛋白。今天小氘要介绍的主角是Toll样受体家族的老八TLR8的抑制剂。TLR8住在细胞内部,它的邻居还有TLR3、TLR7和TLR9。TLR8的特长是识别细菌或病毒的单链RNA。由此很容易想到,对TLR8的调节在抗菌或抗病毒治疗中将有重要作用。另外,研究表明多种关节炎中TLR8也起到了重要的免疫调节功能。不过可惜,TLR8的小分子激活剂已经有不少,特异性的小分子抑制剂却一直没有着落。直到最近,清华大学尹航课题组、东京大学Toshiyuki Shimizu课题组的研究人员报道了第一例TLR8的特异性小分子抑制剂,而且以蛋白-小分子共结晶为基础,对其抑制机理做了详细讨论。文章于11月20号在线发表在Nature Chemical Biology 杂志上。尹航教授。图片来源:清华大学基础分子科学中心寻找TLR8的特异性小分子抑制剂并非易事。首先,TLR8在激活或非激活状态下都是两两形成二聚体,两个蛋白质的结合界面非常大,想单靠一个小分子就实现精确地调节,难度可想而知。再者,TLR8处于细胞内,小分子要想作用在上面,需要具有良好的跨膜性和相当的稳定性。此外,由于Toll样受体家族的成员同源性很高,尤其是TLR7和TLR8像孪生兄弟一样,要想实现特异性的调节难度也很大。但为了便于抑制剂应用于化学生物学研究或药物开发,特异性是一个必须满足的指标。尹航课题组利用高通量筛选方法从14,400分子中找到了4个候选苗头化合物。四个苗头化合物。图片来源:Nat. Chem. Bio.其中化合物1/2、化合物3/4分别共享一个分子骨架。研究人员以第一个骨架为基础,进行了一系列构效关系研究,最终找到了IC50仅为67 nM的化合物CU-CPT8m和IC50仅为6 pM左右的CU-CPT9a、CU-CPT9b分子。CU-CPT8m分子不仅对TLR8有超强的抑制活性,而且对其他TLRs几乎没有任何影响。CU-CPT8m、CU-CPT9a、CU-CPT9b的分子结构,以及CU-CPT8m的特异性测试。图片来源:Nat. Chem. Bio.东京大学的研究人员则成功培养出CU-CPT9b和TLR8的共结晶,以便研究它的抑制机理。同时为了对比,他们还培养了无配体的TLR8晶体和TLR8-R848共结晶(R848是经典的TLR7/8激活剂)。从左至右分别为TLR8-R848、无配体TLR8、TLR8-CU-CPT9b的晶体图像。图片来源:Nat. Chem. Bio.从晶体图像可以清楚地看到,在没有配体存在时,两个TLR8形成二聚体,蓝色和绿色区域有相互作用,它们的碳端相距51埃。如果溶液中加入R848,TLR8被激活。R848分别于粉色和绿色区域结合,使二聚体中的TLR8发生平移,碳端距离缩短为34埃。如果溶液中加入CU-CPT9b,它会紧密地与蛋白的蓝色和绿色区域结合,使发生了平移的TLR8重新被拉回到无配体状态,碳端距离也再次变长,回到48埃。就是这么几埃的改变就决定了TLR8被激活还是被抑制。Toshiyuki Shimizu教授。图片来源:University of Tokyo研究人员报道的这些抑制剂分子可以看作一把“锁”,牢牢把TLR8二聚体锁住,使其无法发生激活需要的构象改变。这是一种非常新颖的抑制机理。除了细胞实验和机理研究,研究者还从协和医院收集了骨关节炎患者的滑膜细胞。这些病人的滑膜细胞均有较高程度的炎症反应,而加入CU-CPT8m分子可以有效地降低这些滑膜细胞产生IL-1β、TNF-α等炎症因子的水平。这些结果展现了TLR8抑制剂分子作为抗炎药物的潜力。CU-CPT8m分子能够有效地降低病人滑膜细胞的IL-1β、TNF-α水平。图片来源:Nat. Chem. Bio.这项成果来自中美日三国科研人员的国际合作,共同第一作者包括清华大学张淑婷博士、美国科罗拉多大学博尔德分校Zhenyi Hu和日本东京大学Hiromi Tanji。除了首个TLR8的小分子抑制剂,尹航课题组也曾首次报道了TLR1/2的小分子抑制剂、激活剂,TLR3的小分子抑制剂和TLR5的小分子抑制剂,在该领域处于领先位置。目前尹航课题组在清华大学基础分子科学中心从事免疫调控、细胞外泌体等方面的研究。免疫调节剂除了应用于传统的抗感染、抗炎等领域,近年来随着癌症免疫疗法的兴起,免疫调节剂作为抗癌药物的“免疫伴侣”颇受追捧。而最近多款治疗银屑病等自身免疫疾病的药物获得FDA批准,让免疫调节剂更受医药市场的广泛关注。希望有更多活性、特异性、成药性俱佳的免疫调节剂诞生,为治疗相关疾病铺平道路。原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting stateNat. Chem. Biol., 2017, DOI: 10.1038/nchembio.2518参考文献:Drugging Membrane Protein Interactions, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2016, 18, 51-76(本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2017-11-22

