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国际基因工程机器大赛对本科生科研教育的启示

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生物工程学报 2018年第12期34卷 1923-1930页

作者：吕原野张益豪王博祥李承张浩千欧阳颀北京大学定量生物学中心与生命科学联合中心北京100871 华大基因学院广东深圳518083 北京大学物理学院北京100871

近年来,国际基因工程机器大赛(International genetically engineered machine,iGEM,简称iGEM大赛)在全球迅猛发展。仅2017年iGEM大赛全球注册队伍就达到了史无前例的313支,中国地区有98支iGEM团队报名参赛并取得了优异成绩。与国内已... 详细信息

近年来,国际基因工程机器大赛(International genetically engineered machine,iGEM,简称iGEM大赛)在全球迅猛发展。仅2017年iGEM大赛全球注册队伍就达到了史无前例的313支,中国地区有98支iGEM团队报名参赛并取得了优异成绩。与国内已有的诸多大学生创新项目、科研培养项目不同,iGEM的组织模式是以学生为主体的研究型学习。该模式取得了丰富的教育效果,体现了新的教育理念,对于我国高校组织本科生课外科研训练有较大的借鉴意义。文中以北京大学参加iGEM大赛为线索,介绍国际基因工程机器大赛(iGEM)的背景和基本情况并以一个参赛周期为序再现北京大学iGEM团队组织和参赛的主要过程。通过与其他本科生科研训练的组织模式进行比较,探讨iGEM对本科生科研训练意义,并总结iGEM的组织经验和对本科生科研能力培养以及组织本科生科研学术竞赛的启示,希望能为国内高校的iGEM活动组织以及本科教育改革提供借鉴。

关键词： iGEM,合成生物学,研究式学习,国际基因工程机器大赛,基因工程

利用冷冻电镜研究蛋白质机器的非平衡统计物理

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物理学报 2024年第13期73卷 1-8页

作者：杨添欧阳颀北京大学物理学院北京100871 北京大学定量生物学中心北京100871

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方... 详细信息

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方法来分析蛋白质的构象分布并进一步推测其热力学性质.然而,利用冷冻电镜技术直接对蛋白质的动力学过程作观测与定量分析的方法还在发展的初级阶段.本文选取了一个理想的蛋白质系统,即蓝藻生物钟蛋白对冷冻电镜分析蛋白质非平衡过程的可能性进行探索.基于已有的实验数据,将蓝藻生物钟蛋白KaiC的平衡态统计物理模型推广至非平衡态,对KaiC蛋白处于非平衡态时的动力学特征进行预测.基于动力学预测结果,本文揭示了冷冻电镜技术具有分析蓝藻生物钟蛋白的非平衡过程的可能,为进一步的冷冻电镜实验提供了理论依据.

关键词：蛋白质动力学非平衡态统计物理冷冻电镜

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芽殖酵母细胞周期过程不同时期的定量观测

北京大学学报（自然科学版） 2019年第4期55卷 609-614页

作者：张志温李方廷北京大学物理学院北京大学定量生物学中心

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... 详细信息

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。

关键词：芽殖酵母单细胞观测细胞周期时间标记

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生物正交标记反应研究进展

化学学报 2015年第8期73卷 783-792页

作者：杨麦云陈鹏北京大学化学生物学系北大一清华生命科学联合中心北京100871

对活体生物大分子进行特异性标记是一项具有挑战性的工作,它要求这类化学反应能够在生理条件下高效特异地进行,不会与生物体系中存在的各种活性物质发生副反应.最近十几年开发的生物正交反应能够比较好地满足这些要求,它们在生物分子标... 详细信息

对活体生物大分子进行特异性标记是一项具有挑战性的工作,它要求这类化学反应能够在生理条件下高效特异地进行,不会与生物体系中存在的各种活性物质发生副反应.最近十几年开发的生物正交反应能够比较好地满足这些要求,它们在生物分子标记方面的应用拓展了我们对细胞内生物体系的理解.主要介绍那些应用广泛且可以用于活体细胞标记的生物正交反应.重点介绍通过位点特异性引入生物正交官能团来进行选择性标记细胞内目标蛋白质的策略.同时,我们根据使用催化剂类型对这些生物正交反应进行分类,并且列表比较它们的差异,以便于研究者挑选合适的反应.最后对生物正交反应的开发和进一步应用进行了展望.

关键词：生物正交反应活体细胞蛋白质标记位点特异性非天然氨基酸

异甘草素改善2型糖尿病所致异常内质网应激机制研究

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药学学报 2025年第01期 130-140页

作者：赖恺怡丁文文张佳瑜杨晓雪高文博肖瑶刘颖北京中医药大学生命科学学院北京中医药大学中药学院

异甘草素(isoliquiritigenin, ISL)是甘草中提取的查尔酮类化合物,具有抗糖尿病、抗癌及抗氧化等多种生物活性。课题组前期研究发现, ISL可降低2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)小鼠的血糖水平,改善T2DM引起的糖脂代谢和能量... 详细信息

