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合成生物学赋能:从学科发展到产业转化

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 851-861页

作者：熊燕马雪晴陈大明刘晓赵国屏中国科学院上海营养与健康研究所上海生命科学信息中心上海200031 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海营养与健康研究所生物医学大数据中心上海200031 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不... 详细信息

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不仅颠覆了从整体到局部的“格物致知—还原论”的传统研究策略,还开启了理解生命本质的“建物致知”新文化。同时,合成生物学将生物技术由“模拟自然过程”和“遗传工程改造”上升至“定量理性设计”和“标准化构建测试”的高度,推动生物工程和代谢工程朝着对标生命过程的高效率、普适性的工程化“重编程”,甚至是“从头构建”的新高度,以实现“建物致用”的目标。文章梳理了合成生物学近年来在生命科学基础研究中“建物致知”方面的重要进展,列举了其在化工、医药、食品、环境等应用领域中“建物致用”的具体案例,展现了合成生物学对人类社会全面发展正在发挥的重大影响,强调了为确保合成生物学的健康、快速发展,构建会聚生态系统与治理体系的重要性。

关键词：合成生物学赋能会聚创新生态系统

孕期微生物:解密母体微生态,为母婴健康保驾护航

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科学通报 2024年第17期69卷 2321-2323页

作者：肖力文周田左振强孙宁霞赵方庆中国科学院北京生命科学研究院北京100101 海军军医大学第二附属医院生殖医学中心上海200003 中国科学院大学杭州高等研究院系统生物学重点实验室杭州310024 中国科学院大学北京100049

怀孕是女性生命中的一段重要时光,是每位准妈妈生命中的一段特殊旅程,它不仅伴随着母亲身体的巨大变化,还涉及母亲微生物组在体内的复杂互动[1,2].微生物组是指生活在我们身体内外的微小生物的总体,包括细菌、真菌和病毒等.这些微生物... 详细信息

怀孕是女性生命中的一段重要时光,是每位准妈妈生命中的一段特殊旅程,它不仅伴随着母亲身体的巨大变化,还涉及母亲微生物组在体内的复杂互动[1,2].微生物组是指生活在我们身体内外的微小生物的总体,包括细菌、真菌和病毒等.这些微生物在我们的身体中扮演着关键的角色,影响着我们的健康和疾病的发生发展[3,4].孕期女性体内存在着庞大而复杂的微生物群落.这一群落包括了肠道、阴道和口腔等多个部位的微生物,它们与孕妇的健康和胎儿的发育息息相关[5,6].

关键词：微生物组女性生命微生物群落母婴健康微生态准妈妈

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多主体协作的分布式大型队列的组织与管理模式研究——以欧洲EPIC队列为例

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科技导报 2024年

作者：孙学会李伟周晟徐萍许丽复旦大学生命科学学院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

大型队列已成为生物医药与公共卫生领域重要的开放性科研基础设施和卫生决策支撑平台，其意义不断凸显，多国已布局大型队列建设。聚焦典型的多主体协作的联盟式大型队列——欧洲癌症与营养前瞻性调查（EPIC）项目，分析其组织机制、经... 详细信息

大型队列已成为生物医药与公共卫生领域重要的开放性科研基础设施和卫生决策支撑平台，其意义不断凸显，多国已布局大型队列建设。聚焦典型的多主体协作的联盟式大型队列——欧洲癌症与营养前瞻性调查（EPIC）项目，分析其组织机制、经费来源、建设模式、标准化方案以及资源管理与共享策略等，剖析其成功实施与运行的关键，以期为建设多主体协作的综合性、共享开放的大型队列提供经验借鉴。分析显示，多主体协作的联盟分布式大型队列建设需要持续的投入和长效科研机制的保障，且通过前瞻顶层设计、建立协调统一的管理机制、开展标准全面的数据和生物样本收集、建立完善的政策保障体系，才可确保其持续、高质量建设。建议中国由政府主导规划并科学设计，建立一体化的大型队列组织和管理体系；设立专项进行长期稳定支持，确保大型队列的持续、高质量建设；建立标准统一的建设与管理方案，保证大型队列资源的规范化和系统化；提高数据资源规模、类型和质量，建立开放共享的高质量大型队列；探索建立合理的人类遗传资源保护和知识产权管理制度。

关键词：多主体协作大型队列建设模式管理机制

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磁场对血红蛋白氧合速率的影响

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：刘颜方彦雯张欣谢灿中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心安徽医科大学生命科学学院和也健康科技有限公司

目的血红蛋白是高等动物体内运输氧气的载体蛋白，本工作拟探究磁场对血红蛋白氧合的影响，并比较人和牦牛血红蛋白在磁场下氧合的差异。方法 1）构建人和牦牛血红蛋白的重组表达纯化系统；2）分别将人和牦牛脱氧血红蛋白置于地磁场或... 详细信息