活性中药天然产物土荆皮乙酸靶点蛋白的研究

天然产物是抗肿瘤等药物的重要来源之一。土荆皮乙酸(Pseudolaric acid B, PAB)是从金钱松根皮中提取出来的一种具有很强抗癌、抗真菌活性的复杂天然产物。尽管十多年前已有报道PAB通过抑制微管聚合抑制癌细胞的增殖,但并不能完全解释其生理活性机制。肖友利(点击查看介绍)研究组一直致力于通过化学蛋白质组学策略解析天然产物的生物合成以及分子活性机制方面的研究。在前期发展该策略解析一系列中药天然产物靶点蛋白的基础上,该课题组在进一步的研究中综合运用多项蛋白质质谱技术,深入开展了PAB靶标蛋白和分子活性方面的研究。首先,利用经典的化学蛋白质组学技术,他们在土荆皮乙酸母核分子中引入含有光亲和基团和端炔基团的双功能标签,其中光亲和基团双吖丙啶经紫外光照射可以使土荆皮乙酸与作用靶标蛋白形成共价键,从而便于通过经典的炔基-叠氮点击化学反应对靶蛋白进行检测、富集和鉴定。他们进一步结合TMT标记的定量质谱,在验证微管蛋白tubulin的同时,发现了一个膜蛋白Basigin,或称CD147是另一个潜在的PAB靶点蛋白。其次,在通过Western-blot和重组蛋白标记等实验验证CD147是其特异性靶点后,他们利用高分辨质谱成功地鉴定出PAB与CD147的胞外免疫球蛋白IgC2区域结合。鉴于该区域与CD147的聚合及后续细胞功能-基质金属蛋白酶的表达和转运直接相关,他们进一步通过体内体外实验验证了PAB抑制CD147聚合,并抑制MMP-2、MMP-7和MMP-9的表达。siRNA敲除实验也验证了CD147是PAB的生理靶点之一。最后,通过定量比较蛋白质组学技术,他们在全蛋白质组层面检测PAB处理前后HeLa细胞蛋白的表达谱变化情况。利用经典的超滤辅助溶液酶切(FASP)及离线分级技术,他们鉴定了将近6000个蛋白,其中包含39个显著上调和13个显著下调的蛋白。值得注意的是,微管蛋白tubulin在PAB处理后显著下调,而一个与CD147功能类似的蛋白,CYR61则显著上调。研究人员推测,PAB结合后可能导致tubulin的降解,而CD147被PAB抑制后,MMP的表达受到抑制,因此细胞通过过量表达CYR61来抵御这样的抑制。相关成果已发表在Chem. Commun. 上,该研究得到国家自然科学基金(21572243,21502206)、中科院上海植物生理生态研究所代谢组学与蛋白质互作技术平台以及上海维基生物科技有限公司等的支持。该论文作者为:Yiqing Zhou, Zhengao Di, Xiaoming Li, Yuanhong Shan, Weichao Li, Haibing Zhang and Youli Xiao原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Chemical proteomics reveal CD147 as a functional target of pseudolaric acid B in human cancer cellsChem. Commun., 2017, 53, 8671, DOI: 10.1039/C7CC04345G导师介绍肖友利http://www.x-mol.com/university/faculty/46692

