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多肽和蛋白质类药物目前这类药物 在国内外都有长足的发展。无论是生产规模,生产工艺，纯化手段（HPLC)，还是给药手段（注射剂，缓释制剂，控释制剂），均有了突破。而且这类产品，容易诞生一类新药。所以是个不错的类别。具体题目，要根据您这里的研究强项及手中的项目决定了。
多肽物质分离与分析方法研究进展 浏览次数： 47 日期： 2017-05-24 15:17:02多肽类化合物广泛存在于自然界中，其中对具有一定生物学活性的多肽的研究，一直是药物开发的一个主要方向。生物体内已知的活性多肽主要是从内分泌腺组织器官、分泌细胞和体液中产生或获得的，生命活动中的细胞分化、神经激素递质调节、肿瘤病变、免疫调节等均与活性多肽密切相关。随着现代科技的飞速发展，从天然产物中获得肽类物质的手段也不断得到提高。一些新方法、新思路的应用，不断有新的肽类物质被发现应用于防病治病之中。本文介绍了近几年肽类物质分离、分析的主要方法研究进展。分离方法 采取何种分离纯化方法要由所提取的组织材料、所要提取物质的性质决定。对蛋白质、多肽提取分离常用的方法包括：盐析法、超滤法、凝胶过滤法、等电点沉淀法、离子交换层析、亲和层析、吸附层析、逆流分溶、酶解法等。这些方法常常组合到一起对特定的物质进行分离纯化，同时上述这些方法也是蛋白、多肽类物质分析中常用的手段，如层析、电泳等。1、 高效液相色谱（HPLC） HPLC的出现为肽类物质的分离提供了有利的方法手段，因为蛋白质、多肽的HPLC应用与其他化合物相比，在适宜的色谱条件下不仅可以在短时间内完成分离目的，更重要的是HPLC能在制备规模上生产具有生物活性的多肽。因此在寻找多肽类物质分离制备的最佳条件上，不少学者做了大量的工作。如何保持多肽活性、如何选择固定相材料、洗脱液种类、如何分析测定都是目前研究的内容。1) 反相高效液相色谱（RP-HPLC） 结果与保留值之间的关系：利用RP-HPLC分离多肽首先得确定不同结构的多肽在柱上的保留情况。为了获得一系列的保留系数，Wilce等利用多线性回归方法对2106种肽的保留性质与结构进行分析，得出了不同氨基酸组成对保留系数影响的关系，其中极性氨基酸残基在2～20氨基酸组成的肽中，可减少在柱上的保留时间；在10～60氨基酸组成的肽中，非极性氨基酸较多也可减少在柱上的保留时间。而含5～25个氨基酸的小肽中，非极性氨基酸增加可延长在柱上的保留时间。同时有不少文献报道了肽链长度、氨基酸组成、温度等条件对保留情况的影响，并利用计算机处理分析得到每种多肽的分离提取的最佳条件。 肽图分析(Peptide Mapping):肽图分析是根据蛋白质、多肽的分子量大小以及氨基酸组成特点，使用专一性较强的蛋白水解酶［一般为肽链内切酶（endopeptidase)］作用于特殊的肽链位点将多肽裂解成小片断，通过一定的分离检测手段形成特征性指纹图谱。肽图分析对多肽结构研究和特性鉴别具有重要意义。利用胰蛋白酶能特意性作用于Arg和Lys羧基端的肽链的性质，通过RP-HPLC法采用C18柱检测了重组人生长激素（rhGH）的肽片断，成功获得了人生长激素特征性胰肽图谱。同时胰岛素的肽图经V8酶专一裂解也制得，并可鉴别仅相差一个氨基酸残疾的不同种属来源的胰岛素。人类肿瘤坏死因子的单克隆抗体结构也应用酶解法及在线分析技术确定了肽图，便于鉴定分析。此项技术已经在新药开发中得到广泛应用。2) 疏水作用色谱(Hydrophobic interaction chromatography，HIC) HIC是利用多肽中含有疏水基团，可与固定相之间产生疏水作用而达到分离分析的目的，其比RP-HPLC具有较少使多肽变性的特点。利用HIC分离生产激素（GH）产品的结构与活性比RP-HPLC分离的要稳定，活性较稳定。Geng等利用HIC柱的低变性特点，将大肠杆菌表达出的经盐酸胍乙啶变性得到人重组干扰素-γ，通过HIC柱纯化、折叠出高生物活性的产品。不同人尿表皮生长因子（EGF）也利用HIC纯化到了，均具有良好的生物活性。HIC可将未经离子交换柱的样品纯化。而RP-HPLC则不能达到这一要求。3) 分子排阻色谱(Size-Exclusion chromatography，SEC) SEC是利用多肽分子大小、形状差异来分离纯化多肽物质，特别对一些较大的聚集态的分子更为方便。如人重组生长激素（hGH)的分离，不同结构、构型的GH在SEC柱上的分离行为完全不同，从而可分离不同构型或在氨基酸序列上有微小差异的变异体。利用SEC研究修饰化的PEG的分离方法，此PEG具有半衰期长、作用强的特点。一些分子量较大的肽或蛋白均可利用此法分离分析。4) 离子交换色谱(Iron-Exchange chromatography，IEXC) IEXC可在中性条件下，利用多肽的带电性不同分离纯化具有生物活性的多肽。其可分为阳离子柱与阴离子柱两大类，还有一些新型树脂，如大孔型树脂、均孔型树脂、离子交换纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶树脂等。在多肽类物质的分离分析研究中，对多肽的性质、洗脱剂、洗脱条件的研究较多，不同的多肽分离条件有所不同，特别是洗脱剂的离子强度、盐浓度等对纯化影响较大。Wu等报道利用离子交换柱层析法，探讨分离牛碳酸酐酶异构体和牛血清白蛋白、鸡血清白蛋白酶的提取条件，获得了有价值的数据供今后此类物质分离研究。5) 膜蛋白色谱(Chromatography of Membrane Protein，CMP) CMP+分离强疏水性蛋白、多肽混合物的层析系统，一般有去垢剂（如，SDS）溶解膜蛋白后形成SDS-融膜蛋白，并由羟基磷灰石为固定相的柱子分离纯化。羟基磷灰石柱具有阴离子磷酸基团（P-端），又具有阳离子钙（C-端），与固定相结合主要决定于膜蛋白的大小、SDS结合量有关。利用原子散射法研究cAMP的分离机制发现，样品与SDS结合后在离子交换柱上存在SDS分子、带电荷氨基酸与固定相中带电离子间的交换，从而达到分级分离的目的。6) 高效置换色谱(High-Performance Displacement Chromatography，HPDC) HPDC是利用小分子的高效置换剂来交换色谱柱上的样品，从而达到分离目的。它具有分离组分含量较少成分的特性。利用HPDC鉴定分离了低于总量1％组分的活性人重组生长激素(rHG)。在研究非毒性交换剂时Jayarama发现硫酸化葡聚糖(Detran Sulfate，DS)是对β-乳球蛋白A和B的良好置换剂，一般DS的相对分子质量为1×104和4×104最宜。研究表明置换剂的相对分子质量越低，越易于与固定相结合，因此在分离相对分子质量小的多肽时，需要更小的置换剂才能将其置换纯化出来。7) 灌注层析(Perfusion Chromatography，PC) PC是一种基于分子筛原理与高速流动的流动相的层析分离方法，固定相孔径大小及流动相速度直接影响分离效果。试验证明其在生产、制备过程中具有低投入、高产出的特性。目前市场上可供应的PC固定相种类较多，适合于不同分子量的多肽分离使用。2、 亲和层析(Affinity Chromatography，AC) AC是利用连接在固定相基质上的配基与可以和其特异性产生作用的配体之间的特异亲合性而分离物质的层析方法。自1968年Cuatrecasas提出亲和层析概念以来，在寻找特异亲和作用物质上发现了许多组合，如，抗原-抗体、酶-催化底物、凝集素-多糖、寡核苷酸与其互补链等。对多肽类物质分离目前主要应用其单抗或生物模拟配基与其亲和，这些配基有天然的，也有根据其结构人工合成的。Patel等人利用一系列亲合柱分离纯化到了组织血浆纤维蛋白酶原激活剂蛋白多肽。 固定金属亲和层析(Immobilized Metal Affinity Chromatography，IMAC)是近年来发展起来的一种亲和方法。其固定相基质上鳌合了一些金属离子，如，Cu2+、Ni2+、Fe3+等，此柱可通过配为键鳌合侧链含有Lys、Met、Asp、Arg、Tyr、Glu和His的多肽，特别是肽序列中含有His-X-X-X-His的结构最易结合到金属离子亲和柱上，纯化效果较好。其中胰岛素样生长因子(Insulin-Like Growth Factor,IGF)、二氢叶酸还原酶融合蛋白等均用此方法分离到纯度较高的产品。 Chaiken等人报道了另一种亲和层析方法，利用反义多肽作为配基，这种多肽是由反义DNA表达产生，其与正链DNA表达产生的肽或蛋白具有一定的亲和性，如，Arg加压素受体复合物，已用此法分离得到。DNA与蛋白、多肽复合物之间的作用也是生物亲和中常用的方法。将人工合成的寡核苷酸结合在固定相基质上，将样品蛋白或多肽从柱中流过，与之结合可达到分离特定结构多肽的目的。3、 毛细管电泳(Capillary electrophoresis，CE)――分离分析方法： CE是在传统的电泳技术基础上于本世纪60年代末由Hjerten发明的，其利用小的毛细管代替传统的大电泳槽，使电泳效率提高了几十倍。此技术从80年代以来发展迅速，是生物化学分析工作者与生化学家分离、定性多肽与蛋白类物质的有利工具。CE根据应用原理不同可分为以下几种；毛细管区带电泳(Capillary Zone electrophoresis，CZE)、毛细管等电聚焦电泳(Capillary Isoeletric Focusing，CIEF)、毛细管凝胶电泳(Capillary Gel Electrophoresis，CGE)和胶束电动毛细管层析（Micellar Electrokinetic Electrophoresis Chromatography，MECC)等。1) 毛细管区带电泳(Capillary Zone electrophoresis，CZE) CZE分离多肽类物质主要是依据不同组分中的化合物所带电荷不同，且分离效果只由带电性决定，比传统凝胶电泳更准确。目前存在于CZE分离分析多肽物质的主要问题是天然蛋白或肽易与毛吸管硅胶柱上的硅醇发生反应，影响峰形与电泳时间，针对这些问题不少学者做了大量实验进行改进，如，调节电泳液的pH值，使与硅醇反应的极性基团减少；改进毛细管柱材料的组成，针对多肽性质的不同采取不同的CZE柱来分离。Issaq等利用CZE方法研究分离5个含9个氨基酸残基的小肽，确定了小肽分析的基本条件，即在低pH条件下，缓冲液中含有一定浓度的金属离子，如，Zn2＋等，此时分离速度快而且准确。2) 毛细管等电聚焦电泳(Capillary Isoeletric Focusing，CIEF) 由于不同的蛋白、多肽的等电点（PI）不同，因此在具有不同pH梯度的电泳槽中，其可在等电点pH条件下聚集沉淀下来，而与其他肽分离开来。CIEF在分离、分析混合多肽物质中应用不多，主要应用与不同来源的多肽异构体之间的分离，如对rHG不同异构体分离。由于在CIEF柱表面覆盖物的不稳定性限制了此法的广泛应用。3) 毛细管凝胶电泳(Capillary Gel Electrophoresis，CGE) CGE是基于分子筛原理，经十二烷基磺酸钠（SDS）处理的蛋白或多肽在电泳过程中主要靠分子形状、分子量不同而分离。目前，又有一种非交联、线性、疏水多聚凝胶柱被用于多肽类物质的分离分析，此电泳法适于含疏水侧链较多的肽分离。这种凝胶易于灌注，使用寿命长，性质较为稳定。4) 胶束电动毛细管层析(Micellar Electrokinetic Electrophoresis Chromatography，MECC) MECC的原理是在电泳液中加入表面活性剂，如，SDS，使一些中性分子带相同电荷分子得以分离。特别对一些小分子肽，阴离子、阳离子表面活性剂的应用都可使之形成带有一定电荷的胶束，从而得到很好的分离效果。有文献报道在电解液中加入环糊精等物质，可使含疏水结构组分的多肽选择性与环糊精的环孔作用，从而利用疏水作用使多肽得到分离。4、 多肽及蛋白质分离工程的系统应用 以上提到的分离多肽的技术在实际应用过程中多相互结合，根据分离多肽性质的不同，采用不同的分离手段。特别是在后基因组时代，对于蛋白质组深入的研究，人们对于分离多肽及蛋白质的手段不断改进，综合利用了蛋白质和多肽的各种性质，采用包括前面提到的常规蛋白多肽提取方法，同时利用了高效液相色谱，毛细管电泳，2-D电泳等手段分离得到细胞或组织中尽可能多的蛋白多肽。在蛋白质组学研究中系统应用蛋白和多肽分离鉴定的技术是实现蛋白质组计划的关键。其中电泳技术在此项研究中即是分离手段也是分析方法之一。特别是以下提到的质谱技术的发展，大大的提高了蛋白多肽类物质的分析鉴定的效率。分析方法 1、 质谱分析(Mass Spectrometry，MS) MS在蛋白、多肽分析中已经得到了广泛应用，特别是在分离纯化后的在线分析中，MS的高灵敏性、快速性特别适合多肽物质分析鉴定。其中连续流快原子轰击质谱(Continuous-Flow Fast Atom Bombardment，cf-FAB)和电雾离子化质谱(Electrospray Ionization，EIS)是近几年发展起来的新方法。1) 连续流快原子轰击质谱（Continuous-Flow Fast Atom Bombardment，cf-FAB） cf-FAB是一种弱离子化技术，可将肽类或小分子量蛋白离子化成MH＋或（M-H）形式。主要应用于肽类的分离检测，其具有中等分辨率，精确度大于±，流速一般在μl•mL-1。在测定使流动相需加％～10％基质，如，甘油和高有机溶剂成分，使样品在检测探针处达到敏感化。cf-FAB常与HPLC、CEZ等方法结合使用达分离、分析目的，许多多肽的cf-FAB分析方法已经建立，并得到很好的应用，如，Hideaki等利用此法研究L-Pro、L-Ala的四肽化合物系列。证明L-Pro在保持小肽构相稳定性，连接分子方面具有重要意义。2) 电雾离子化质谱(Electrospray Ionization，EIS) EIS可产生多价离子化的蛋白或多肽，允许相对分子质量达1×105的蛋白进行分析，分辨率在1500～2000amu,精确度在％左右。