目的血红蛋白是高等动物体内运输氧气的载体蛋白，本工作拟探究磁场对血红蛋白氧合的影响，并比较人和牦牛血红蛋白在磁场下氧合的差异。方法 1）构建人和牦牛血红蛋白的重组表达纯化系统；2）分别将人和牦牛脱氧血红蛋白置于地磁场或外加磁场下，通过收集紫外可见光谱数据，计算氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和高铁血红蛋白三种组分的浓度和比例，分析磁场对血红蛋白氧合速率的影响；3）使用超导量子干涉磁测量系统SQUID对人氧合血红蛋白和人脱氧血红蛋白进行磁性测量，探讨磁场影响血红蛋白氧合速率的可能机制。结果利用大肠杆菌原核表达系统成功表达并纯化得到了人和牦牛的血红蛋白样品。发现牦牛血红蛋白比人血红蛋白的氧合速率更快，外加0.3T静磁场显著提高了血红蛋白的氧合速率，且牦牛血红蛋白比人血红蛋白对磁场更为敏感。结论本研究成功表达和纯化了人和牦牛血红蛋白，发现磁场促进了血红蛋白的氧合过程。磁场对血红蛋白氧合速率的影响可能与血红蛋白本身的磁学性质有关。这些发现为未来使用外加磁场作为辅助手段改善低氧症状提供了理论支撑，有望在临床中发挥作用。

关键词：血红蛋白磁场人血红蛋白牦牛血红蛋白氧合速率

3种平台Delta-Omicron嵌合RBD二聚体新型冠状病毒疫苗的免疫原性头对头比较

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科学通报 2024年第10期69卷 1351-1360页

作者：杨康吉徐坤张丽君韩雨旋周东明夏乾峰戴连攀高福海南医学院热带医学院热带转化医学教育部重点实验室海口571199 中国科学院北京生命科学研究院免疫与健康联合研究中心北京100101 中国科学院微生物研究所中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室北京100101 天津医科大学基础医学院天津300070

新型冠状病毒(新冠病毒)在全球范围内流行,对公共卫生和人民生命健康造成了巨大威胁,新冠病毒疫苗的研发和使用对预防疾病和控制疫情起到了关键作用.基于包括重组蛋白亚单位、病毒载体、mRNA脂纳米颗粒在内的多种技术平台开发的疫苗都... 详细信息

新型冠状病毒(新冠病毒)在全球范围内流行,对公共卫生和人民生命健康造成了巨大威胁,新冠病毒疫苗的研发和使用对预防疾病和控制疫情起到了关键作用.基于包括重组蛋白亚单位、病毒载体、mRNA脂纳米颗粒在内的多种技术平台开发的疫苗都获得了使用.然而,由于抗原设计的差异、免疫剂量和注射间隔的差别,不同疫苗平台之间的免疫效果无法直接比较.因此,本研究以Delta-Omicron嵌合RBD二聚体为免疫原,对广泛使用的3个疫苗平台(重组蛋白亚单位疫苗、腺病毒载体疫苗和mRNA疫苗)进行了免疫原性头对头比较,通过小鼠模型比较了它们同源接种和序贯接种所诱导的体液免疫和细胞免疫反应的差异.结果显示,小鼠在免疫同源的两剂疫苗后,m RNA疫苗诱导的结合抗体和中和抗体滴度都最高,其次分别是重组蛋白亚单位疫苗和腺病毒载体疫苗;异源加强免疫的结果显示,不管是以重组蛋白亚单位疫苗、腺病毒载体疫苗或者mRNA疫苗初免,以mRNA疫苗作为第2针加强免疫均能诱导更强的体液免疫反应.此外,在疫苗激发的细胞免疫方面,mRNA疫苗诱导了较强的CD4^(+)T细胞反应,腺病毒载体疫苗诱导了较强的CD8^(+)T细胞反应,而亚单位疫苗刺激的细胞免疫反应以CD4^(+)T细胞为主,但在强度上较弱.本研究具有重要的应用价值,为未来新一代的新冠病毒疫苗研发和接种策略提供了指导.