来源: X-MOL 2017-11-18

杂交链式反应在生物传感、生物成像、生物医药领域中的应用

发展简单、快速、高效、廉价的信号放大技术在生化分析和生物医药等领域具有重要的意义。目前,信号放大机制可分为变温信号放大(如聚合酶链式反应、连接酶链式反应等)和等温信号放大(如滚环复制、DNA链取代反应等)两大类。与变温信号放大机制相比,等温信号放大的方法避免了繁琐的变温程序,操作过程简单易行,已受到广大科研工作者的青睐。杂交链式反应(hybridization chain reaction,HCR)由R. M. Dirks和N. A. Pierce等人于2004年首次提出,是一种基于DNA链取代反应的等温信号放大技术。在HCR体系中,靶分子引发两种DNA茎环交替开环,自组装得到包含大量重复单元的线性双链DNA纳米结构,具有恒温、免酶、放大效率高等优点。最近,青岛大学的毕赛教授、硕士研究生岳淑珍及临沂大学的张书圣教授发表了题为Hybridization chain reaction: a versatile molecular tool for biosensing, bioimaging, and biomedicine 的综述文章,系统总结了HCR的原理及其在生物传感、生物成像和生物医药领域中的应用,并对HCR的发展前景及面临的挑战进行了讨论与展望。该综述首先介绍了HCR的基本原理及序列设计原则,系统总结了HCR产物的可视化检测和分析方法,进而从生物传感、生物成像和生物医药三个领域对近年来HCR的相关工作进行了归纳与总结:在生物传感领域,基于待检测物种类的不同,分别对HCR用于光电信号放大检测核酸、蛋白质、酶活性、细胞和小分子的相关工作进行了分类与归纳;在生物成像领域,分别对基于HCR的原位荧光杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)成像分析和活细胞成像分析的相关研究进展进行了详细阐述;在生物医药领域,着重介绍了基于核酸适体功能化的HCR产物作为药物载体用于靶向诊疗的应用。文章最后总结了HCR的发展前景以及面临的主要问题。该综述对从事生化分析及生物传感相关研究领域的科研工作者具有重要的参考价值和借鉴意义。相关工作发表在Chemical Society Reviews上,并被评选为封底文章。该论文作者为:Pro. Dr. Sai Bi, Shuzhen Yue, Pro. Dr. Shusheng Zhang原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Hybridization chain reaction: a versatile molecular tool for biosensing, bioimaging, and biomedicineChem. Soc. Rev., 2017, 46, 4281, DOI: 10.1039/C7CS00055C导师介绍毕赛http://www.x-mol.com/university/faculty/20846 张书圣http://www.x-mol.com/university/faculty/46686

来源: X-MOL 2017-11-17

调控性非编码RNA以及微型生物信息分析平台构建学习班

2017年11月25-26日 上海课程背景长期以来,研究人员对基因组的关注主要集中在蛋白质编码基因和蛋白质本身,大数据的积累,揭示出人类和其他高等真核生物的遗传物质只有一小部分编码蛋白质,大量的转录产物是功能多样性的RNA分子,其中就包括调控性非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。目前ncRNA研究已是当今生命科学领域发展最迅速的前沿领域之一,尤其是microRNA(miRNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA),环状RNA(circular RNA,circRNA)等。调控性非编码RNA可以通过DNA水平、转录前水平、转录水平、转录后水平、翻译和翻译后水平等途径来调控基因的表达。非编码RNA的挖掘一方面可以通过自己设计实验,通过高通量测序以及随后的生物信息学大数据分析,另一方面也可以利用公共数据资源,围绕自己的课题进行相应的生物信息学分析。非编码RNA研究将从全新角度揭示生命调控的分子机制,并为人类疾病的诊断和防治提供理论依据和新的技术。课程内容、目标与特色与讲师:本次学习提供了一次系统了解调控性非编码RNA的生成机制,调控类型等生物科学知识前沿,也提供了微型生物信息学平台搭建方法和使用技巧,以便为自身科研项目服务。本次学习涵盖拟解决的问题包括:1、调控性非编码概述。2、调控性非编码RNA数据库数据库介绍。3、非编码RNA研究的微型生信平台搭建。4、圈图在非编码RNA中的应用。本次学习老师专注于生物信息学研究十余年,长期活跃于科研一线,熟悉调控性ncRNA的研究现状和研究策略,具有扎实的理论基础和丰富的生物数据处理经验。课程目录本次学习班将结合上机实际操作,对非编码RNA文章写作和数据深入挖掘进行详细介绍;协助构建微型生物信息分析平台,并对Linux操作系统、R语言作图、perl语言和Circos作图进行系统性学习。一、调控性非编码RNA概述(第一天上午)1.1、调控性非编码RNA概念及重要分类1.2、调控性非编码RNA的来源和生成机制1.3、调控性非编码RNA的调控模式1.4、调控性非编码RNA的研究意义1.5、调控性非编码RNA的发现(高通量测序)二、调控性非编码RNA数据库和案例分析(第一天下午)2.1, microRNA: mirbase, targetscan, mirtarbase, RNAhybrid2.2, lncRNA: rdpdb, lncRNAdb, LNCipedia2.3, circRNA: circBase, CircInteractome, circRNADb三、非编码RNA研究的微型生信平台搭建(第二天上午)3.1、linux环境熟悉(cygwin安装,基本linux命令)3.2、perl语言学习(perl和bioperl安装,利用bioperl从数据库下载序列)3.3、R语言作图(R包安装,利用pheatmap绘制热图)四、圈图在非编码RNA中的应用(第二天下午)4.1、文献中的圈图4.2、微型生信平台中安装circos4.3、circos绘制圈图五、讨论和答疑(第二天下午)主办单位上海玮瑜生物科技有限公司;上海服淡信息科技有限公司时间地点2017年11月25日-26日  24日报到  田林宾馆  (徐汇区田林路1号)住宿酒店田林宾馆:标准间380元/间   合住190元/间   注册费用 2600元/人。授课期间发放纸质邀请函(盖章)和发票。按交费先后顺序确定座位号。会务期间提供午餐,晚餐自理。付款方式A:汇款账户账户名称:上海服淡信息科技有限公司账户号:31578103002581719开户行:上海银行桃浦支行 B:支付宝转账收款人:wybiot@163.com支付宝户名:上海玮瑜生物科技有限公司C:刷卡或现金支持公务卡汇款时写上您的姓名,如果朋友代付一定要注明您本人的名字,便于好查询。疑问咨询联系人:谢老师 13611825136报名邮箱: wybiot@126.com报名方式:

