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关键词： 科学技术   人工智能   基因工程   幽灵   袪魅   复魅  

摘要： 科学技术正在以加速度的方式蜂拥而来,组成生活的基本架构与内在网络。尽管现代性的一系列特征均与作为"袪魅"主角的科学技术存在不可分割的联系,哲学或者美学等人文学科对科学技术的回应始终表现出犹豫和不安,忧惧于科学技术所指征的工具理性将淹没价值理性从而造成人的异化或物化,人工智能和生物医学技术的发展再一次激活和加剧了这种不安。科学技术正在从袪魅的主角变身为复魅的对象和充当新的神祇,而社会科学与自然科学对于这些问题的思考则远未充分和深入。人文学科应积极回应科学技术发展所带来的种种创变及议题,结合历史条件与社会关系评价科学技术的意义。对于人的价值保持特殊的敏感,是乐观地对待科学技术的必要前提。

关键词： 协同创新   中国工程院   材料基因工程   大数据技术   高端论坛   前沿技术   国际交流   基础理论  

摘要： 材料基因工程是近年来国际材料领域兴起的颠覆性前沿技术,它的基本理念是融合材料高通量计算、高通量实验和材料大数据技术,通过协同创新,加速新材料的设计和研发。不久前,中国工程院国际工程科技战略高端论坛暨第三届材料基因工程高层论坛顺利举行。论坛旨在进一步促进材料基因工程基础理论、前沿技术和关键装备的发展和应用,加强国际交流,加速我国新材料的研发和应用。

关键词： 狂犬病   糖蛋白   重组表达   基因工程疫苗  

摘要： 狂犬病病毒糖蛋白(RVGP)是唯一暴露于病毒颗粒表面的抗原,能够诱导宿主产生中和抗体,也是唯一存在于所有新型狂犬病疫苗中的病毒成分。本文综述了国内外学者利用原核系统,以及包括酵母系统、植物系统、昆虫细胞系统在内的真核系统和哺乳动物细胞系统、病毒载体系统来表达具有免疫原性的重组狂犬病病毒糖蛋白(rRVGP),并对其与天然RVGP在结构和激发机体免疫反应方面的相似性进行的相关研究,为狂犬病基因工程新型疫苗提供研究思路。

关键词： 猪瘟病毒   亚单位疫苗   HEK-293T-E2   抗CSFV抗体   免疫效果评价  

摘要： 猪瘟E2基因工程亚单位疫苗能诱导机体产生抗CSFV中和抗体,被认为是最具应用前景的新型猪瘟疫苗。本研究利用稳定表达重组CSFV E2蛋白的细胞系HEK-293T-E2,制备E2亚单位疫苗并在动物体内检测其免疫原性。结果显示,制备的E2亚单位疫苗能成功诱导试验兔和仔猪产生抗CSFV抗体,相比对照组,试验动物能够抵抗猪瘟标准强毒石门株的攻击,并且没有产生体温升高及其他不良反应,证实了该疫苗的有效性和安全性。本研究为新型猪瘟亚单位疫苗的研发提供了重要线索。

关键词： 人胚胎干细胞   小克隆传代法   单细胞传代法   脂质体转染   转染效率  

摘要： 背景:现有方法将外源分子如DNA导入到人胚胎干细胞用于科学研究的效率普遍较低,如何优化现有条件,提高转染效率显得尤为重要。目的:比较两种不同的传代方法对人胚胎干细胞系H9转染效率的影响,优化胚胎干细胞转染条件。方法:人胚胎干细胞系H9分别采用小克隆传代法和单细胞传代法进行传代,传代后继续培养细胞48 h,用Lipofectamine 3000转染pAdTrack-AKT1荧光质粒2 d后,荧光显微镜下观察荧光质粒的表达,流式细胞仪检测人胚胎干细胞的转染效率;RT-qPCR和Western blot分别检测转染后AKT1在mRNA和蛋白质水平的表达。结果与结论:①荧光显微镜下观察发现单细胞传代组表达荧光质粒的细胞数量更多,流式细胞仪检测单细胞传代法的转染效率[(47.18±2.00)%]高于小克隆传代法的转染效率[(19.52±0.86)%],差异有显著性意义(P<0.01);②单细胞传代组转染后AKT1 mRNA和蛋白的表达均高于小克隆传代组,差异有显著性意义(P<0.01);③结果表明,采用单细胞传代法,增加细胞与转染试剂脂质体的接触面积可提高人胚胎干细胞的转染效率。