EIS更适合相对分子质量大的蛋白质的在线分析，且需要气化或有机溶剂使样品敏感化。利用EIS与HPLC联合分离分析GH和血红蛋白均获成功，其也可与CEZ联合应用。3) 基质辅助激光解析／离子化——飞行时间质谱(Matrix-associated laser dissociation/ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS) MALDI-TOF是目前蛋白质鉴定中精确测定相对分子质量的手段，特别适合对混合蛋白多肽类物质的相对分子质量的测定，灵敏度和分辨率均较高。它是目前蛋白质组学研究的必备工具。同时结合液相色谱的联用技术可以高效率的鉴定多肽物质。特别是当各种原理的质谱技术串联应用时，不但可以得到多肽的相对分子质量信息，还可以测定它的序列结构，此项技术将在未来蛋白质组学研究中起到决定性作用。2、 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR) NMR因图谱信号的纯数字化、过度的重叠范围过宽（由于相对分子质量太大）和信号弱等原因，在蛋白、多肽物质的分析中应用一直不多。随着二维、三维以及四维NMR的应用，分子生物学、计算机处理技术的发展，使NMR逐渐成为此类物质分析的主要方法之一。NMR可用于确定氨基酸序列、定量混合物中的各组分组成含量等分析中。但要应用于蛋白质分析中仍有许多问题需要解决，例如，如何使分子量大的蛋白质有特定的形状而便于定量与定性分析，如何减少数据处理的时间问题等。这些问题多有不少学者在进行研究。虽然在蛋白质分析中应用较少，NMR在分析分子中含少于30个氨基酸的小肽时是非常有用的，可以克服上述蛋白质分析中的缺点而达到快速准确分析的目的。3、 其他 除上述方法之外，氨基酸组成分析、氨基酸序列分析、场解析质谱、IR、UV光谱、CD、圆而色谱、生物鉴定法、放射性同位素标记法及免疫学方法等都已应用于多肽类物质的结果鉴定、分析检测之中。 以上简要的介绍了近几年多肽类物质分离、分析的常用方法及最新研究方向。随着科学技术水平的不断发展，会有许多更新的分离分析手段不断涌现，因此这一领域的研究具有广阔的前景
随着生物工程技术的迅速发展，生物技术活性物质不断面世，已有不少生物技术药物应用于临床，国内外已批准上市的约40多种，1995年开发数为234种，目前正在研究的则成倍增加，在这些品种中，大量的均为多肽和蛋白质类药物。由于多肽和蛋白质药物的体内外不稳定性，临床主要剂型是溶液型注射剂和冻干粉针。为解决长期用药的问题，克服注射剂的不便和缺点，发展适宜给药途径的非注射传输系统是药剂学面对的挑战。
生物技术作为一门高新技术学科，必须经过长期培养才能在实际应用中显示出一定的效果，生物技术研究的范围也很广。生物技术专业的论文怎么写呢?下面我给大家带来生物技术专业论文选题题目_生物专业论文题目参考，希望能帮助到大家!
生物论文题目
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生物专业 毕业 论文题目
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★ 关于生物科技论文范文2000字(2)
★ 生物工程技术论文(2)
姓名：学术领域：生物药理学研究范围：药物代谢与药物动力学主要成就：在茶氨酸的生理活性及药理作用研究进展上获得重要突破，通过对茶氨酸在神经、心脑血管、肿瘤、免疫等方面的诸多生理及药理作用的研究,重点阐述茶氨酸在神经保护药物代谢方面的作用。1960年出生在阿拉巴马州中北部的小城伯明翰。1978年毕业于伯明翰的一个私立学校，并以优异的成绩进入了阿拉巴马大学医学院进行临床研究中心学习。1980年师从于药理学教授SriramD(斯里拉姆。戴得)教授，学习药理学。1982年毕业于阿拉巴马医学院，同年到新泽西州巴塞克中心医院药理小组1986年以优异成绩考入美国国家药物研究所，加入到SeglenPO(西格伦)教授领导的原代肝细胞培养及其药物代谢研究中心姓名：学术领域：分子细胞学研究范围：植物细胞质外体多肽与蛋白研究主要成就：从德国产洋甘菊的VPV2号蛋白质中提取出VHG号氨基酸1952年生于印地安纳州印第安纳波利斯的一个知识分子家庭1967年考入PURDER这所著名的美国公立大学的预科部1975年在PURDER大学毕业后，在著名实践生物学家BoilPnarmBull的指导下开始科学研究1978年成为PURDUE大学生物实验室教授，开始对植物细胞蛋白质展开研究1981年在第13届国际植物学大会发表著名论文《分子生物学技术在药用植物研究领域中的应用》从而一举奠定了她的学术影响1987年正式成为PURDUE大学生物研究所副主任Susan教授秉承了家族的传统，以一个知性女人的形象展示出她的干练不凡。同IrinaKaverina一样，她同样展示了一个女强人的形象，她身上不仅有研究者的沉稳，更有激情和活力。从事科学研究以来，她一直把工作的重心放在了动植物蛋白方面的研究。77年，加入斯威尔动植物研究中心，参与了鲨鱼皮胶原蛋白肽成分分析的课题。应用植物蛋白酶和动物蛋白酶来处理酶解鲨鱼皮,通过现代生物化学方法分离制备鲨鱼胶原蛋白肽,并对其组成成分进行分析,测定了它们的粗蛋白、粗脂肪、灰分、氨基酸及Cu、Zn、Fe、Ca、Na、K、Pb等金属元素的含量.应用MALDI-TOF分析两种胶原蛋白肽分子量的分布范围，得到了分别利用植物和动物蛋白酶酶解方法研制的胶原蛋白肽分子量。随后的一段时间，Susan教授和KEWELL教授决定把植物蛋白质酶解产物超滤分析及对成纤维细胞生长的影响作为研究课题，当时，她们用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和枯草蛋白酶分别对豆粕、棉粕、菜粕和花生粕的蛋白质进行酶解,并对其酶解产物进行超滤分析及用产物对小鼠胚胎成纤维细胞进行培养试验,探讨不同蛋白酶解产物的蛋白质组成及对细胞生长的影响.结果表明:酶解产物中蛋白质分子质量分布与酶的种类和植物蛋白质种类有关,其中枯草蛋白酶对豆粕酶解能力最强,酶解产物中蛋白质分子质量小于3ku的比例占;各酶解产物对小鼠胚胎成纤维细胞生长都有促进作用,以枯草蛋白酶酶解的棉粕产物对小鼠胚胎成纤维细胞生长的促进作用最好,其细胞生长速度比豆粕、菜粕和花生粕酶解产物组显著提高.这项研究极大的激发了Susan教授对纤维细胞生长因子的兴趣。这也正是她后来展开植物细胞质外体多肽与蛋白研究的一个促进。而对VHG号蛋白质的提取则正是解决了同为PURDUE大学同僚Irina一直以来所困扰的细胞营养载体问题，并促使她们最终走到一起。姓名：BotrosRizk学术领域：生物医学研究范围：生物医学在女性生殖系统上的应用.主要成就：对在刺激血管的发生与生长及维持血管壁的完整性和通透性方面均有重要意义.的血管内皮生长因子(VEGF)进行了大量的科学研究。1947年生于埃及1957年随祖父母移民至美国田纳西州，并转入一私立学校学习1967年进入著名的范德堡大学医学院学习，最初专业是妇产科1969年对生物医学产生了浓厚的兴趣，转入了生物医学领域1973年赴英国曼彻斯特大学医学院深造，并于二年后获得博士学位1977年回国,在国家生物医学研究所内就职1979年确立了生物医学与女性生殖系统为主要的研究范围1985年发表了关于血管内皮生长因子(VEGF)与女性生殖系统相关的14篇论文。其中《血管内皮生长因子(VEGF)与妊娠的研究进展》获得当年美国最佳论文奖1995年因为在他学术领域独到的见解而受邀加入PURDER大学Kaverina实验室，对润可丽儿的最终诞生起到了关键作用借用Botros教授在美国国家生物研究所的同僚（生物医学著名教授）的话：Botros教授是一个值得尊敬和热爱的人，在学术领域上自有开VEGF于女性生殖系统免疫和防御课题的先河。Rizk教授先是通过研究发现了内分泌腺血管内皮生长因子(EG-VEGF)并发现,EGVEGF与另外一种促血管内皮有丝分裂因子-血管内皮生长因子(VEGF)在组织细胞定位上是互补表达的.随后，他进行了褪黑素对性激素及排卵的调节作用研究为探讨褪黑素(Mel)对卵泡刺激素(FSH)、黄体生成素(LH)及雌激素(E2)和排卵的影响,选择健康育龄女性100人,随机分为5组,分别口服Mel0mg、12mg、30mg、75mg和300mg,连续3个月,用全自动酶联免疫分析法检测5组的基础和服用Mel后FSH、LH和E2水平,用B超监测优势卵泡发育情况.结果发现,用药后血清FSH、LH、E2较用药前有显著降低,且随着Mel剂量的增加,性激素的水平下降越显著,有明显的剂量依赖性,优势卵泡的发育明显受抑,直径显著缩小.研究结果表明,给予外源性的Mel可能直接通过下丘脑-垂体-卵巢轴的Mel受体,对女性生殖系统有显著的抑制作用.他的一系列的研究成果正与VAFGF有着密切相关的联系，这是他后来加入到Irina研究小组的一个重要原因。
答案是：B。B项是错误的，田鼠的摄食量减去粪便量即为同化量。D项是正确的，田鼠的同化量是7乘以10的9次方，下一营养级最多得到它20%的能量，也就是乘以10的9次方。
目录一、摘要二、现代生物技术与健康1、现代生物技术中蛋白质与健康2、现代生物技术中糖类与健康3、现代生物技术中与健康4、现代生物技术中与健康三、总结四、后序五、鸣谢六、参考文献关键词：现代生物技术、蛋白质、糖类、脂肪、维生素、健康摘 要现代生物技术以其越来越重要的经济价值和科研价值而逐渐受到人们越来越多关注。据估计生物技术可以给人类创造数千亿美元的收入，但比这更重要的是现代生物技术挽救了数亿人的生命。最典型的例子就是青霉素的使用，因为青霉素的使用而使人类的平均年龄增加十几年。人类的生活条件也因生物技术的使用而大有改善。我国作为一个拥有十三亿人口大国，生物技术对保证国民的身体健康起着举足轻重的作用。那么现代生物技术与健康又有哪些连系呢？带着这些问题，我们小组对此进行了调查。希望通过我们的探究活动性报告，使您对现代生物技术与健康的关系有更深入的了解！现代生物技术与健康1、现代生物技术中蛋白质与健康（1）蛋白质的定义及概述蛋白质是一种复杂的有机化合物，旧称“朊”。组成蛋白质的基本单位是氨基酸，氨基酸通过脱水缩合形成肽链。蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子，每一条多肽链二十～数百个氨基酸残基不等；各种氨基酸残基按一定的顺序排列，蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，折叠或螺旋构成一定的空间结构，从而发挥某一特定功能。产生蛋白质的细胞器是核糖体。蛋白质（protein）是生命的物质基础，机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体质量的％，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。被食入的蛋白质在体内经过消化分解成氨基酸，吸收后在体内主要用于重新按一定比例组合成人体蛋白质，同时新的蛋白质又在不断代谢与分解，时刻处于动态平衡中。因此，食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例，关系到人体蛋白质合成的量，尤其是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿，都与膳食中蛋白质的量有着密切的关系。（2）蛋白质的生理功能1、构成蛋白质的身体。蛋白质是一切生命的物质基础，是肌体细胞的重要组成部分，是人体组织更新和修补的主要原料。人体的每个组织：毛发、皮肤、骨骼、内脏、大脑、血液、神经等都是由蛋白质组成，所以说饮食造就人本身。可见蛋白质对人的生长发育非常重要。2、修补人体组织。人的身体由百兆亿个细胞组成，它们处于永不停息的衰老、死亡、新生的新陈代谢过程中。例如年轻人的表皮28天更新一次，而胃黏膜两三天就要全部更新。所以一个人如果蛋白质的摄入、吸收、利用都很好，那么皮肤就是光泽而又有弹性的。反之，人则经常处于亚健康状态。组织受损后，若不能得到及时和高质量的修补，便会加速肌体衰退。3、维持肌体正常的新陈代谢和各种物质在体内的输送。载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的。可以在体内运载各种物质。比如血红蛋白一输送氧、脂蛋白一输送脂肪、细胞膜上的受体和转运蛋白等。4、白蛋白：维持机体内的渗透压的平衡及体液平衡。5、维持体液的酸碱平衡。6、免疫细胞和免疫蛋白：有白蛋白、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等。七天更新一次。当蛋白质充足时，这个部队就很强，在需要时，数小时内可以增加100倍.7、构成人体必需的各种酶。我们身体有数千种酶，每一种只能催化一种生化反应。相应的酶充足，反应就会顺利、快捷的进行，我们就会精力充沛，不易生病。否则，反应就变慢或者被阻断。8、激素的主要原料。激素可以调节体内各器官的生理活动。如胰岛素是由51个氨基酸分子组合成，生长素是由191个氨基酸分子合成的。9、构成神经递质乙酰胆碱、五羟色氨等。维持神经系统的正常功能：味觉、视觉和记忆。10、胶原蛋白：占身体蛋白质的 ，生成结缔组织，构成身体骨骼。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑（在大脑脑细胞中，很大一部分是胶原细胞，并且形成血脑屏障保护大脑）。11、提供生命活动的能量。（3）现代生物技术在蛋白质重点应用保持健康所需要的蛋白质含量因人而异。普通健康男性或女性每公斤体重大约需要克蛋白质。婴幼儿、青少年、怀孕期间的妇女、伤员和运动员通常每日可能需要摄入更多蛋白质。蛋白质缺乏：成年人：肌肉消瘦、肌体免疫力下降、贫血，严重者将产生水肿。未成年：成长发育停滞、贫血、智力发育差，视力差。