来源: X-MOL 2017-11-12

洗苹果,去农药残留,科学家教你靠谱小妙招

随着生活水平的提高,人们不仅要吃饱穿暖,更要吃的健康,食品安全也成了关乎国计民生的大事。作为日常生活少不了的水果和蔬菜,不少人都担心农业生产过程中的农药还残留其上,于是乎,各种去农药残留的洗菜洗水果妙招充斥朋友圈,有用洗洁精的,有用盐的,有用醋的,有用小苏打的,不一而足。更有甚者斥资动辄成百上千块购入“果蔬清洗机”,在各种诸如“臭氧”、“高能离子”、“等离子”等等看起来很唬人的术语的包围下,洗水果和洗蔬菜也变得高大上了起来。某购物网站“双十一”标价3980元的果蔬清洗机,宣传图及原理示意图。图片来自网络不得不说,这些厂家很善于抓住消费者的心理痛点。至于机器是否有效果,笔者没有用过,没有做过对照实验,无法评价。那么,便宜的小妙招是不是就没有效果呢?也不一定。近期,美国马萨诸塞大学阿默斯特分校(UMass Amherst)的Lili He教授团队发现,用10 g/L的小苏打(碳酸氢钠,sodium bicarbonate)溶液浸泡苹果12-15分钟,然后再用清水冲洗,就可以完全除去苹果表面上的两种常见农药噻苯唑(thiabendazole)和亚胺硫磷(phosmet)。该论文发表在美国化学会(ACS)旗下期刊J. Agric. Food Chem.上,Tianxi Yang为论文第一作者。噻苯唑和亚胺硫磷的结构。图片来自网络Lili He教授团队的研究重点是开发和应用先进的分析技术去监测或分析食品污染。在这篇论文中,研究者通过表面增强拉曼光谱(SERS)和液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)测定了不同洗涤剂去除苹果上农药残留的效果。在加入金纳米颗粒之后,这一方法能分析苹果表面以及渗入苹果内部的农药残留量(下图)。测定方法过程示意图。图片来源:J. Agric. Food Chem.研究者首先对苹果施以噻苯唑和亚胺硫磷,用量为125 ng/cm2,和果农们常用的浓度差不多。24小时之后,再用不同洗涤剂清洗,并测定农药残留的量。分析结果表明,与自来水或Clorox漂白剂相比,小苏打溶液去除苹果表面的农药残留效果最好。用10 g/L的小苏打溶液浸泡苹果12-15分钟,然后再用清水冲洗,就可以完全除去苹果表面上的噻苯唑和亚胺硫磷。研究者认为,在小苏打的存在下,噻苯唑和亚胺硫磷会降解,这有助于清洗时对残留物的物理去除。分析结果还表明,所用噻苯唑的20%以及亚胺硫磷的4.4%在在24小时之后已经渗透到苹果内部。在苹果皮中,噻苯唑渗透的深度为80微米左右,是亚胺硫磷的4倍,这导致了苹果内部残留了更多的噻苯唑。更糟糕的是,对于这些渗入苹果的农药残留,无论是小苏打溶液,还是自来水或Clorox漂白剂,去除能力都大打折扣。算上这些渗入苹果内部的农药残留量,小苏打能够去除噻苯唑残留超过80%,去亚胺硫磷残留超过95%。如果实在是在意这些残留,那还是削皮最为保险。但是,果皮里面含有的营养物质,比如维生素等,也会随之一起被扔掉。尽管绝大多数水果的农药残留都符合规定,但农药残留还是越少摄入越好。用小苏打还是削皮,您准备怎么办呢?原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Effectiveness of Commercial and Homemade Washing Agents in Removing Pesticide Residues on and in ApplesJ. Agric. Food Chem., 2017, 65, 9744-9752, DOI: 10.1021/acs.jafc.7b03118