异甘草素(isoliquiritigenin, ISL)是甘草中提取的查尔酮类化合物,具有抗糖尿病、抗癌及抗氧化等多种生物活性。课题组前期研究发现, ISL可降低2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)小鼠的血糖水平,改善T2DM引起的糖脂代谢和能量代谢紊乱,本文拟进一步探究ISL缓解T2DM所致异常内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)的效果并解析其分子机制。体内实验采用8周龄SPF级雄性C57BL/6J小鼠,通过饲喂高脂高糖饮食结合腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin, STZ)构建T2DM动物模型,动物福利和实验过程均遵循北京中医药大学实验动物伦理委员会规定(批准号:BUCM-2022021503-1134);体外实验采用人肝癌HepG2细胞,以衣霉素(tunicamycin, TM)诱导ERS细胞模型。利用转录组测序分析ISL对T2DM小鼠肝脏基因转录水平的影响;采用实时荧光定量PCR (real-time quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)检测ISL对ERS关键基因的调控作用;采用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)、蛋白质印迹法(Western blot, WB)以及免疫荧光技术检测ISL对ERS关键蛋白的调控作用。实验结果表明:ISL可显著下调ERS关键基因的表达,降低葡萄糖调节蛋白78 (glucose-regulated protein 78, GRP78)的水平,并抑制蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase, PERK)的磷酸化,从而缓解T2DM所致异常ERS;同时, ISL可提高胰岛素受体底物(insulin receptor substrate, IRS) 1和IRS2的蛋白水平,促进蛋白激酶B (protein kinase B, Akt)的磷酸化,改善胰岛素敏感性。综上, ISL可通过改善ERS和胰岛素敏感性,缓解T2DM相关症状。

关键词：异甘草素 2型糖尿病内质网应激胰岛素敏感性糖代谢

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真核细胞DNA复制的多层级调控

生物化学与生物物理进展 2024年第10期51卷 2717-2729页

作者：张丁峥嵘刘阳刘栩豪胡家志北京大学生命科学学院北大-清华生命科学联合中心北京100871

DNA复制是生命体最基础的代谢过程。在人细胞中,数千个DNA复制源在染色质环境下被同时激活,共同起始DNA复制过程并完成基因组的拷贝。复制过程有组织地进行,既受到染色质环境的约束和调控,又需协调与其他DNA代谢事件的关系,以保证基因组... 详细信息

DNA复制是生命体最基础的代谢过程。在人细胞中,数千个DNA复制源在染色质环境下被同时激活,共同起始DNA复制过程并完成基因组的拷贝。复制过程有组织地进行,既受到染色质环境的约束和调控,又需协调与其他DNA代谢事件的关系,以保证基因组DNA和表观遗传信息准确且稳定地继承。随着研究技术的发展和研究数据的积累,系统性、整体性地研究真核细胞,尤其是哺乳动物细胞,在复杂染色质环境下的DNA复制是未来的研究趋势。本文将从多个角度总结真核DNA复制在染色质环境中的多层级调控模式,期望为今后的研究带来启示。

关键词： DNA复制染色质环境多层级调控

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通用域适应综述

计算机研究与发展 2024年第1期61卷 120-144页

作者：何秋妍邓明华北京大学数学科学学院北京100871 北京大学统计科学中心北京100871 北京大学定量生物学中心北京100871

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,... 详细信息

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.

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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生物分子液-液相分离的物理化学机制

物理化学学报 2020年第1期36卷 154-168页

作者：张长胜来鲁华北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所分子动态与稳态结构国家重点实验室北京分子科学国家研究中心北京100871 北京大学定量生物学中心北京大学-清华大学生命科学联合中心北京100871

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、... 详细信息

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。

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

化毒为药：三氧化二砷对急性早幼粒白血病治疗作用的发现

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中国科学：生命科学 2013年第6期43卷 700-707页

作者：饶毅黎润红张大庆北京大学生命科学学院北京大学-清华大学生命科学联合中心北京100871 北京大学医学部北京100871

在三氧化二砷(arsenic trioxide,ATO)被视为"对急性早幼粒白血病(APL)病人最为有效的单体"的情况下,令人惊讶的是:最重要的发现者鲜为人知,其原始论文迄今未被一篇英文研究论文所引用.该发现产生于20世纪70年代初期,当时大多数中国科学... 详细信息

在三氧化二砷(arsenic trioxide,ATO)被视为"对急性早幼粒白血病(APL)病人最为有效的单体"的情况下,令人惊讶的是:最重要的发现者鲜为人知,其原始论文迄今未被一篇英文研究论文所引用.该发现产生于20世纪70年代初期,当时大多数中国科学家和医生处于困难时期.始于乡村中医针对性含糊的复方,张亭栋与同事于20世纪70年代提出复方中单一的化学分子起作用、其最敏感对象为APL.张亭栋和同事20多年的工作扫除了"能否"和"如何"有效使用ATO的困惑.此后中国和西方的其他研究者跟随张亭栋等的先驱工作.张亭栋小组回顾性分析自己的资料证明APL确实为ATO最敏感的对象.张亭栋所在医院另一研究组将原本微量的氯化亚汞从配方中完全去除证明ATO单独可以治疗APL.1998年西方研究者发表重复和证明中国发现的论文导致ATO疗法被广泛接受.不过,ATO相关英文论文的西方或中国作者皆未引用张亭栋等在20世纪70年代的文章.本文集中介绍张亭栋等的早期文献,但也提示进一步研究和验证中国报道ATO对其他肿瘤的作用,认为中国刊物发表的一些发现可能对病人有相当价值,其他国家的医生可能得益于有最大病人群落的中国医生之临床经验.

关键词：白血病砒霜三氧化二砷张亭栋

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