蛋白质过量：蛋白质在体内不能贮存，多了肌体无法吸收，过量摄入蛋白质，将会因代谢障碍产生蛋白质中毒甚至死亡。面对这些问题营养师根据人体对不同蛋白质的需要量进行膳食调配以及人工添加或减少蛋白质的方法来保证人体内蛋白质含量的相对稳定。而生物学家则通过生物制药技术研发出一些新型的药品，这些药品不仅能促进人体对蛋白质的运输和吸收，而且还能预防由于外界环境或病毒引起的蛋白质变性。当然在临床医学上，这些变性因素也常被应用来消毒及灭菌。对防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。此外在蛋白质领域运用的现在生物技术还有X线衍射技术和磁共振技术等。它们的应用都能有效控制和制备蛋白质，促进人们的身体健康。2、现代生物技术中糖类与健康（1）糖的定义及概述糖是一类化学本质为多羟酮及其衍生物的有机化合物。在人体内糖的主要形成是葡萄糖及糖原。葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在肌体糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体，包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体内的储存形式。葡萄糖和糖原都能在体内氧化提供能量。食物中的糖是机体中糖的主要来源，被人体摄入经消化成单糖吸收后，经血液运输到各组织细胞进行合成代谢和分解代谢。机体内糖的代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他已糖代谢等。（2）糖的生理功能糖分是我们身体必不缺少的营养成分之一。人们摄入谷物、蔬菜等，经过消化系统转化为单糖（如葡萄糖等）进入血液，运送到全体细胞，作为能量的来源。血液中所含的葡萄糖，称为血糖。体内各组织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要。正常人在清晨空腹血糖浓度为80～120毫克％。空腹血糖浓度超过130毫克％称为高血糖。如果血糖浓度超进160～180毫克％，就有一部分葡萄糖随尿排出，这就是糖尿。血糖浓度低于70毫克％称为低血糖。可见于饥饿时间过长，持续的剧烈体力活动，严重肝肾疾病，垂体前叶机能减退、肾上腺皮质机能减退等。低血糖时，脑组织首先对低血糖出现反应，表现为头晕、心悸、出冷汗以及饥饿感等。如果血糖持续下降到低于45毫克％，就可发生低血糖昏迷。如果从食物中摄取的糖一时消耗不了，则转化为糖原储存在肝脏和肌肉中，肝脏可储存70～120克，约张肝重的6～10％。细胞所能储存的肝糖是有限的。如果摄入的糖分过多，多于的糖即转变为脂肪。当食物消化完毕后，储存的肝糖即成为糖的正常来源，维持血糖的正常浓度。在剧烈运动时，或者长时间没有补充食物情况，肝糖也会消耗完，此时细胞将分解脂肪来供应能量。人类的大脑和神经细胞必需要糖来维持生存，必要时人体将分泌激素，把人体的某些部分（如肌肉、皮肤甚至脏器）摧毁，将其中的蛋白质转化为糖，以维持生存。（3）现代生物技术在糖类中的应用由于血糖高和血糖低对人体来说都是有害的。为此，有关科学家为了保证人体内糖类的正常供应，对低血糖人群提供含有浓缩糖的含片和糖果。开发出浓缩糖技术，保证他们维持血糖浓度恒定。而对高血糖患者，则用降血糖药物加以控制。在临床上静脉滴注葡萄糖过快，也会出现血糖升高的现象。所以对于血糖过高的病人点滴速度不应过快，而这些也都基于一定生物技术基础上。从而保证了人们身体的健康。3、现代生物技术脂质与健康（1）脂质的定义及概述脂质（lipids）是脂肪及类脂的总体，是一类不溶于水而易溶于有机溶液，并能为机体利用的有机化合物。脂肪是三脂肪酸甘油或称甘油三酯。脂肪的生理功能是储存能量及氧化供能。类脂包括固醇及其脂、磷脂及糖脂等，是细胞的膜结构重要部分。（2）脂质的生理功能及影响脂肪是人体重要的储能物质，当人们摄食过足时，人体会将多余的能力主要以脂肪形成储存下来。过去的日子中，在旧的封建思想的影响下，人们总以“肥头大耳”为富贵的象征，甚至到当今社会。但肥胖并不是富，更是一种负担。肥胖会带来许多疾病，威胁健康，甚至造成死亡。当人们身体肥胖，自然他们的血液中脂质的含量升高，随着血液的全身巡回，使他们和心力衰竭的正常体重者多1倍；冠心病多2－5倍；高血压多2－6倍；糖尿病多4倍；胆石病多4－6倍。这些疾病都是人类健康的主要杀手。像正处于成长期的人来说，肥胖不仅带来的是智力上的影响，更有心理上的一系列影响。所以在平常生活中，合理的饮食显得异常重要。有人喜欢大鱼大肉，时常酒足饭饱之后修身养性，静如止水，像这种生活习惯，终有一天会猝死在饭桌之上。胆固醇是由体内储有的脂肪转化而来的，而胆固醇又能合成乳汁、皮脂以及类固醇激素，保证人们内、外分系统的正常运转。胆固醇在人体内还参与血液中脂质的运输。但是，胆固醇过多压迫血管，使血液的径流量减少，导致脑供血不足、淤血等，严重的会导致人死亡。性激素则是一种与性别决定有关的激素，它能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成。乱食性激素会使人生殖器官发育不完全，会内分泌失调，严重的还会变成“双性“人，大大减少其自身的寿命。（3）现代生物技术在脂质中应用面对这些现象，生物学家采用现代溶脂技术除去多余脂肪。通过一种溶解药物，舒缓血管，溶解多余胆固醇。面对因肥胖而造成心力衰竭的病人，科学家还采用强心剂等生物化学药物经行急救，这些都在一定程度上减缓了发病率，降低了死亡率，使人们的健康得以延续。4、现代生物技术中维生素与健康（1）、维生素的定义和概述维生素是近百年才被陆续发现的一组营养素，是维持人体正常功能的一类有机化合物。其共同特点：它们都不供应热量，也不是有机体的构造成分，但却是维持身体的正常生长和发育，繁殖等所必需的有机化合物，起着调节身体各种功能的作用，身体对它们的需要量很少，但供应不足时会出现各种代谢障碍和症状，称为维生素缺乏病。（2）、维生素的种类及应用V—A：缺乏维生素A会造成皮肤老化，维生素A是丘脑、脑垂体等内分泌腺体活动所需要的极为重要的营养成分。想要保持年轻靓丽，尽量多吃些维生素A高的动物性食物，如：肝、瘦肉、卵黄等。V—B2：维生素B2会促进脂肪的分解。V—B6： 与氨基酸及代谢关系，能促进氨基酸的吸收和蛋白质的合成为细胞的生长所需，对脂肪代谢都会有影响，与皮脂分泌紧密相关。V—L： 维生素L缺乏会影响结缔组织中中股原纤维的形成。V—E：公认有抗衰老作用，能促进皮肤血液的循环和肉芽组织的生长。谷维素：是从米粮油中提取出来的一种天然物质，其成分为以三萜（稀）醇类主体的阿魏酸酯的混合物，它对植物中枢功能有调节和激活作用。它能降低毛细血管脆性，提高人的皮肤血管循环机能，会使皮肤温度升高，四肢皮肤表面血流？增加，被称为“美容素”此外，谷维素还能降血脂，并含强有力的生长促进因子，有助于我们的亲少年成长。（3）现代生物技术在维生素中的应用。针对现在人体内维生素缺乏现象，有关药剂师及营养师在食品及保健品中添加适量维生素。同时生物学家也在这方面进行了许多研究，通过生物制药技术，将大量维生素合成在一个小药片内，制造出补充维生素的药片，这在一定程度上补充了现在爱吃肉类而不爱吃蔬菜的都市人群体内的维生素，使人体内维生素含量保持在一个平稳水平上，使人们身体更加健康。总结：“身体是革命的本钱”健康的身体是我们一切生活的基础，但一个人要做到健康，是十分不易的，这与我们日常的饮食习惯和生活习惯都息息相关。更重要的是我们是否爱护自己的身体，是否决心要要做一个身体健康的人。糖类、脂肪、蛋白质等都是构成我们身体的重要物质，像维生素，各种无机盐等这样的物质在人类体内的含量虽然相对较少，但其作用也是不忽视的。上述物质共同维持我们的生命活动，前面已经提到了各种维生素、无机盐及糖类、脂肪、蛋白质等对人身体的具体作用，例如在对身体的生长，身体器官的功能的影响都一一列出，同时也告诫了我们如果缺少了这些物质，将会有什么严重的后果。然而这些物质都来源于我们日常的食物中，所以合理膳食是相当重要的，这也是维持我们身体健康的惟一路径。随着科学技术的发展，生物科学家已经将着眼点放在人的身体营养健康上，科学家研发新的生物技术来改善人们的身体状况，减轻许多人身体上的痛苦和伤害。作为青年的我们，正处于身体发育的黄金阶段，所以我们更应要注意自己的饮食习惯，养成良好的生活习惯，这对我们以后的生活起着决定性的作用。后 序如今，好好学习生物技术是很有必要的事。生物技术给人类的生活带来了无数变革。而“人类基因组计划”“克隆技术”都是当今最热门的生物技术项目。而我们生活中的大多数药物都是通过生物技术得到的。很难想象如果没有生物技术我们的生活究竟会怎样。我想一定非常糟糕，甚至我们的寿命将会变短，越来越多的问题都直接威胁着人们的生命。而如果没有生物技术对人体内蛋白质、维生素等重要物质的研究与应用，我们将会对自己一无所知，更提不上身体健康这些话，所以现代生物技术保护了我们自身的健康。现代生物技术不容忽视。而对现代生物技术的开发，我们责无旁贷。鸣 谢通过此次探究活动，大家分工明确，都不辞辛苦的完成了各自的工作任务。在此感谢本小组各位成员，以及为我们提供资料的各出版社，还有我们的指导老师。在大家共同合作下，本次探究活动终于圆满结束。再次由衷致谢！参考文献：1、《生物必修1》人民教育出版社2、《生物化学》 第六版 人民卫生出版社主编： 周爱儒副主编：查锡良3、《登上健康快车》北京出版社主编：关春若4、《高中生物基础知识手册》第七次修改 北京教育出版社主编：薛金星这是我们小组写的模式就是这样
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蛋白质是保证机体健康最重要的营养素，它是维持和修复机体以及细胞生长所必需的，它不仅影响机体组织如肌肉的生长，还参与激素的产生、免疫功能的维持、其它营养物质和氧的转运以及血红蛋白的生成、血液凝结等多方面。蛋白质的蛋白质食物来源可分为植物性蛋白质和动物性蛋白质两大类。虽然动物蛋白质和植物蛋白质的营养价值都是人体所必需的，但随着现代生活水平的提高，人们日常摄入动物蛋白质含量越来越多，植物蛋白质的摄入量却越来越少。营养学研究发现，食用过多的动物蛋白质有害于肾脏健康。植物蛋白质中，豆类、谷物含有丰富的蛋白质，特别是大豆含蛋白质高达36%~40%，氨基酸组成也比较合理，在体内的利用率较高，是植物蛋白质中非常好的蛋白质来源。麦弗逊植物蛋白粉天然的植物原料，优质可靠。
【关键词】 蛋白质组 【关键词】 线粒体；蛋白质组 0引言 线粒体拥有自己的DNA（mtDNA），可以进行转录、翻译和蛋白质合成. 根据人类的基因图谱，估计大约有1000~2000种线粒体蛋白，大约有600多种已经被鉴定出来. 线粒体蛋白质只有2%是线粒体自己合成的，98%的线粒体蛋白质是由细胞核编码、细胞质核糖体合成后运往线粒体的，线粒体是真核细胞非常重要的细胞器，在细胞的整个生命活动中起着非常关键的作用. 线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理过程，如ATP的合成、脂肪酸代谢、三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化过程. 线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关，如退行性疾病、心脏病、衰老和癌症. 尤其是在神经退行性疾病方面，线粒体蛋白质的研究日益受到关注. 蛋白质组研究技术的产生与发展为线粒体蛋白质组的研究提供了有力的支持，使得从整体上研究线粒体蛋白质组在生理、病理过程中的变化成为可能. 1线粒体的结构、功能与人类疾病 线粒体一般呈粒状或杆状，也可呈环形、哑铃形或其他形状，其主要化学成分是蛋白质和脂类. 线粒体由内外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个部分. 线粒体在细胞内的分布一般是不均匀的，根据细胞代谢的需要，线粒体可在细胞质中运动、变形和分裂增殖. 线粒体是细胞进行呼吸的主要场所，在细胞代谢旺盛的需能部位比较集中，其主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量. 催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶都分布在线粒体中. 这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换. 线粒体具有独立的遗传体系，能够进行DNA复制、转录和蛋白质翻译. 线粒体不仅为细胞提供能量，而且还与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控等有关. 许多实验证实，线粒体功能改变与细胞凋亡〔1〕、衰老〔2〕、肿瘤〔3，4〕的发生密切相关；另外，有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺陷相关，如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病，老年性痴呆、帕金森病、2型糖尿病、心肌病及衰老等，有人统称为线粒体疾病〔5〕. 2线粒体蛋白质组学研究现状 线粒体蛋白质组的蛋白质鉴定Rabilloud等〔6〕在1998年，以健康人的胎盘作为组织来源，分离提取线粒体进行蛋白质组研究，试图建立线粒体蛋白质组的数据库，为研究遗传性或获得性线粒体功能障碍时线粒体蛋白质的变化提供依据. 他们使用IPG（pH ）双相电泳技术, 共获得1500个蛋白点. 通过MALDITOFMS和PMF等技术鉴定其中的一些蛋白点，鉴于当时基因组信息的局限性，只有46种蛋白被鉴定出来. 