来源: X-MOL 2017-11-11

张进课题组在Cell Stem Cell上发表论坛评论文章

近日,浙江大学医学院附属第一医院的张进课题组在国际干细胞知名学术期刊Cell Stem Cell(IF=23.394)上发表题为Combining hiPSCs and Human Genetics: Major Applications in Drug Development 的论坛综述文章。该文章阐述了结合干细胞模型和人类遗传学数据来支持新药研发的过程。文章由浙江大学、斯坦福大学、梅奥医学中心、墨尔本大学和美国安进公司从事干细胞和基因组学研究与转化的研究人员共同撰写。hiPSC (human induced pluripotent stem cells)由于具有分化成多种细胞的潜能,已经成为疾病模型建立、疾病机制研究和病人特异性药物功效、药代动力学、毒理检测的重要工具。另一方面,以全基因组测序和GWAS (Genome-wide association studies)分析为基础的人类遗传学已经找到了数以万计的与人类疾病相关联的变异 (variant),这些变异的发现对解释复杂疾病(包括心血管代谢疾病和神经退行性疾病)的发生机理、新药靶点的确认都具有潜在的重要作用。其中一部分稀有的在蛋白质编码区或者基因表达调控区的变异最有可能具有功能和致病性,然而其发生频率很低,甚至是族群特异性的,导致这些在统计学上显著性比较低的变异无法像传统的GWAS方法一样在其他族群得到验证。作者运用hiPSC干细胞模型和CRISPR基因编辑手段更加深入地解析了基于关联分析的GWAS结果。通过编辑变异位点而得到的近等基因系能够充分证明此变异对于疾病的致病性,而不仅仅是相关性。这将为解读人类基因组数据、发现新药靶点提供有力的证据。图1. 干细胞模型与人类遗传学相结合推动新药研发图2. 基于人类遗传学和干细胞模型的逆向药理学文章也系统评论了这一手段面临的挑战和尚未解决的问题,包括低外显率(penetrance)的变异、多基因复杂疾病低效应(effect size)的变异、基因编辑在多重编辑上的挑战以及干细胞分化细胞能否具备生理病理特性和环境因素留下的表观遗传印记等等。文章也提出了一些新药研发应用中可能的解决方案,包括在人类遗传学信息完整的情况下使用以靶点为中心的逆向药理学以及运用单细胞测序技术进行遗传筛选寻找新药靶点。该论文的第一通讯作者是张进研究员。该论文作者为:Jin Zhang, Hu Li, Alan Trounson, Joseph C. Wu, Paul Nioi原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Combining hiPSCs and Human Genetics: Major Applications in Drug DevelopmentCell Stem Cell, 2017, 21, 161, DOI: 10.1016/j.stem.2017.07.012

来源: X-MOL 2017-11-11

Science实锤“病从口入”