关键词： 人类胚胎干细胞   基因敲除   HLA-G   免疫原性  

摘要： 人多能干细胞(human pluripotent stem cells,hPSCs)具有在体外维持环境下自我更新及在特定分化条件下分化为三胚层细胞谱系的能力。因此,hPSCs可以作为理想的种子细胞为再生医学提供细胞移植所需的各类功能谱系。然而,hPSCs及其分化产生的功能谱系具有免疫原性,即移植由hPSCs分化获得的细胞/组织会诱发受体患者体内的同种异体免疫排斥反应,造成移植物的死亡。因此,构建低免疫原性hPSCs已经成为推动细胞替代治疗的核心环节。作为哺乳动物中普遍存在的最有效的同种异体免疫抑制案例,绒毛外滋养层细胞与母体子宫蜕膜直接接触,但是母胎屏障的存在有效地保护了作为同种异体抗原的胎儿免受来自母体免疫系统的攻击。母胎屏障的分子机制与人类白细胞抗原(human leukocyteantigen,HLA)直接相关。而绒毛外滋养外胚层细胞具有不表达HLA-A,-B,低表达HLA-C,高表达HLA-G蛋白质的特点。已有研究证明,该蛋白质分子能够抑制NK细胞、T细胞、DC细胞等多种免疫细胞的激活与杀伤作用。为了构建HLAⅠ表达缺失的hPSCs,我们设计了 B2M基因敲除的编辑方案。B2M是HLAⅠ型分子细胞膜定位的关键分子,敲除B2M的hPSCs的细胞膜表面将不表达任何HLAⅠ型分子。我们首先构建了一个高效、可精确控制且无需供体质粒的双gRNAs基因敲除系统,即通过将一对gRNAs与CRISPR/Cas9共同导入hPSCs,人为造成基因组相邻两个位点产生DSB,这两个DSB的平末端通过无缝连接后,可以产生一个提前终止密码子,从而阻止了非内源性蛋白质的翻译。利用这套双gRNAs敲除系统,我们成功的在人类多能干细胞中敲除了包括SMAD3和β-Catenin在内的十几个基因。另外,针对多个基因的敲除结果显示双gRNAs敲除系统可以同步对多个基因进行高效敲除。对于敲除非编码RNA,我们通过引入双gRNAs切除整段转录MIR1193的DNA序列实现了对该miRNA的敲除以及特异性切除MALAT1启动子核心区域的方案实现了对该lncRNA的敲除。我们设计的双gRNA敲除策略高效,适合敲除编码与非编码基因,可以实现多基因同步敲除,并且敲除后的基因产物可以进行精确预测。基于这一原理,我们成功的使用双gRNA基因敲除系统构建了内源性B2M基因敲除的低免疫原性hPSCs。为了构建细胞膜表面经典型HLAⅠ分子缺失,但是表达非经典型HLA-G的hPSCs,我们通过同源重组方案在人类胚胎干细胞内源性B2M基因的终止密码子位置插入了一段编码连接肽(G4S)4与HLA-G1的DNA序列,并在此细胞系的基础上,利用慢病毒载体,将一段编码B2M-(G4S)3-HLA-G5融合蛋白质的DNA序列引入该细胞系。我们的研究结果证明,B2M敲除hPSCs的细胞膜表面缺失β2m以及HLAⅠ分子。而过表达HLA-G的细胞系则成功表达β2m-HLA-G1与β2m-HLA-G5,其中流式细胞分析检测证明β2m-HLA-G1可以到达细胞膜表面且该融合蛋白的表达受内源性B2M基因启动子的调控,可以响应IFN-y的刺激。Western blot分析证明β2m-HLA-G5可以被分泌到细胞外培养环境中。同时,由于游离内源性β2m蛋白质的缺失,经典型HLAI蛋白质复合物无法完成组装,导致基因修饰后的人类胚胎干细胞系细胞膜表面缺失HLA-A、-B、-C蛋白质。体外与体内的同种异体免疫学实验证明上述表达HLA-G细胞系相较于野生型人类胚胎干细胞具有明显的低免疫原性。相比于B2M基因缺失的细胞系而言,表达HLA-G的细胞系能够更加有效的抑制NK细胞的激活。另外,β2m-HLA-G5分泌蛋白可以显著抑制野生型人类胚胎干细胞对NK细胞的激活,并且可以有效调控免疫细胞分泌的炎症因子。综上所述,我们成功构建了双gRNAs基因编辑系统,实现了在人类多能干细胞中高效,可预测的基因敲除。同时,我们成功实现了在人类多能干细胞中表达膜定位与分泌型的HLA-G蛋白,并且同时阻断了经典型HLAI分子在细胞膜表面的分布。该细胞系可以有效抑制T细胞、NK细胞诱导的免疫排斥,同时可以调节移植物周围的免疫环境,从而为广泛适用型细胞移植物提供了重要的细胞来源。