随着人类基因组图谱的完成，应该有更多的蛋白点被鉴定出来. Fountoulakis等〔7〕从大鼠的肝脏中分离线粒体，并分别利用宽范围和窄范围pH梯度IPG对线粒体蛋白质进行双相电泳，通过MALDIMS鉴定出192个基因产物，大约70%的基因产物是具有广谱催化能力的酶，其中8个基因产物首次被检测到并且由一个点构成，而大多数蛋白质都是由多个点构成，平均10~15个点对应于一个基因产物. Mootha等〔8〕从小鼠大脑、心脏、肾脏、肝脏中分离提取线粒体蛋白质，进行线粒体蛋白质组研究，他们参照已有的基因信息共鉴定出591个线粒体蛋白质，其中新发现了163个蛋白质与线粒体有关. 这些蛋白质的表达与RNA丰度的检测在很大程度上是一致的. 不同组织的RNA表达图谱揭示出线粒体基因在功能、调节机制方面形成的网络. 对这些蛋白与基因的整合分析使人们对哺乳动物生物起源的认识更加深入，对理解人类疾病也具有参考价值. 线粒体亚组分的研究线粒体对维持细胞的体内平衡起着关键作用，因此加速了人们对线粒体亚组分的研究. 线粒体内膜不仅包含有呼吸链复合物，它还包含多种离子通道和转运蛋白. 对线粒体发挥正常的功能起着重要作用. Cruz等〔9〕专注于线粒体内膜蛋白质的研究，他们通过二维液相色谱串联质谱技术鉴定出182个蛋白质，pI（），MW（Mr 6000~527 000），这些蛋白与许多生化过程相关，比如电子传递、蛋白质运输、蛋白质合成、脂类代谢和离子运输. 线粒体蛋白质复合物的研究线粒体内膜上嵌有很多蛋白质复合物，对于线粒体的功能具有重要作用，应用常规的双相电泳很难将这些蛋白质复合物完整地分离出来. Devreese等〔10〕采用Bluenative polyacrylamide gel electrophoresis（BNPAGE）分离线粒体内膜上的五个氧化磷酸化复合物，结合肽质量指纹图谱，成功地鉴定出氧化磷酸化复合物中60%的已知蛋白质. BNPAGE在分离蛋白质复合物时可以保持它们的完整性，因此这项技术可以用于研究在不同的生理病理状态下蛋白质复合物的变化及临床诊断等. 线粒体蛋白质组数据库目前人们查询最多的线粒体蛋白质组数据库有MITOP, MitoP2和SWISSPROT三种. MITOP〔11〕是有关线粒体、核编码的基因和相应的线粒体蛋白质的综合性数据库，收录了1150种线粒体相关的基因和对应的蛋白质，人们可依据基因、蛋白质、同源性、通道与代谢、人类疾病分类查询相关的信息.MitoP2〔12〕数据库中主要为核编码的线粒体蛋白质组的数据，MitoP2数据库将不同来源的线粒体蛋白质的信息整合在一起，人们可以根据不同的参数进行查询. MitoP2数据库既包括最新的数据也包括最初的MITOP〔11〕数据库中的数据. 目前数据库中主要为酵母和人的线粒体蛋白质组的数据，以后还将收录小鼠、线虫等的数据. 数据库旨在为人们提供线粒体蛋白质的综合性数据. SWISSPROT数据库包含269种人类线粒体蛋白质，其中与人类疾病相关的蛋白质有225种. 数据库中有相当一部分蛋白质没有明确的定位和功能信息的描述. 随着线粒体研究热潮到来和蛋白质组学技术的发展，将有更多的数据被填充到数据库中. 3线粒体蛋白质组研究中存在的问题 线粒体碱性蛋白质与低分子量蛋白质线粒体蛋白质中，具有碱性等电点的蛋白质占有很大比例，在等电聚焦时难以溶解，一些碱性程度很大的蛋白质如细胞色素C（pH ）在pH 3~10的IPG胶上不能被分离出. 线粒体蛋白质中相当一部分蛋白是低分子量蛋白，因此在SDSPAGE电泳时要分别应用高浓度和低浓度分离胶，以更好地分离低分子量蛋白质和高分子量蛋白质. 线粒体膜蛋白质线粒体是一个具有双层膜结构的细胞器，内膜和外膜上整和有很多膜蛋白质，这些膜蛋白质对于线粒体功能的发挥具有重要作用，但是膜蛋白质具有很强的疏水性，在等电聚焦时，用常规的水化液难以溶解，因此用常规的IPG胶检测不出来. 换用不同的裂解液对膜蛋白的溶解具有帮助. 有研究人员在等电聚焦缓冲液中加入SB310以增加膜蛋白的溶解性. 在等电聚焦前对样品进行有机酸处理也可以增加膜蛋白的溶解性. 在研究中人们发现,不同的样品应该选用不同的裂解液，没有一种裂解液能够适合于所有的膜蛋白质.百事通针对膜蛋白质的难溶和等电聚焦时的沉淀，一些研究人员另辟径，避开双相电泳而进行一维SDSPAGE电泳，如Taylor等〔13〕先通过蔗糖梯度离心将线粒体蛋白质分成不同的组分，而后将每一个组分进行一维电泳，一维电泳中SDS可以很好地溶解疏水性蛋白质和膜整合蛋白质，他们鉴定出600多种线粒体蛋白质，其中有很多蛋白质以前应用双相电泳没有被鉴定出来. 他们鉴定的蛋白质中有很多具有跨膜结构域，如adenine nucleotide translocator（ANT1）和VDACs蛋白质，这些蛋白质对于调节线粒体的功能具有关键作用而且应用常规双相电泳很难被鉴定出来. 提高质谱鉴定的灵敏性对于一维SDSPAGE电泳后蛋白质分析鉴定具有很大的帮助，Pflieger等〔14〕应用液相色谱串联质谱（LCMS/MS）成功地鉴定出179种线粒体蛋白质，其中43%是膜蛋白质而且23%具有跨膜结构域. 液相色谱串联质谱（LCMS/MS）检测灵敏度较高，SDS可以很好地溶解膜蛋白，因此这种方法比传统的双相电泳具有更高的灵敏性而且不受蛋白质等电点、分子量、疏水性的限制. 线粒体样品的纯度线粒体样品的纯度对于蛋白质组分析非常重要，在样品制备的过程中，具有与线粒体相同沉降系数的成分会同线粒体一起沉降下来，如内质网、微粒体、胞浆蛋白的一些成分. 这些蛋白斑点出现在双相电泳胶上，会影响整体蛋白质组分析的结果. 因此提高样品的纯度至关重要. Scheffler等〔15〕采用多步percoll/metrizamide密度梯度离心纯化线粒体样品，双相电泳后鉴定出61个蛋白质，几乎全部是线粒体蛋白质. 4未来展望 随着人类基因组工作草图的完成，生命科学的研究进入后基因组时代，蛋白质组学的研究遂成为重点. 蛋白质组学旨在采用全方位、高通量的技术路线，确认生物体全部蛋白质的表达和功能模式，从一个机体、一个器官组织或一个细胞的蛋白质整体活动来揭示生命规律，并研究疾病的发生机制、建立疾病的早期诊断和防治方法. 抗体技术在线粒体蛋白质组学领域中具有重要的应用价值. 单克隆抗体还具有高度的特异性，应用于亲和层析技术中不仅可以去除组织细胞样品中高表达的蛋白质成分，同样也可以富集表达量极低的组分. 结合蛋白免疫转印、流式细胞术和免疫组织细胞化学，实现对相应蛋白质的定性、定量和细胞（内）定位分析. 与微阵列技术（芯片）结合，可以研制出含有成百上千种抗体的蛋白(抗体)芯片，这种新技术使得研究人员可以在一次实验中比较生物样品中成百上千的蛋白质的相对丰度，能够检测到样品中浓度很低的抗原，以实现蛋白质组学对复杂组分高通量、高效率的检测. 某些抗体可以特异性识别蛋白质翻译后修饰的糖基化或磷酸化位点、降解产物、功能状态和构象变化，成为基因芯片检测不可替代的补充. 抗体捕获组分的分析有助于蛋白质复合物及其相互作用的研究，也在新的蛋白质发现和确认方面提供重要信息和证据. 随着抗体技术的不断提高，抗体数目的不断增多，蛋白质组学的研究也将更加深入. 线粒体不仅参与细胞重要的生命活动，而且对于生物进化的研究也有重要意义. 随着线粒体研究热潮的到来，将有更多的蛋白质被发现，对于蛋白质功能的研究也将更加深入，相信线粒体蛋白质组的研究对于人类疾病的发病机制和早期诊断将做出重要贡献. 【参考文献】 〔1〕 Jiang X, Wang X. Cytochrome Cmediated apoptosis 〔J〕. Annu Rev Biochem, 2004,73: 87-106. 〔2〕 Chen XJ, Wang X, Kaufman BA, et al. Aconitase couples metabolic regulation to mitochondrial DNA maintenance 〔J〕. Science, 2005,307(5710): 714-717. 〔3〕 Petros JA, Baumann AK, RuizPesini E, et al. mtDNA mutations increase tumorigenicity in prostate cancer 〔J〕. PNAS, 2005,102(3):719-724. 〔4〕 Wonsey DR, Zeller KI, Dang CV. The cMyc target gene PRDX3 is required for mitochondrial homeostasis and neoplastic transformation 〔J〕. PNAS, 2002, 99(10): 6649-6654. 〔5〕 Taylor RW, Turnbull DM. Mitochondrial DNA mutations in human disease〔J〕. Nat Rev Genet, 2005,6:389-402. 〔6〕 Rabilloud T, Kieffer S, Procaccio V, et al. Twodimensional electrophoresis of human placental mitochondria and protein identification by mass spectrometry: toward a human mitochondrial proteome 〔J〕. Electrophoresis, 1998,19:1006-1014. 〔7〕 Fountoulakis M, Berndt P, Langen H, et al. The rat liver mitochondrial proteins〔J〕. Electrophoresis, 2002,23:311-328. 〔8〕 Mootha VK, Bunkenborg J, Olsen JV, et al. Integrated analysis of protein composition, tissue diversity, and gene regulation in mouse mitochondria 〔J〕. Cell, 2003,115(5): 629-640. 〔9〕 Cruz SD, Xenarios I, Langridge J, et al. Proteomic analysis of the mouse liver mitochondrial inner membrane 〔J〕. J Biol Chem, 2003, 278(42): 41566-41571. 〔10〕 Devreese B, Vanrobaeys F, Smet J, et al. Mass spectrometric identification of mitochondrial oxidative phosphorylation subunits separated by twodimensional bluenative polyacrylamide gel electrophoresis 〔J〕. Electrophoresis, 2002,23: 2525-2533. 〔11〕 Scharfe C, Zaccaria P, Hoertnagel K, et al. MITOP, the mitochondrial proteome database: 2000 update 〔J〕. Nuc Acid Res, 2000,28(1):155-158. 〔12〕 Andreoli C, Prokisch H, Hortnagel K, et al. MitoP2, an integrated database on mitochondrial proteins in yeast and man 〔J〕. Nuc Acid Res, 2004,32(90001):459-462. 〔13〕 Taylor SW, Warnock DE, Glenn GM, et al. An alternative strategy to determine the mitochondrial proteome using sucrose gradient fractionation and 1D PAGE on highly purified human heart mitochondria 〔J〕. 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笨蛋，自己写嘛！！！！！！