关键词：新型冠状病毒亚单位疫苗腺病毒载体疫苗 m RNA疫苗抗体 T细胞

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生命大科学:从微观到介观的组学研究

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 832-839页

作者：吴家睿中国科学院分子细胞科学卓越创新中心上海200031 上海交通大学主动健康战略与发展研究院上海200030

世纪之交的“人类基因组计划”开启了生命大科学的研究新时代,形成了以整体性高通量研究为特征的各种生命组学。最初的组学研究主要在分子层次上展开,如基因组学、转录组学、蛋白质组学等,表现出数据驱动的研究新范式。随着研究技术的发... 详细信息

世纪之交的“人类基因组计划”开启了生命大科学的研究新时代,形成了以整体性高通量研究为特征的各种生命组学。最初的组学研究主要在分子层次上展开,如基因组学、转录组学、蛋白质组学等,表现出数据驱动的研究新范式。随着研究技术的发展,组学研究上升到介观层次,其核心是2017年启动的“人类细胞图谱”计划。目前,研究者已经能够在组织器官乃至个体水平开展组学研究,通过整合不同层次的组学数据来认识生命复杂系统。

关键词：生命大科学组学细胞图谱空间组学大数据

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2023年数字健康发展态势

生命科学 2024年第1期36卷 81-93页

作者：李祯祺靳晨琦李伟杨若南徐萍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 中国科学院大学北京100049

在医疗健康技术与数字技术的双重驱动下,数字健康领域迅速崛起,为维护人民生命健康、改善国民诊疗体验提供了全新的解决方案。随着社会经济的发展、消费结构的优化、人口老龄化及城镇化的深入推进,数字健康的应用场景日新月异,发展前景... 详细信息

在医疗健康技术与数字技术的双重驱动下,数字健康领域迅速崛起,为维护人民生命健康、改善国民诊疗体验提供了全新的解决方案。随着社会经济的发展、消费结构的优化、人口老龄化及城镇化的深入推进,数字健康的应用场景日新月异,发展前景日益广阔。在2023年,数字健康在科学、技术、产业等方面均取得了显著进步,这得益于政策的扶持、前沿技术的突破以及产品的成功上市。该文旨在从政策规划、科学创新、技术演进、产品研发等多个维度,全面剖析数字健康的最新科技成果,并对其未来的发展方向进行探讨。

关键词：数字健康人工智能数字疗法远程医疗物联网

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2023年基因治疗发展态势分析

生命科学 2024年第1期36卷 111-121页

作者：杨若南徐萍王玥李伟许丽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 中国科学院大学北京100049

基因治疗是指通过在基因水平上操纵或修饰细胞内基因的表达来治疗疾病的一种生物医学手段。近年来,基因治疗技术逐渐成熟,产业化加速,不断有重磅产品获批,已成为生物医药领域继小分子、大分子之后的一条新热门赛道。本文从基础研究、临... 详细信息

基因治疗是指通过在基因水平上操纵或修饰细胞内基因的表达来治疗疾病的一种生物医学手段。近年来,基因治疗技术逐渐成熟,产业化加速,不断有重磅产品获批,已成为生物医药领域继小分子、大分子之后的一条新热门赛道。本文从基础研究、临床研究和产品获批等方面对2023年基因治疗的态势进行了分析,结果发现治疗及递送新技术的不断涌现及疾病生物学研究的深入,推动基因治疗发展进入快车道,适应证范围不断拓展,临床潜力不断获得验证,产品加速上市。2023年,基因替代治疗、基因编辑治疗和RNA治疗等基因疗法先后迎来多款突破性新产品上市,递送技术的开发和优化取得重要进展,同时基因治疗领域潜在的安全风险和有效性仍需进一步的长期跟踪研究;基因治疗的可及性也有待多渠道来进一步提高。最后,本文也对基因治疗领域的未来发展进行了展望。

关键词：基因替代治疗基因编辑治疗 RNA治疗递送技术

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2023年肿瘤精准医学发展态势

生命科学 2024年第1期36卷 63-71页

作者：李伟杨若南徐萍靳晨琦许丽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 中国科学院大学北京100049

肿瘤的高度复杂性和异质性使其治疗面临巨大挑战,而精准医学的发展为其带来新机遇,成为肿瘤医学的重要发展模式。经过几年的发展,肿瘤精准医学不断推进,相关成果持续涌现。该文在系统梳理2023年全球肿瘤精准医学的发展布局与举措,总结... 详细信息

肿瘤的高度复杂性和异质性使其治疗面临巨大挑战,而精准医学的发展为其带来新机遇,成为肿瘤医学的重要发展模式。经过几年的发展,肿瘤精准医学不断推进,相关成果持续涌现。该文在系统梳理2023年全球肿瘤精准医学的发展布局与举措,总结领域发展现状与发展趋势的基础上,展望了肿瘤精准医学领域的未来发展方向。当前,全球已建设多个肿瘤相关的大型人群队列,为肿瘤精准医学的实现提供了重要资源基础。随着精准医学理念的深入和生命组学技术的革新,基因检测、液体活检、伴随诊断等精准诊断技术以及靶向药物、免疫治疗、RNA疗法等先进治疗手段逐渐成熟,不仅推动了对肿瘤发生发展机制的深入解析,使得肿瘤精准分型取得快速突破,并逐渐用于指导临床实践;而且推动了新技术、新应用、新产品的快速突破,从而助推肿瘤精准医学的实现。

关键词：肿瘤精准医学人群队列生命组学分子分型精准防诊治