关键词： 双重免疫荧光技术   复合性状   转基因作物  

摘要： 具有复合性状转基因产品的检测已成为我国转基因监管工作的重要内容。本研究采用双重免疫荧光技术,将绿色荧光染料FITC和红色染料Cy3分别标记转基因外源蛋白PAT/bar和CP4-EPSPS靶标抗体,根据免疫荧光所显示的颜色,简单直观地判别转基因的不同性状。该方法用于具有复合性状的MS8×RF3×GT73油菜种子的检测,灵敏度可达到0.1%。本研究所建立的方法具有简单、直观、高特异性、高灵敏度的特点,能够实现转基因复合性状的鉴定,为我国转基因生物安全管理提供技术支撑。

关键词： 环境污染物   胚胎干细胞   神经发育毒性   心脏发育毒性  

摘要： 随着世界科技的革新和材料科学的发展，越来越多的新型化合物被合成并应用到人们的日常生活当中，这些材料在为人们生活带来便利的同时也对对环境造成了不同程度的危害。以往的毒理学研究中，人们大多关注环境污染物或药物对成体细胞的影响，然而近年来的研究显示，细胞发育的过程往往比成体细胞更为敏感，因此对发育毒性的研究应当受到重视。　　本文首先以持久性有机污染物F-53B和PFOS为例，借助干细胞毒理学研究系统，结合转录组分析技术对二者的发育毒性进行了较为详细地研究。PFOS在2009年已被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》。F-53B作为PFOS的替代物，广泛应用于电镀工业中，用来抑制剧毒酸雾的产生。但由于毒性不明确，其生产和使用并未被限制。目前已经有一些研究显示F-53B和PFOS暴露会对神经和心脏的发育造成不良影响，但证据较为匮乏。　　使用小鼠拟胚体分化模型，研究了F-53B和PFOS对胚胎早期发育过程的影响。实验结果显示，非致死浓度的F-53B和PFOS处理会干扰外胚层标志基因Fgf5、Krt14、中胚层标志基因T、Mesp1和内胚层标志基因Sox17的表达，暗示F-53B和PFOS对于胚胎发育早期的各种过程均有影响。　　F-53B和PFOS处理能够抑制拟胚体分化过程中外胚层的分化，而外胚层可以分化出神经系统，因此使用小鼠胚胎干细胞单层神经分化模型进一步研究了F-53B和PFOS是否可以影响神经分化。发现在神经外胚层分化过程中，F-53B和PFOS处理会抑制神经外胚层标志基因Sox1、Sox3、神经前体标志基因Nestin、Pax6以及神经突标志基因Map2的表达。另外，处理组中MAP2蛋白的表达水平以及MAP2阳性细胞也减少，说明F-53B和PFOS会靶向影响神经分化过程。　　随后，我们按照胚胎发育过程中脏器出现的先后顺序进行器官毒性研究，心脏作为最先出现的器官，需要重点关注。以人胚胎干细胞心脏分化系统为例研究了F-53B和PFOS对中胚层的影响。