随着分子生物学的飞速发展，最为世人瞩目的人类基因组计划即将提前完成。人类将向了解自己的生命奥秘这一目标迈进一大步。但是，由于基因是遗传信息的携带者，而生命活动的执行者却是蛋白质，即基因的表达产物。因此，即使得到人类全部基因序列，也只是解决了遗传信息库的问题。人类揭示整个生命活动的规律，就必须研究基因的物产——蛋白质。相对于基因组而言，后者称为蛋白质组。1 蛋白质组概述及其相关研究技术和方法鉴于基因组研究的局限性，1994年澳大利亚Macquaie 大学的Wilkins和Williams等在意大利的一次科学会议上首次提出了蛋白质组（Proteome）这个概念。定义为“蛋白质组指的是一个基因组所表达的蛋白质”，即“PROTEOME”是由蛋白质的”PROTE”和基因组的“OME”字母拼接而成[1].这个新术语很快得到了国际生物学界的认可。目前对蛋白质组的分析工作大两个方面。一方面，通过二维胶电泳等技术得到正常生理条件下的机体、组织或细胞的全部蛋白质的图谱，相关数据将作为待测机体、组织或细胞的二维参考图谱和数据库。另一方面是比较分析在变化了生理条件下蛋白质组所发生的变化。目前蛋白质组研究技术常用以下手段：（1）用于蛋白质分离技术方面的如双向凝胶电泳（2-DE）、双向“高效”柱层析等。（2）用于蛋白质鉴定的技术如质谱技术、凝胶图像分析、蛋白质和多肽的N端、C端测序及氨基酸组成分析等。（3）用于蛋白质相互作用及作用方式研究的双杂交系统。（4）用于分析大量数据的生物工程信息学等[2].。2 蛋白质组在医学研究中的现状和前景自蛋白质组概念提出以来，已发表相关论文及论著数篇。并于是1997年举行了第一届国际性的“蛋白质组学”会议。同年出版式了第一部蛋白质组学的专著。目前蛋白质组在医学方面的研究重点在于对人类疾病的发病机制、早期诊断及治疗，对致病微生物的致病机理、耐药性及发现新的抗生素为主。现将这两方面的进展情况综述如下。 人类疾病的蛋白质组研究 直肠癌 直肠癌的发生是因多个基因的突变，导致肿瘤抑制基因失能所致，但确切机制仍不清楚。为探讨其发病机制，Sanchez等对15例结肠癌和13例正常人的结肠上皮进行2-DE，每个多肽模式用Melanie I12-DE分析软件进行分析。据此建立了包括882和861个斑点的结肠癌及正常人结肠粘膜的标准胶图。结果发现在分子量为13kD和pI值为处的蛋白质仅出现在结肠癌的组织中。15例结肠癌患者中13/蛋白有13例（87%）。此外，发现13/蛋白不仅在中度、低度分化的结肠癌及有24年病史的溃疡性结肠炎过度表达，而且出现在7例分化程度不同的腺瘤的癌前病灶。但对照组则极少出现。这表明该蛋白的出现对检测早期直肠癌有很强提示。通过对该蛋白HPLC及测序等分析后，发现与钙粒蛋白B（calgranulin B）及钙卫蛋白（calprotectin）有很大关系[3]。 肝癌 醛糖还原酶（aldose reductase, ）是醛酮还原酶超家族中的一个成员。它催化葡萄糖还原为山梨醇，通过减少内源或外源性代谢产物而起到解毒作用。Peter R等在用N-甲基-N-亚基脲诱导（N-methly-N-nitrosourea-induced）的小鼠肝癌中，用2-DE及氨基酸微型测序可分辩出一种肝癌诱导的醛糖还原酶样的蛋白质（35Kd/）。而在小鼠的晶状体中，则发现一种醛糖还原的同工酶，该酶与已知的小鼠醛糖还原酶有98%的同源性，而与肝癌诱导的醛糖还原酶样的蛋白质截然不同。这表明两种蛋白质是由相关的两条基因编码，在小鼠不同的器官中表达不同。肝癌诱导的醛糖还原酶蛋白质优先表达在肝癌及胎肝中，它们均受到纤维细胞生长因子的刺激，但随小鼠鼠器官的生理及病理环境而表现不同的形式。经免疫组化证实，肝癌诱导的醛糖还原酶样的蛋白质在成人肝脏中不表达，但在小鼠的肝癌 中又重新表达。同时发现该蛋白在癌前病变及肝癌中表达强烈，而在肝脏周围的正常组织不表达[4]。表明该蛋白可能与肝癌的发病有很大关系。 扩张型心肌病 扩张型心肌病是一种严重的可导致心衰的心脏病，大多数患者需行心脏移植术。目前其发病机理不明，推测可能为多种因素所致。1990年已有两组人员进行该病的蛋白质组分析。其后不久心肌的2-DE数据库建成，并进入国际互联网络。Knecht等采用2-DE取得了3300个心肌蛋白条带，通过氨基酸序列分析、Edman降解法及基质辅助的激光解吸离子化质谱（MALDI-MS）等分析了其中150条。经活检及术后病理证实，有12条为扩张性心肌病特有的蛋白。但具体资料尚在进一步分析之中[5]。Arnott D等对新福林诱导的肥大心肌细胞进行蛋白质组分析，同对照相比亦发现有8种蛋白质的表达水平发现了变化[6]。 膀胱癌 IFN-γ除抗病毒外，还有一项重要的功能即抗肿瘤作用。目前其抗肿瘤作用机制不明。有资料表明，IFN-γ可能通过在相关细胞中增强或抑制有关基因而发挥抗肿瘤作用。重组IFN-γ和IL-2已开始应用于膀胱癌的治疗中。为探明其作用机制，George等将四种分级程度不同的人膀胱癌新鲜活检标本，用50U/ml IFN-γ作用20个小时后，采用2-DE、微型序列分析、等电聚集、蛋白质印迹等方法，对标本进行蛋白质组分析。结果表明有五种蛋白质（色按酸-tRNA合成酶、IFN-γ诱导的r3，超氧化物歧化酶及两种分子量为和的未知蛋白）的表达量增加了75%，而醛糖还原酶表达量则下降。为研究IFN-γ对治疗膀胱癌的作用机制提供了一种方法[7]。此外，由于缺乏对膀胱鳞状细胞癌客观可靠的组织学分级标准，因而很其进行早期诊断。为此，Morten等对150例膀胱癌进行双盲法2-DE，并结合了蛋白质印迹法、微型序列分析及质谱等技术，建立了新鲜膀胱癌标本的2-DE数据库，且发现角蛋白10、14及银屑病相关的脂肪酸结合蛋白（psoriasis-associated fatty acid-binding protein,PA-FABP）等可以作为膀胱癌不同分化程度的标记物[8]。为早期诊断提供了一种新的手段。[ 本帖最后由 snow_white 于 2007-7-20 16:32 编辑 ]查看完整版本请点击这里：蛋白质组学研究〔综述〕05我也来说两句 查看全部回复 最新回复snow_white (2007-7-20 16:31:50) 其它 目前人的各种组织、器官、细胞乃至各种细胞器已被广泛研究。以期为疾病诊治及了解发病机制提供新的手段。在一项利用蛋白质组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中发现，乙醇 会改变血清蛋白糖基化作用，导致许多糖蛋白的糖基缺乏，如转铁蛋白[9]。Jagathpala等对免疫所致的不孕症的男性精子蛋白质进行蛋白质组分析，发现了导致不孕症的6种自体及异体抗 精子抗体[10]。在对肾癌的研究中，发现有4种蛋白质存在于正常肾组织而在肾癌细胞中缺失。其中两种分别是辅酶Q蛋白色素还原酶和线粒体乏醌氧化还原复合物I。这提示线粒体功能低下可能在肿瘤发生过程中起重要作用[11]。Ekkehard Brockstedt等利用2-DE、Edman微型序列法、MALDI-MS等对人BL60-2伯基特淋巴瘤细胞系进行了细胞凋亡机制的研究，结果发现RNA聚合酶转录因子3a（BTF3a）和/或BTF3b与抗IgM抗体介导（anti-IgM antibody-mediated）的细胞凋亡有很大关系[12]。 致病微生物的蛋白质组研究 近年来，WHO越来越重视感染性疾病对人类健康的影响。除结核、多重耐药链球菌感染及机会致病菌外，出现了一些新的感染因素如HIV、博氏疏螺旋体及埃博拉病毒等。因此这些致病微生物的蛋白质组分析，对于了解其毒性因子、抗原及疫苗的制备非常重要，此外对疾病的诊断、治疗和预防也同样重要。现已获得18种微生物的全部基因组序列，另有60余种的基因序列正在研究之中。这些工作的开展为蛋白质组的研究提供了有利条件。 检测博氏疏螺旋体与免疫有关的蛋白质 博氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）是莱姆病的主要病因，表现为环形红斑及流感样症状，大约有50%的未治患者发展为神经系统及关节系统疾病。该螺旋体可分为3种类型： sensu stricto,, 。其诊断需依靠血清学检查，但存在敏感性及特异性变化的缺点。为获得更可靠的血清学检查，Peter等用2-DE从得到217个银染的蛋白斑点。从中国兔多克隆抗体鉴别出6个已知的讥原。将不同临床表现莱姆病患者的血浆用 2-DE图杂交。用抗IgM及抗IgG作为第二抗体，在10例有游走性红斑的患者血浆中，检测出60~80个抗原。同时发现在有关节炎的患者血浆中，包含有抗15种抗原的IgM抗体及抗76种不同抗原的IgG抗体。而晚期有神经系统症状的患者血浆中，则包含有抗33种抗原的IgM抗体及抗76种抗原的IgG抗体。上述3种类型患者的血浆中均包含有抗6种已知抗原的抗体，且被SDSPAGE杂交所证实。这些抗原均是潜在的具有特异性诊断的标志物。 弓形体抗原的检测 弓形体病是由鼠弓形体虫引起的寄生虫病。全球人口大约有30%是携带者，在欧洲是最常见的寄生虫病。如果妊娠者感染，该虫可通过胎盘引起胎儿的感染。且随着妊娠时间的增加，感染的机会也增加。大约50%母体的感染可引起新生儿先天性疾病。因此诊断及治疗越早越好。目前要依靠血清学及PCR，而单独采用血清学如用IgG，IgM,或IgA抗体对疾病活动期敏感性不够，尤其对于妊娠或有免疫抑制的患者。潜在感染常发生在有免疫抑制的患者中。对AIDS患者来说，鼠弓形体虫是最主要的致命性脑损伤的病因。因此，能否早期诊断对治疗来说尤为关键。Jungblut等将鼠弓形体虫RH株在人羊膜细胞系FL521中传代后，用2-DE得到300个银染的斑点。再将其与以下3种患者的血浆进行免疫杂交：（1）患有急性弓形体病的妊娠女性（n=11）; (2)患急性弓形体病的非妊娠者（n=6）(3)有潜在感染的患者（n=9）。结果有9个斑点对各阶段的弓形体感染均反应，这9种斑点被用来当作弓形体感染的标记。其中7种标记可用作区别疾病的不同阶段。但对区别急性期与潜在期仍需联合应用多种抗原[4]。 白色念珠菌 芽管结构是白色念珠菌向菌丝体转变的早期阶段，该结构能增强白色念珠菌对宿主细胞的粘附力、穿透力及破坏性。目前通过蛋白质组分析方法如2-DE、质谱等已检测出在芽管结构所表达的一组特异蛋白如DNA结合蛋白等，为致病提高了一些参考指标[13]。Monkt等发现，在conA反应后的SDS-PAGE图中，在芽管结构的膜上，分子量为80kD复合糖处，出现很淡的考马斯亮蓝染色，而在孢子时则未出现。提示膜的整合、出现未与ConA结合的80kD复合糖可能与芽管结构的发生及生长有关。粘附素（adhesin）是白色念珠菌表面的组成部分，介导其与宿主的结合，是侵入宿主所需的重要蛋白，包含多种成分如白色念珠菌胞壁上的疏水蛋白等，通过增强菌株的粘附性而在其致病机制中发挥一定作用。但由于这些蛋白有很大同源性、多种糖基化作用及与胞壁或胞浆膜上其它成分形成共价结合，故提纯及分析很难。现通过等电聚集、2-DE及洗脱电泳等方法，可使这些蛋白得到很好的纯化、分离及分析[14]。抗真菌药通过改变真菌胞壁组分的生物合成和重组胞壁相关酶的结合位置而发挥作用。抗真菌药远少于抗细菌药就在于对真菌细胞壁蛋白分析了解太少。现在临床上用于抗真菌的药物多为咪唑类（咪康唑、酮康唑）及三唑类（氟康唑、伊曲康唑），但有很多患者出现耐药现象。在白色念珠菌中，目前发现至少有8种CDR家族的基因可产生耐药株的表现型。且有55种基因分别表达ABC及MFS蛋白（菌内药物输出泵）[]。但这些基因、蛋白与耐药之间的关系仍未清楚。应用2-DE、免疫检测蛋白质等技术，对这些蛋白在菌内的表达量进行分析，发现Cdrlp及CaMdrlp蛋白在耐咪唑类菌株中过量表达。在对咪唑类每感及去除CDR1基因的白色念珠菌株CA114中，提取并检测耐氟康唑突变子（FL3）的表达。结果发现FL3对氟康唑的耐是去除CDR1的基因的白色念珠菌株CA114的500倍 ，是CA114的250倍。且CDR1 mRNA在FL3的量是Ca114的8倍[17]。同时，对敏感性及耐药株蛋白质的2-DE图分析发现，在耐中有25种蛋白质增加，有76种蛋白质减少。推测白色念株菌是通过改变染色体数目或染色体重组来调节基因的表达量，进而产生耐药性[18]。随着蛋白质组技术成熟完善，将对真菌壁及耐药基因分泌的各种蛋白组成分析带来重大突破，并对抗真菌的研制提供重要资料。虽然蛋白质组学还处在一个初期发展研段，但我们相信随着其不断地深入发展，蛋白质组（学）研究在提示诸如生长、发育和代谢调控等生命活动的规律上将会有所突破，对探讨重大疾病的机理、疾病诊断、疾病防治和新药开发将提供重要的理论基础。[ 本帖最后由 snow_white 于 2007-7-20 16:33 编辑 ]snow_white (2007-7-20 16:34:25)二、蛋白质组学的研究进展蛋白质组学强调的是针对蛋白质的一个整体思路。从整体的角度看，蛋白质组研究大致可分为两种类型：一种是针对细胞或组织的全部蛋白质，也就是着眼点是整个蛋白质组；而另一种是以与一个特定的生物学机制或机制相关的全部蛋白质为着眼点，在这里整体是局部性的。针对细胞蛋白质组的完整分析的工作已经比较全面地展开，不仅如大肠杆菌、酵母等低等模式生物的蛋白质组数据库在建立之中，高等生物如水稻和小鼠等的蛋白质研究也已开展，人类一些正常和病变细胞的蛋白质数据库也已在建立之中。与此同时，更多的蛋白质组研究工作则是将着眼点放在蛋白质组的变化或差异上，也就是通过对蛋白质组的比较分析。首先发现并去鉴定在不同生理条件下或不同外界条件下蛋白质组中有差异的蛋白质组分。限于篇幅，本文不对这方面的工作做进一步论述。本文接下来重点介绍近期发表的关于蛋白质组学的几个工作，从中可以看到蛋白质组学的思想方法在蛋白质整体（或局部整体）水平上是如何解决生理学的一些重要问题的。1999年11月《Nature》杂志发表了一篇用蛋白质组学方法研究蛋白质折叠的研究论文[10]。在这篇文章中，Houry等报道了在大肠杆菌胞质中的2500种新生多肽链种只有近300种以GroEL作为分子伴侣来帮助其折叠成正确构象。在以往的相关研究中，通常只是针对某个或某些特定的蛋白质，观察它（们）在折叠过程中是否需要诸如GroEL等分子伴侣的帮助。而在这个工作中，研究是从一个整体的思路出发，首先通过免疫共沉淀的方法获得所有与GroEL结合的肽链，再通过二维电泳和数据库比较等蛋白质研究的手段对这些肽链进行分析鉴定，从而实现了对大肠杆菌近2500条新生多肽链与分子伴侣GroEL的关系的全面分析。在这个工作中，研究者还通过对其中50种与GroEL作用的肽链的鉴定，进一步揭示了决定这些蛋白质能与GroEL相互作用的关键结构特征。应该说，这个工作很好地体现了蛋白质组学的思想方法和技术手段的运用。过去在细胞生物学领域还没有得到过一个主要亚细胞结构的完整的分子图。核孔复合体是一个巨大的跨核膜的八角形结构，是控制大分子在胞质和核质间运输的通道。多年来，很多方法被用来分析这一复合体的组成成分。虽然这些工作取得了很大的进展，但究竟在多大程度上反映了这一复合体的分子原貌仍然是一个未知数。最近通过使用蛋白质组学的手段，Rout等[11]鉴定了完整的酵母核孔复合体所有能检测到的多肽，并系统地对每种可能的蛋白质组分在细胞中定位，结合免疫电镜的方法将各组分在复合体内定位并定量，从而揭示了酵母核孔复合体的完整分子构造，并在此基础上揭示了其工作原理。这个工作可以说是蛋白质组学解决构造生物学问题的一个典范，为揭示其他巨大分子机器的"构造"和工作原理指出了一条新路[12]。通过分析一个蛋白质是否跟功能已知的蛋白质相互作用可得到揭示其功能的线索。