俗话说“病从口入”,这种经验之谈究竟有几分科学道理呢?人体内环境其实非常复杂,咱们的肠道里寄生着大量微生物,据说菌落重达几公斤。肠道定居的微生物对维持体内平衡有重要作用。不过,一些时候有潜在致病能力的细菌也会混在其中,诱发肠道炎症,比如肝螺杆菌(Helicobacter hepaticus)。肠道微生物和宿主的免疫系统间有很多联系,有时可维护肠道健康,有时则相反,其结果取决于肠道微生物的种类、免疫应答、宿主的遗传因素和其他环境因素等等。著名杂志《经济学人》(The Economist)曾以“Microbes maketh man”为题专门探讨过微生物对人类的重要性(下图)。图片来源:The Economist对于那些原本就住在肠道里的微生物,我们的免疫系统早已有了应对的措施,某种程度上可以说已经驯服了这些微生物。但如果细菌“外来户”侵入了肠道,肠道的免疫系统可能就有点犯怵了。科学界已经知道口腔里的细菌如果定居到肠道会引起多种炎性疾病,不过人类的口腔里细菌种类也不少,究竟是哪些口腔细菌会给肠道带来麻烦呢?最近,来自日本庆应义塾大学(Keio University)医学院的Kenya Honda和早稻田大学的Masahira Hattori等研究者在Science 杂志发表文章,证明了唾液微生物群落中的克雷伯菌(Klebsiella)移植到肠道中,会诱发慢性肠道炎症。克雷伯菌形态示意图。图片来源:Science为了鉴定出能够移植肠道并持续导致慢性炎症的菌株,研究者将两名克罗恩病(Crohn's disease,又称局限性肠炎)患者的唾液植入无菌小鼠的肠道中。他们发现移植了唾液的小鼠的排泄物与对照组的小鼠不同,主要是肠道T辅助细胞1(T helper 1,TH1)的量有变化。他们发现,一种肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)菌株Kp-2H7是诱导TH1细胞介导的炎性免疫反应的“主犯”。这种克雷伯菌对多种抗生素有抵抗力,包括氨苄青霉素和泰乐菌素。无特定病原体(SPF)的小鼠对Kp-2H7的肠道定植具有抗性,不过用氨苄青霉素或泰乐菌素处理后,Kp-2H7就可以在小鼠肠道中持续存活,同时TH1细胞数量也会增长。尽管来源于口腔的克雷伯菌Kp-2H7在野生型小鼠体内不能诱导结肠炎,但会诱导白细胞介素10(IL-10)缺陷小鼠发生严重的结肠炎症状。这表明微生物和宿主肠道免疫系统发生相互作用时,是否发生有害的炎症反应还取决于一些特定的情况,比如抗生素诱导的微生物群落扰动或者宿主的遗传因素。野生型小鼠的肠道不受克雷伯菌Kp-2H7影响,但IL-10缺陷小鼠则会因Kp-2H7产生炎症。图片来源:Science肠道微生物能够调节宿主先天性免疫和获得性免疫两种免疫应答方式,甚至会影响宿主对某种治疗方式(如癌症免疫疗法)的响应性。在我们的免疫系统中,不同的病原体会诱导不同类型T细胞亚型的极化。有意思的是,迁移到肠道的克雷伯菌Kp-2H7不影响抗炎的调节性T细胞,反而会诱导肠道炎性TH1细胞的产生,这说明其中的机制或许与众不同。越来越多的证据表明,口腔和肠道微生物生物群对于非肠道炎性疾病,如心血管疾病、自身免疫性脑脊髓炎和关节炎的发作和进展都具有显著影响,其中的关键就是诱导产生可迁移到远处发炎组织的炎性免疫细胞。为了研究克雷伯菌Kp-2H7诱导的TH1细胞介导炎症反应的机制,研究者使用了几种缺乏某些先天性免疫应答和获得性免疫应答的小鼠模型。他们发现,树突细胞(DC)通过Toll样受体4(TLR4)信号通路诱导了这种特异性的TH1细胞免疫应答。而且,受TLR4信号激活的上皮细胞会产生白细胞介素-18(IL-18),能进一步放大这种TH1细胞免疫应答。口腔细菌诱发慢性肠炎的机制。图片来源:Science研究者还发现了与Kp-2H7十分类似的另一种克雷伯菌(Klebsiella aeromobilis)菌株Ka-11E12,它来自一位溃疡性结肠炎患者的唾液样本,对抗生素有耐药性,可诱导特异性的TH1细胞免疫应答,还可在IL-10缺陷小鼠中引发严重的肠道炎症。更惊人的是,一种来自健康人唾液样品的肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)菌株Kp-40B3,也可以在肠道中诱导类似的TH1细胞免疫应答。这说明其他克雷伯菌菌株或者克雷伯菌以外的其他细菌,都可能是类似的潜在炎性肠道疾病的病原体。(赶快去立项啊……)这一结果在临床上意义重大,这是科学家第一次如此清晰而有力地证明来自口腔的细菌能直接导致肠道疾病,并且也可能参与其他很多疾病的病理过程。“病从口入”不再只是一句经验之谈,而是有了坚实的科学证据。同期Science 上还刊登了中国医学科学院曹雪涛院士对这一工作的评论文章“Intestinal inflammation induced by oral bacteria”(Science, 2017, 358, 308-309)。此外,这一研究也再次证明了微生物群落对人类的重要性。哪些微生物是人体的“友好居民”?哪些是“不法分子”?人体的免疫系统如何识别?这些问题都有待更多的研究去探讨。但毫无疑问的是,微生物群落对维持人体肠道稳态和身体健康起到了关键作用,这对药物研发和用药安全都是重要的启示。原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Ectopic colonization of oral bacteria in the intestine drives TH1 cell induction and inflammationScience, 2017, 358, 359-365, DOI: 10.1126/science.aan4526(本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2017-11-07