通过对细胞形态的观察、荧光定量PCR和免疫染色实验，发现F-53B和PFOS处理在不导致细胞死亡的情况下会降低TNNT2和NKX2.5等心肌相关标志基因的表达，造成TNNT2和NKX2.5阳性细胞的减少，还会导致心脏分化末期出现一种“鹅卵石”状的细胞。借助转录组测序技术和免疫荧光染色实验，成功鉴别了“鹅卵石”状细胞的类型是WT1阳性的心外膜细胞。随后对F-53B和PFOS的心脏发育毒性进行数据挖掘，发现F-53B和PFOS均会影响WNT、IGF、BMP和FGF通路相关基因，并且F-53B和PFOS的心脏发育毒性可能部分源于二者对WNT通路的过度激活。　　对心脏发育毒性的研究显示，转录组测序技术在干细胞毒理学研究中能够提供大量的毒性效应和毒性机制相关信息。更进一步地，我们对其他典型环境污染物的转录组数据进行了深度挖掘。期待从中发掘各种不同类别环境污染物的毒性效应和分子机制，并从中总结出规律，为接下来的研究提供线索。　　在对内分泌干扰物类环境污染物的研究中，卤代阻燃剂类化合物肝脏毒性测序数据的挖掘显示，三种化合物对肝脏分化基因表达的影响:TCBPA＞TBBPS＞TBBPA。限定性内胚层阶段，三种化合物均影响FZD10、FOXB1、IGSF10和NPTX1的表达，暗示限定性内胚层分化被干扰，并且与中内胚层发育相关的WNT通路也被干扰。肝母细胞阶段，三种化合物处理均抑制肝脏代谢相关基因，说明肝脏分化被抑制，并且TCBPA下调的基因还包括PPAR通路相关靶基因和RXRG受体，暗示TCBPA可能在肝母细胞阶段影响了PPAR通路从而影响了肝脏分化。　　对卤代阻燃剂的神经外胚层发育毒性的数据挖掘结果显示，神经外胚层分化过程中五种卤代阻燃剂影响的基因数目:TBBPS＞TCBPA＞BDE-209＞TBBPA＞BDE-47，其中TBBPS和TCBPA均能显著抑制前脑和中脑发育相关基因的表达，BDE-209会抑制中脑发育相关基因的表达，说明上述三种化合物都具有抑制神经分化的作用。TBBPS处理还会抑制LEFTY1、WLS、WNT8B、NODAL和HES3等发育相基因的表达，暗示如果分化实验继续进行，可能能够观察到更明显的神经毒性效应。　　对双酚类化合物胚胎发育毒性数据的挖掘显示，三种双酚类化合物影响的基因数目:BPS＞BPF＞BPA。在分化的早期，双酚类化合物显著促进中胚层标志基因T、中胚分化相关基因Shh和Hox家族基因的表达，同时抑制神经前体标志基因Pax6的表达，说明三种双酚类化合物异常促进中胚分化，同时抑制神经分化。分化后期双酚类化合物处理会促进心脏标志基因Tnnt2、Myh6、平滑肌标志基因Tagln、Cnn2和胞外基质相关胶原蛋白基因的表达，暗示心脏和平滑肌分化被促进。有趣的现象是双酚类化合物