因为经验告诉我们，如果两个蛋白质相互作用，那么它们一般参与相同或相关的细胞活动[13]。从近期国际上蛋白质组学研究的发展动向可以看出，揭示蛋白质之间的相互作用关系，建立相互作用关系的网络图，已成为揭示蛋白质组复杂体系与蛋白质功能模式的先导，业已成为蛋白质组学领域的研究热点。2000年初，《Science》登载了一篇应用蛋白质组学的大规模双杂交技术研究线虫生殖器发育的文章[14]。在这个工作中，Walhout等以线虫的生殖发育过程作为研究对象，从已知的27个与线虫发育的蛋白质出发，构造了一个大规模的酵母双杂交系统，得到了100多个相互作用的结果，初步建立了与线虫生殖发育相关的蛋白质相互作用图谱，从而为深入研究和揭示线虫发育的机制等提供了丰富的线索。这个工作不同于一般的应用酵母双杂交进行研究的地方在于，它出于对一个生物学问题的整体思考，尽可能地从所有已知的蛋白质而不只是个别的蛋白质为出发点。这一个工作为以前专注于信号转导过程中单个蛋白质作用的科学家们提供了一个新的思路，即将整个途径的相关蛋白质一起考虑。那么，能否通过酵母双杂交系统来分析一种细胞或特定组织的所有可能的蛋白质之间的相互作用呢？在今年初，《Nature》发表了一篇通过大规模双杂交技术研究酵母近6000个蛋白质之间相互作用的论文[15]。啤酒酵母基因组DNA的全序列业已测定，这为通过双杂交技术来鉴定酵母基因组编码的全部6000种左右的蛋白质间的可能相互作用提供了非常有利的条件。在这个工作中，研究人员采用了两种不同的策略对酵母的蛋白质间的相互作用作了全面分析。一是所谓的列阵筛选法（array screening）。在此方法中，6000株表达不同"猎物"蛋白的酵母单克隆分别加在微滴定板上，带有不同的"诱饵"蛋白的酵母株与前面6000株细胞一一接合形成二倍体细胞，"猎物"蛋白与"诱饵"蛋白的相互作用通过报道基因的表达而被鉴定。这篇文章中报道了192种不同的"诱饵"蛋白与近6000种"猎物"蛋白的相互作用的结果。另一种方法是文库筛选法。该方法与前一种方法的区别是，将表达6000种不同"猎物"蛋白的酵母细胞混在一起构成文库，再将这个文库分别与6000株表达不同"诱饵"蛋白的酵母细胞接合，再进一步筛选鉴定阳性克隆，即"诱饵"与"猎物"发生相互作用的克隆。根据这篇报告，上述两种策略得到了不同的结果，相比之下阵列筛选法更为有效，而文库筛选法的长处是通量大。这一工作的重要意义在于我们已经看到，在基因组序列被了解的基础上，可以利用大规模双杂交技术全面地，当然也是初步地，分析其物种或其细胞、组织的所有蛋白质之间的相互作用关系。相信类似的工作将很快针对其他物种开展，特别是基因组序列已被揭示的物种。由此可见，蛋白质组学已经开始从建立数据库走向解决生命科学的重大问题，成为研究生物学问题或机制的强有力手段。snow_white (2007-7-20 16:37:32)三、蛋白质组学研究进展与趋势曾 嵘 夏其昌（中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所蛋白质组学研究分析中心 上海 200031）如果在五年前提到蛋白质组学（Proteomics），恐怕知之者甚少，而在略知一二者中，部分人还抱有怀疑态度。但是，2001年的Science杂志已把蛋白质组学列为六大研究热点之一，其“热度”仅次于干细胞研究，名列第二。蛋白质组学的受关注程度如今已令人刮目相看。1．蛋白质组学研究的研究意义和背景随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代。在这个时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。尽管现在已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基因表达序列分析(Serial analysis of gene expression, SAGE)等，都是从细胞中mRNA的角度来考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白质表达的水平。但事实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控(Transcriptional control )，翻译水平调控(Translational control)，翻译后水平调控(Post-translational control )。从mRNA角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平。实验也证明，组织中mRNA丰度与蛋白质丰度的相关性并不好，尤其对于低丰度蛋白质来说，相关性更差。更重要的是，蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质－蛋白质相互作用等则几乎无法从mRNA水平来判断。毋庸置疑，蛋白质是生理功能的执行者，是生命现象的直接体现者，对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质构象等问题，仍依赖于直接对蛋白质的研究来解决。虽然蛋白质的可变性和多样性等特殊性质导致了蛋白质研究技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生命过程。传统的对单个蛋白质进行研究的方式已无法满足后基因组时代的要求。这是因为：(1) 生命现象的发生往往是多因素影响的，必然涉及到多个蛋白质。(2) 多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发生，或呈级联因果。(3) 在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动态的，并不象基因组那样基本固定不变。因此要对生命的复杂活动有全面和深入的认识，必然要在整体、动态、网络的水平上对蛋白质进行研究。因此在上世纪90年代中期，国际上产生了一门新兴学科－蛋白质组学（Proteomics），它是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象。可以说蛋白质组研究的开展不仅是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，也是后基因组时代生命科学研究的核心内容之一。虽然第一次提出蛋白质组概念是在1994年，但相关研究可以追溯到上世纪90年代中期甚至更早，尤其是80年代初，在基因组计划提出之前，就有人提出过类似的蛋白质组计划，当时称为Human Protein Index计划，旨在分析细胞内的所有蛋白质。但由于种种原因，这一计划被搁浅。90年代初期，各种技术已比较成熟，在这样的背景下，经过各国科学家的讨论，才提出蛋白质组这一概念。国际上蛋白质组研究进展十分迅速，不论基础理论还是技术方法，都在不断进步和完善。相当多种细胞的蛋白质组数据库已经建立，相应的国际互联网站也层出不穷。1996年，澳大利亚建立了世界上第一个蛋白质组研究中心：Australia Proteome Analysis Facility ( APAF )。丹麦、加拿大、日本也先后成立了蛋白质组研究中心。在美国，各大药厂和公司在巨大财力的支持下，也纷纷加入蛋白质组的研究阵容。去年在瑞士成立的GeneProt公司，是由以蛋白质组数据库“SWISSPROT” 著称的蛋白质组研究人员成立的，以应用蛋白质组技术开发新药物靶标为目的，建立了配备有上百台质谱仪的高通量技术平台。而当年提出Human Protein Index 的美国科学家Normsn G. Anderson也成立了类似的蛋白质组学公司，继续其多年未实现的梦想。2001年4月，在美国成立了国际人类蛋白质组研究组织（Human Proteome Organization, HUPO）,随后欧洲、亚太地区都成立了区域性蛋白质组研究组织，试图通过合作的方式，融合各方面的力量，完成人类蛋白质组计划（Human Proteome Project）。snow_white (2007-7-20 16:37:49)2．蛋白质组学研究的策略和范围蛋白质组学一经出现，就有两种研究策略。一种可称为“竭泽法”，即采用高通量的蛋白质组研究技术分析生物体内尽可能多乃至接近所有的蛋白质，这种观点从大规模、系统性的角度来看待蛋白质组学，也更符合蛋白质组学的本质。但是，由于蛋白质表达随空间和时间不断变化，要分析生物体内所有的蛋白质是一个难以实现的目标。另一种策略可称为“功能法”，即研究不同时期细胞蛋白质组成的变化，如蛋白质在不同环境下的差异表达，以发现有差异的蛋白质种类为主要目标。这种观点更倾向于把蛋白质组学作为研究生命现象的手段和方法。早期蛋白质组学的研究范围主要是指蛋白质的表达模式（Expression profile）, 随着学科的发展，蛋白质组学的研究范围也在不断完善和扩充。蛋白质翻译后修饰研究已成为蛋白质组研究中的重要部分和巨大挑战。蛋白质-蛋白质相互作用的研究也已被纳入蛋白质组学的研究范畴。而蛋白质高级结构的解析即传统的结构生物学，虽也有人试图将其纳入蛋白质组学研究范围，但目前仍独树一帜。
现在已经解决了一大半了，临床难题已经困扰了我们非常多年了，不过随着医疗技术的增加，这已经不算是难事了。
前列腺癌是一种困扰我国诸多男性以及全世界很多男性的癌症，给不少男性的健康带来了严重的威胁，前列腺癌多发于65岁以上的男性，因为现在我国以及世界上的很多国家都出现了一个人口老龄化的态势，所以前列腺癌的发病人群越来越多。但是在对待前列腺癌的治疗上，临床上还没有特别有效的方法。不过我国的很多药企已经在研究第2代的AR拮抗剂，可能在未来的不久就能够正式的进驻市场，除此之外，还发现了一种靶向蛋白的降解剂，也许能够起到很好的治疗作用。虽然现在前列腺癌的临床难题还没有得到解决，但是在未来很可能能够被完全解决。
前列腺癌遵循一定的进展阶段，在不同的进展阶段由于对人体所造成的伤害不同，所以采取的治疗方法也有很大的差异。如果前列腺癌患者发现的时间比较早，这个阶段的治疗以Adt为主。但是这种治疗手段还不是非常有效的，绝大多数的前列腺癌患者其病情还会继续发展，最后成为Crpc。
前列腺癌还具有非常强的转移性，将癌细胞转移到骨组织之中，这部分患者也就会发展成为MCrpc。如果患者的病情进展到了这个程度治疗起来是相当困难的，现在几乎没有能够应用于这些患者的药物。
现在对于前列腺癌的治疗主要以AR靶向药物为主。前列腺癌与AR存在着非常密切的关系，但是在使用这些靶向药物在进行治疗的过程之中，由于AR非常的容易产生突变，所以患者很容易出现耐药性，进而造成治疗效果的下降。所以人们现在非常想要找到一种能够使患者降低耐药性出现的AR靶向药物。
从简单地剪切致病基因，到开发出不再传播疾病的工程动物，基因编辑技术已经释放出巨大的潜力。随着研究的深入，科学界还发现，除了编辑具有遗传讯息的DNA片段，编辑RNA可以在不改变基因组的情况下，帮助调整基因表达方式，此外，RNA的寿命是相对短暂的，这也意味着它的变化是可以逆转的，从而避免基因工程中的巨大风险。
2017年10月，来自Broad研究所的张锋研究团队在《自然》期刊上发表了题为“RNA targeting with CRISPR-Cas13”的文章，首次将CRISPR-Cas13系统公之于众，证实了CRISPR-Cas13可以靶向哺乳动物细胞中的RNA。仅仅时隔三周，又一篇名为“RNA editing with CRISPR-Cas13”的力作发表于《科学》期刊。在该研究中，张锋研究团队再次展示了这一RNA编辑系统，能有效地对RNA中的腺嘌呤进行编辑。
在CRISPR出现之前，RNAi是调节基因表达的理想方法。但是Cas13a酶一大优势在于更强的特异性，而且这种本身来自细菌的系统对哺乳动物细胞来说，并不是内源性的，因此不太可能干扰细胞中天然的转录。相反，RNAi利用内源性机制进行基因敲除，对本身的影响较大。但CRISPR-Cas13系统还有一个重要的问题，Cas13a酶本质上是一种相对较大的蛋白质，因此很难被包装到靶组织中，这也可能成为RNA编辑技术临床应用的一大障碍。
2018年3月16日，一项发表在《细胞》期刊的重磅成果为RNA编辑技术带来一大步飞跃，来自美国Salk研究所的科学家利用全新的CRISPR家族酶扩展了RNA编辑能力，并将这个新系统命名为“CasRx”。
CasRx（品红色）在人类细胞核中靶向RNA（灰色），Salk研究所
“生物工程师就像自然界的侦探一样，在DNA模式中寻找线索来帮助解决遗传疾病。CRISPR彻底改变了基因工程，我们希望将编辑工具从DNA扩展到RNA。”研究领导者Patrick Hsu博士表示，“RNA信息是许多生物过程的关键介质。在许多疾病中，这些RNA信息失去了平衡，因此直接靶向RNA的技术将成为DNA编辑的重要补充。”
除了高效性且无明显脱靶效应，新系统的一个关键特征是其依赖于一种比以前研究中物理尺寸更小的酶。 这对RNA编辑技术至关重要，这使得该编辑工具能够更容易被包装到病毒载体，并进入细胞进行RNA编辑。来自东京大学的科学家Hiroshi Nishimasu并未参与这项研究，他表示：“在这项研究中，研究人员发现了一种较Cas13d更加‘紧凑’的酶CasRx。从基础研究到治疗应用，我认为CasRx将成为非常有用的工具。”
此外，在这项研究中，研究人员还展示了利用这种新型RNA编辑系统来纠正RNA过程的能力。他们将CasRx包装到病毒载体中，并将其递送到利用额颞叶痴呆（FTD）患者干细胞中培养的神经细胞，最终使tau蛋白水平恢复到健康水平上，有效率达到80%。
Patrick Hsu博士最后说道：“基因编辑技术通过对DNA的切割带来基因序列的改变。在经过基因编辑的细胞中，其效果是永久的。虽然基因编辑技术能够很好地将基因完全关闭，但对调节基因的表达上并不那么优秀。展望未来，这一最新工具将在RNA生物学研究中发挥重要作用，并有望在未来凭借该技术对RNA相关疾病进行治疗。”