生物杂化马达:纳米世界的“海豚救生员”

海豚是一种具有高智商的动物,海豚与人类的许多相似之处一直为人津津乐道,特别是将落水者推回岸边,让海豚获得了“海上救生员”的美誉。而在纳米尺度中,科学家同样能够通过化学、生物等手段,将免疫细胞与合成载体整合成生物杂化马达,充当“体内清道夫”的角色。这些杂化马达能够像海豚一样,将载荷运输到病变部位再完成释放,达到智能运输的目的。哈尔滨工业大学的贺强教授(点击查看介绍)研究团队在国际上首次将天然活性中性粒细胞和具有高载药能力的人工合成介孔硅纳米粒子结合,成功地构筑了趋化性导向的自驱动生物杂化马达,有望实现微纳米马达在生物体内的自寻药物靶向运输。该研究成果以“趋化性导向的中性粒细胞杂化马达用于药物主动靶向运输”为题发表于国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition。A. 生物杂化马达趋化运动及靶向治疗示意图;B. 有无大肠杆菌情形下生物杂化马达运动对比,为激光共聚焦扫描显微镜照片;C. 有无大肠杆菌情形下杂化马达运动轨迹对比;D. 生物杂化马达运动中转动角分布统计。正如许多科幻小说和电影所描述的情节,构筑能够在血液中自主行走并完成药物靶向运输等复杂任务的微纳米机器一直是人类的梦想。近年来,科学家们发展了一系列基于原位化学反应或者外物理场驱动的人造微纳米马达,但还难以像天然生物马达那样高效而自主地游向病变部位并实现药物的可控释放。解决这一难题的思路是取法自然,即直接利用自然界中具有自主运动功能的生物马达,如人体免疫组织中具有趋化性的中性粒细胞。中性粒细胞作为生物免疫系统中的重要的一员,具有优异的化学驱向性及吞噬能力,可以通过化学信号的诱导、迁移并聚集到炎症或感染部位。然而,如何引入必要的人造组分构筑生物杂化马达又不丧失生物马达原有的生物活性和趋向性仍是一个巨大的挑战。通过进一步向自然界学习,贺强研究团队巧妙地引入天然的大肠杆菌细胞膜对人造纳米粒子进行表面伪装,很好地解决了这一难题。研究表明,通过大肠杆菌细胞膜对介孔硅纳米粒子的生物界面化修饰显著提高了中性粒细胞对介孔硅纳米粒子的摄入量,并有效封装了介孔硅内部的药物分子,避免药物分子泄露对中性粒细胞的毒副作用。该生物杂化马达能够沿着细菌释放的化学驱化因子梯度进行定向迁移,实现了马达对病变部位的主动寻找和药物的主动靶向运输,为生物杂化马达的设计和构造提供了的新途径。该论文作者为:Dr. Jingxin Shao, Dr. Mingjun Xuan, Hongyue Zhang, Dr. Xiankun Lin, Dr. Zhiguang Wu, Prof. Qiang He原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Chemotaxis-Guided Hybrid Neutrophil Micromotors for Targeted Drug TransportAngew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12935, DOI: 10.1002/anie.201706570导师介绍贺强http://www.x-mol.com/university/faculty/46676

来源: X-MOL 2017-11-06
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