关键词： 信息技术   合作学习   基因工程  

摘要： 在信息技术背景下,丰富的学习资源、形象的知识呈现方式、方便有效的交流工具为合作探究学习的实现提供了良好的技术支持。在高中生物教学中运用信息技术,可以拓宽学生的学习视野。信息技术背景下的合作学习不仅为学生开辟了一个自由交互学习的新天地,也为素质教育培养一代合作探究型人才寻到了新的方式。旨在通过具体课例展现信息技术与学生合作学习结合,能更好地体现教学中学生学习的主体性和教学的互动性,激发学生的学习兴趣。

关键词： 造血干、祖细胞(HSPCs)   人胚胎干细胞(hESCs)   血液发生   硫辛酸(ALA)   内皮生血转换(EHT)   ROS   细胞凋亡  

摘要： 造血干细胞(Hematopoietic stem cell,HSC)研究关注的焦点之一,是获得足够的造血干、祖细胞(Hematopoietic stem/progenitorcells,HSPCs)用于临床治疗。利用人多能干细胞(Human pnpluripoten stem cells,hPSCs)体外进行造血分化,是HSPCs再生研究的重要方法之一。目前,利用hPSCs体外进行造血分化的方法主要包括:与基质细胞(AGM-S3或OP9细胞系)共培养和无基质细胞培养(单层分化培养或拟胚体方法)。在体外造血分化诱导的过程中,影响分化效率的因素包括外在微环境和内在分子调控,前者涉及基质细胞类型和培养基成分,而后者与基因的表达有关。ROS(Reactiveoxygen species)水平影响干细胞的多种生理过程。调节ROS水平在hPSCs体外造血分化过程中发挥重要作用;而能够降低ROS水平,抑制细胞凋亡(Apoptosis)和自噬(Autophagy)的小分子化合物,例如硫辛酸(Alphalipoicacid,ALA)对HSPCs的维持和扩增均有重要作用。据此,我们猜想ALA可能在hPSCs体外造血分化过程中具有调控作用。基于人胚胎干细胞(Human embryonic stem cells,hESCs)与 AGM-S3 基质细胞共培养造血诱导分化系统,通过添加ALA,分析其对hESCs体外造血分化过程的影响。我们利用流式细胞术(Flowcytometry)分析共培养不同时间段的生血内皮细胞(Hemogenic endothelial cells,HECs)和 HSPCs,并利用集落形成实验(Colony forming unit,CFU)和液体分化培养分析ALA对HSPCs分化潜能的影响。结果表明,ALA可以显著提高hESCs来源的HECs和HSPCs的产量。为了揭示ALA体外促进造血分化的分子机制,我们在共培养day8流式分选HECs进行转录组测序,并利用GO富集分析和GSEA分析揭示ALA调控的信号通路。结果表明,ALA能够上调内皮生血转换(Endothelial-to-hematopoietic transition,EHT)正调控基因RUNXI、GFI1、GFI1B、MEIS2、HIF1A的表达,并下调EHT负调控基因SOX17、TGFB1、TGFB2、TGFB3、TGFBR1、TGFBR2的表达,进而对EHT过程产生影响。此外,ALA显著上调了 HECs中对ROS和氧化还原起重要调控作用的基因HIF1A、FOXO1、FOXO3、ATM、TEPEN、SIRT1、SIRT3 的表达。在造血分化后期,通过CFU分析发现ALA并未影响HSPCs的分化潜能;同时ALA能够降低HSPCs的ROS水平,并抑制HSPCs凋亡。此外,脐带血单个核细胞体外培养7天后,通过眼眶后静脉窦注射进行移植发现,ALA能够提高CD34+CD38-造血祖细胞的比例和绝对数量,且能够提高免疫缺陷小鼠的外周血嵌合率。综上所述,ALA对提高hPSCs衍生的HSPCs的产量和HSPCs的功能维持均有重要作用,为理解早期血液发生过程提供了新的视角。