该研究探索了Cas13d家族蛋白CasRx敲低目的基因的最佳sgRNA组合，通过尾静脉注射质粒的方式，将CasRx系统和靶向Pten基因的sgRNA导入到小鼠肝脏细胞中，成功在小鼠肝脏中实现了Pten的高效沉默。
3月18日，《蛋白质与细胞》期刊在线发表了《Cas13d介导的肝脏基因表达下调对代谢功能的调控》的研究论文，该研究由中科院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究组和上海科技大学生命科学与技术学院黄鹏羽研究组合作完成。该研究探索了Cas13d家族蛋白CasRx敲低目的基因的最佳sgRNA组合，通过尾静脉注射质粒的方式，将CasRx系统和靶向Pten基因的sgRNA导入到小鼠肝脏细胞中，成功在小鼠肝脏中实现了Pten的高效沉默，证实了CasRx系统在成体动物体内也具有靶向沉默RNA的活性，通过增强下游蛋白AKT的磷酸化，影响了糖脂代谢相关基因的表达。同时，利用AAV递送CasRx和靶向Pscsk9的sgRNA到小鼠肝脏，有效降低了肝脏中PCSK9的蛋白表达，以及小鼠血液中的胆固醇水平。这为治疗后天性的代谢疾病提供了新方案。
同时，杨辉研究组与上海交通大学医学院附属上海第一人民医院孙晓东研究组合作，也探究了CasRx预防严重的眼部疾病——年龄相关性黄斑变性（AMD）的可能性，研究人员发现在体内使用CasRx敲低Vegfa的mRNA可以显著减少AMD小鼠模型中脉络膜新血管形成（CNV）的面积，验证了将RNA靶向的CRISPR系统用于治疗应用的潜力。相关研究论文《CasRx介导的RNA靶向策略可防止年龄相关的黄斑变性的小鼠模型中的脉络膜新生血管形成》3月3日在《国家科学评论》在线发表。
近年来，CRISPR/Cas9技术因其强大且便捷的DNA编辑能力而受到广泛关注。2016年，张锋实验室发现了一种新的Cas蛋白Cas13a，可以靶向RNA进行切割。之后人们又陆续发现了靶向RNA的Cas13b, Cas13c。由于Cas13家族蛋白靶向RNA的特点，理论上在一些特定疾病的检测和治疗上具有独特优势，因而成为近年来的研究热点。2018年，加州大学伯克利分校Patrick Hsu实验室发现了Cas13d家族。他们发现与RNA干扰技术相比，Cas13d介导的基因沉默具有更高的特异性（与数百个shRNA脱靶相比，Cas13d没有脱靶）和敲除效率（Cas13d达到96％，shRNA达到65％）。而与Cas9介导的基因敲除技术相比，Cas13d介导的基因沉默不会改变基因组DNA，因此这种基因沉默是可逆的，从而对一些后天性疾病（如因不良生活习惯导致的高血脂等后天代谢性疾病）的治疗更有优势。其中Cas13d家族的CasRx蛋白由于体积小，效率高，被认为是在未来应用中最具有优势的Cas13蛋白。
此前的工作都在细胞水平证明了CasRx的高效性和特异性，杨辉研究组的这两篇文章则更进一步在动物体内证明了CasRx的活性，为临床提供了可能性。为证明CasRx在动物体内的活性，研究人员分别针对目的基因进行了sgRNA的体外筛选，然后采用尾静脉注射敲低Pten的质粒、尾静脉注射敲低Pcsk9的AAV8病毒、眼部注射敲低Vegfa的AAV病毒。对注射后的小鼠进行相应分析，分别得到Pten基因下调及其下游蛋白AKT的磷酸化上调，Pcsk9下调造成血清胆固醇下调；Vegfa下调显著减少AMD小鼠模型中脉络膜新血管形成（CNV）的面积。
2020年3月18日，《蛋白质与细胞》期刊在线发表了《Cas13d介导的肝脏基因表达下调对代谢功能的调控》的研究论文，该研究由中科院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究组和上海科技大学生命科学与技术学院黄鹏羽研究组合作完成。该研究探索了Cas13d家族蛋白CasRx敲低目的基因的最佳sgRNA组合，通过尾静脉注射质粒的方式，将CasRx系统和靶向 Pten 基因的sgRNA导入到小鼠肝脏细胞中，成功在小鼠肝脏中实现了 Pten 的高效沉默， 证实了CasRx系统在成体动物体内也具有靶向沉默RNA的活性， 通过增强下游蛋白AKT的磷酸化，影响了糖脂代谢相关基因的表达。同时，利用AAV递送CasRx和靶向 Pscsk9 的sgRNA到小鼠肝脏， 有效降低了肝脏中PCSK9的蛋白表达，以及小鼠血液中的胆固醇水平 。这为治疗后天性的代谢疾病提供了新方案。
同时，杨辉研究组与上海交通大学医学院附属上海第一人民医院孙晓东研究组合作，也 探究了CasRx预防严重的眼部疾病——年龄相关性黄斑变性（AMD）的可能性，研究人员发现在体内使用CasRx敲低 Vegfa的mRNA可以显著减少AMD小鼠模型中脉络膜新血管形成（CNV）的面积**，验证了将RNA靶向的CRISPR系统用于治疗应用的潜力。相关研究论文《CasRx介导的RNA靶向策略可防止年龄相关的黄斑变性的小鼠模型中的脉络膜新生血管形成》3月3日在《国家科学评论》在线发表。
近年来，CRISPR/Cas9技术因其强大且便捷的DNA编辑能力而受到广泛关注。2016年，张锋实验室发现了一种新的Cas蛋白Cas13a，可以靶向RNA进行切割。之后人们又陆续发现了靶向RNA的Cas13b, Cas13c。由于Cas13家族蛋白靶向RNA的特点，理论上在一些特定疾病的检测和治疗上具有独特优势，因而成为近年来的研究热点。2018年，加州大学伯克利分校Patrick Hsu实验室发现了Cas13d家族。他们发现与RNA干扰技术相比，Cas13d介导的基因沉默具有更高的特异性（与数百个shRNA脱靶相比， Cas13d没有脱靶）和敲除效率（Cas13d达到96％ ，shRNA达到65％）。而与Cas9介导的基因敲除技术相比， Cas13d介导的基因沉默不会改变基因组DNA，因此这种基因沉默是可逆的 ，从而对一些后天性疾病（如因不良生活习惯导致的高血脂等后天代谢性疾病）的治疗更有优势。其中Cas13d家族的CasRx蛋白由于体积小，效率高，被认为是在未来应用中最具有优势的Cas13蛋白。
此前的工作都在细胞水平证明了CasRx的高效性和特异性，杨辉研究组的这两篇文章则更进一步在动物体内证明了CasRx的活性，为临床提供了可能性 。为证明CasRx在动物体内的活性，研究人员分别针对目的基因进行了sgRNA的体外筛选，然后采用尾静脉注射敲低 Pten 的质粒、尾静脉注射敲低 Pcsk9 的AAV8病毒、眼部注射敲低 Vegfa 的AAV病毒。对注射后的小鼠进行相应分析，分别得到 Pten 基因下调及其下游蛋白AKT的磷酸化上调， Pcsk9 下调造成血清胆固醇下调； Vegfa 下调显著减少AMD小鼠模型中脉络膜新血管形成（CNV）的面积。
图1 CasRx介导的 Pten 体内体外的下调（ Protein & Cell ）
A.质粒示意图；细胞中 Pten 的下调；检测PTEN及AKT的表达； 与shRNA脱靶比较；E.尾静脉注射质粒示意图；.免疫荧光，qPCR，western分别检测 Pten 及p-AKT的表达
图2 血清胆固醇的调节以及 Pcsk9 的可逆调控（ Protein & Cell ）
A.针对 Pcsk9 的AAV8病毒注射示意图；B.肝组织中 Pcsk9 的表达量；C.血清 PCSK9 的表达量；D.血清胆固醇水平；.血清ALT和AST的测定；G.可逆调节注射示意图； H. Pcsk9 的动态调控。
图3 AAV介导CasRx减少了AMD小鼠模型中CNV的面积（National Science Review）
A.小鼠和人序列比较以及sgRNA示意图；.在293T和N2a细胞中敲低 Vegfa ；蛋白的表达；病毒质粒示意图；F.实验流程图；的mRNA表达水平；.激光烧伤之前或之后7天的 Vegfa mRNA水平；诱导3天后的VEGFA蛋白水平；K.激光烧伤7天后，用PBS或AAV-CasRx- Vegfa 注射的代表性CNV图像；面积统计。
2020 年 4 月 8 日， Cell 期刊在线发表了题为 《Glia-to-Neuron Conversion by CRISPR-CasRx Alleviates Symptoms of Neurological Disease in Mice》 的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室 杨辉 研究组完成。
该项研究通过运用最新开发的 RNA 靶向 CRISPR 系统 CasRx 特异性地在视网膜穆勒胶质细胞中敲低 Ptbp1 基因的表达，首次在成体中实现了视神经节细胞的再生，并且恢复了永久性视力损伤模型小鼠的视力。同时，该研究还证明了这项技术可以非常高效且特异地将纹状体内的星形胶质细胞转分化成多巴胺神经元，并且基本消除了帕金森疾病的症状。该研究将为未来众多神经退行性疾病的治疗提供一个新的途径。
人类的神经系统包含成百上千种不同类型的神经元细胞。在成熟的神经系统中，神经元一般不会再生，一旦死亡，就是永久性的。神经元的死亡会导致不同的神经退行性疾病，常见的有阿尔兹海默症和帕金森症。此类疾病的病因尚不明确且没有根治的方法，因此对人类的健康造成巨大威胁。据统计，目前全球大约有 1 亿多的人患有神经退行性疾病，而且随着老龄化的加剧，神经退行性疾病患者数量也将逐渐增多。
在常见的神经性疾病中，视神经节细胞死亡导致的永久性失明和多巴胺神经元死亡导致的帕金森疾病是尤为特殊的两类，它们都是由于特殊类型的神经元死亡导致。我们之所以能看到外界绚烂多彩的世界，是因为我们的眼睛和大脑中存在一套完整的视觉通路，而连接眼睛和大脑的神经元就是视神经节细胞。
作为眼睛和大脑的唯一一座桥梁，视神经节细胞对外界的不良刺激非常敏感。研究发现很多眼疾都可以导致视神经节细胞的死亡，急性的如缺血性视网膜病，慢性的如青光眼。视神经节细胞一旦死亡就会导致永久性失明。据统计，仅青光眼致盲的人数在全球就超过一千万人。
帕金森疾病是一种常见的老年神经退行性疾病。它的发生是由于脑内黑质区域中一种叫做多巴胺神经元的死亡，从而导致黑质多巴胺神经元不能通过黑质-纹状体通路将多巴胺运输到大脑的另一个区域纹状体。目前，全球有将近一千万人患有此病，我国尤为严重，占了大约一半的病人。 如何在成体中再生出以上两种特异类型的神经元，一直是全世界众多科学家努力的方向。
该研究中，研究人员首先在体外细胞系中筛选了高效抑制 Ptbp1 表达的 gRNA，设计了特异性标记穆勒胶质细胞和在穆勒胶质细胞中表达 CasRx 的系统。所有元件以双质粒系统的形式被包装在 AAV 中并且通过视网膜下注射，特异性地在成年小鼠的穆勒胶质细胞中下调 Ptbp1 基因的表达。
大约一个月后，研究人员在视网膜视神经节细胞层发现了由穆勒胶质细胞转分化而来的视神经节细胞，并且转分化而来的视神经节细胞可以像正常的细胞那样对光刺激产生相应的电信号。
研究人员进一步发现，转分化而来的视神经节细胞可以通过视神经和大脑中正确的脑区建立功能性的联系，并且将视觉信号传输到大脑。在视神经节细胞损伤的小鼠模型中，研究人员发现转分化的视神经细胞可以让永久性视力损伤的小鼠重新建立对光的敏感性。
为进一步发掘 Ptbp1 介导的胶质细胞向神经元转分化的治疗潜能，研究人员证明了该策略还能特异性地将纹状体中的星形胶质细胞非常高效的转分化为多巴胺神经元，并且证明了转分化而来的多巴胺神经元能够展现出和黑质中多巴胺神经元相似的特性。
在行为学测试中，研究人员发现这些转分化而来的多巴胺神经元可以弥补黑质中缺失的多巴胺神经元的功能，从而将帕金森模型小鼠的运动障碍逆转到接近正常小鼠的水平。
需要指出的是，虽然科学家们在实验室里取得了重要进展，但是要将研究成果真正应用于人类疾病的治疗，还有很多工作要做：人类的视神经节细胞能否再生？帕金森患者是否能通过该方法被治愈？这些问题有待全世界的科研工作者共同努力去寻找答案。
（上）CasRx 通过靶向的降解 Ptbp1 mRNA 从而实现 Ptbp1 基因表达的下调。
（中）视网膜下注射 AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1 可以特异性的将视网膜穆勒胶质细胞转分化为视神经节细胞，转分化而来视神经节细胞可以和正确的脑区建立功能性的联系，并且提高永久性视力损伤模型小鼠的视力。
（下）在纹状体中注射 AAV-GFAP-CasRx-Ptbp1 可以特异性的将星形胶质细胞转分化为多巴胺神经元，从而基本消除了帕金森疾病模型小鼠的运动症状。
RNA-editing Cas13 enzymes have taken the CRISPR world by storm. Like RNA interference, these enzymes can knock down RNA without altering the genome , but Cas13s have higher on-target specificity. New work from Konermann et al. and Yan et al. describes new Cas13d enzymes that average only kb in size and are easy to package in low-capacity vectors! These small, but mighty type VI-D enzymes are the latest tools in the transcriptome engineering toolbox.
Microbial CRISPR diversity is impressive, and researchers are just beginning to tap the wealth of CRISPR possibilities. To identify Cas13d, both groups used very general bioinformatic screens that looked for a CRISPR repeat array near a putative effector nuclease. The Cas13d proteins they identified have little sequence similarity to previously identified Cas13a-c orthologs, but they do include HEPN nuclease domains characteristic of the Cas13 superfamily. Yan et al. proceeded to study orthologs from Eubacterium siraeum (EsCas13d) and Ruminococcus sp. (RspCas13d), while Konermann et al. characterized orthologs from “Anaerobic digester metagenome” (AdmCas13d) and Ruminococcus flavefaciens (nicknamed CasRx), as well as EsCas13d.
Like other Cas13 enzymes, the Cas13d orthologs described in these papers can independently process their own CRISPR arrays into guide RNAs. crRNA cleavage is retained in dCas13d and is thus HEPN-independent. These enzymes also do not require a protospacer flanking sequence, so you can target virtually any RNA sequence ! In bacteria, Cas13d-mediated cleavage promotes collateral cleavage of other RNAs. As with other Cas13s, this collateral cleavage does not occur when Cas13d is expressed in a mammalian system.
Since Cas13d is functionally similar to previously discovered Cas13 enzymes - what makes these orthologs so special? The first property is size - Cas13d enzymes have a median length of ~930aa - making them 17-26% smaller than other Cas13s and a whopping 33% smaller than Cas9! Their small size makes then easy to package in low-capacity vectors like AAV, a popular vector due to its low immunogenicity. But these studies also identified other advantages, including Cas13d-specific regulatory proteins and high targeting efficiency, both of which are described below.
The majority of Type VI-D loci contain accessory proteins with WYL domains (named for the three conserved amino acids in the domain). Yan et al. from Arbor Biotechnologies found that RspCas13d accessory protein RspWYL1 increases both targeted and collateral RNA degradation by RspCas13d. RspWYL1 also increased EsCas13d activity, indicating that WYL domain-containing proteins may be broader regulators of Cas13d activity. This property makes WYL proteins an intriguing counterpart to anti-CRISPR proteins that negatively modulate the activity of Cas enzymes, some of which are also functional in multiple species (read Arbor Biotechnologies' press release about their Cas13d deposit here ).
Not all Cas13d proteins are functional in mammalian cells, but Konermann et al. saw great results with CasRx and AdmCas13d fused to a nuclear localization signal (NLS). In a HEK293 mCherry reporter assay, CasRx and AdmCas13d produced 92% and 87% mCherry protein knockdown measured by flow cytometry, respectively. Cas13d CRISPR array processing is robust, with CasRx and either an unprocessed or processed gRNA array (22 nt spacer with 30 nt direct repeat) mediating potent knockdown. Multiplexing from the CRISPR array yielded >90% knockdown by CasRx for each of four targets, including two mRNAs and two nuclear long non-coding RNAs.
One interesting twist to Cas13d enzymes is their cleavage pattern: EsCas13d produced very similar cleavage products even when guides were tiled across a target RNA, indicating that this enzyme does not cleave at a predictable distance from the targeted region. Konermann et al. show that EsCas13d favors cleavage at uracils, but a more detailed exploration of this cleavage pattern is necessary.
Konermann et al. compared CasRx to multiple RNA regulating methods: small hairpin RNA interference, dCas9-mediated transcriptional inhibition (CRISPRi), and Cas13a/Cas13b RNA knockdown. CasRx was the clear winner with median knockdown of 96% compared to 65% for shRNA, 53% for CRISPRi, and 66-80% for other Cas13a and Cas13b effectors. Like previously characterized Cas13 enzymes, CasRx also displays very high on-target efficiency; where shRNA treatment produced 500-900 significant off-targets, CasRx displayed zero. Unlike Cas9, for which efficiency varies widely across guide RNAs, each guide tested with CasRx yielded >80% knockdown. It seems that CasRx may make it possible to target essentially any RNA in a cell.
Since catalytically dead dCasRx maintains its RNA-binding properties, Konermann et al. tested its ability to manipulate RNA species through exon skipping. Previous CRISPR exon-skipping approaches used two guide RNAs to remove a given exon from the genome, and showed success in models of muscular dystrophy . In this case, Konermann et al. targeted MAPT , the gene encoding dementia-associated tau, delivering dCasRx and a 3-spacer array targeting the MAPT exon 10 splice acceptor and two putative splice enhancers. After AAV-mediated delivery to iPS-derived cortical neurons, dCasRx-mediated exon skipping improved the ratio of pathogenic to non-pathogenic tau by nearly 50%, showing proof-of-concept for pre-clinical and clinical applications of dCasRx.
The identification of Type VI Cas13d enzymes is another win for bioinformatic data mining. As we continue to harness the natural diversity of CRISPR systems, only time will tell how large the genome and transcriptome engineering toolbox will be. It is, however, certain that the impact of CRISPR scientific sharing will continue to grow, and we at Addgene appreciate our depositors for making their tools available to the broader community.
References
Konermann, Silvana, et al. “Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors.” Cell (2018) pii: S0092-8674(18)30207-1. PubMed PMID: 29551272
Yan, Winston X., et al. “Cas13d Is a Compact RNA-Targeting Type VI CRISPR Effector Positively Modulated by a WYL-Domain-Containing Accessory Protein.” Mol Cell. (2018) pii: S1097-2765(18)30173-4. PubMed PMID: 29551514
\1. Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors
\2. CRISPR genetic editing takes another big step forward, targeting RNA
\3. How Editing RNA—Not DNA—Could Cure Disease in the Future
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已经得到了一个很好的解决，可以看出来中国的医药在未来会发展的越来越好。可以直接引领中国医学。