2021年第10卷第5期合成生物学国际形势与前沿技术分析专题(Ⅱ)
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    • >生物医药与生物医学工程
    • CD317 促进巨噬细胞 TLR4 信号转导的作用机制研究

      2021, 10(5):1-11. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210304001

      摘要 (49) HTML (0) PDF 1.62 M (122) 评论 (0) 收藏

      摘要:Toll 样受体 4 (TLR4)是一个重要的模式识别受体,在抗感染天然免疫过程中发挥重要作用。 CD317 是一个结构独特的Ⅱ型跨膜糖蛋白,兼具病毒束缚和信号调节功能,但目前尚不清楚其对 TLR4 介导的信号转导是否有调控作用。该研究利用基因敲除鼠来源的原代腹腔巨噬细胞和 THP-1 诱导的人 巨噬细胞为模型,探讨了 CD317 对 TLR4 信号转导的作用。结果显示,CD317 能够被 TLR4 激动剂脂 多糖诱导表达,并反馈性增强脂多糖介导的 NF-κB 活化及 TNF-α、IL-1β 和 IL-6 等促炎细胞因子的产 生。CD317 敲除或敲减均能够显著抑制 TLR4 介导信号活化及细胞因子的产生。进一步利用免疫共沉 淀证实 CD317 能够与 TLR4 下游的关键蛋白 MyD88、TRAF6 相结合,提示 CD317 可能是通过 MyD88- TRAF6 信号转导,增强 TLR4 介导的 NF-κB 活化。该研究不仅加深了对 CD317 在抗感染天然免疫调控 中作用的认识,也为相关疾病的治疗策略开发提供了新的靶点和理论指导。

    • 脑干蓝斑到前庭神经核的神经环路投射及在压力应激下的激活研究

      2021, 10(5):12-22. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210324001

      摘要 (40) HTML (0) PDF 2.54 M (146) 评论 (0) 收藏

      摘要:前庭神经核(Vestibular Nuclei)是保持平衡的关键核团,其功能异常与晕动病、前庭偏头痛、帕 金森氏病等多种疾病状态密切关联,压力应激往往加重以上疾病的症状并伴随着蓝斑(Locus Coeruleus) 去甲肾上腺素能系统的激活。该研究利用转基因小鼠结合病毒示踪显示从蓝斑到前庭神经核的神经投 射,并利用酪氨酸羟化酶(Tyrosine Hydroxylase)抗体免疫荧光染色确定蓝斑-前庭神经核的投射为去甲 肾上腺素能。结果显示,小鼠在睡眠剥夺压力刺激下蓝斑去甲肾上腺素能神经元被强烈激活,而前庭 神经核神经元激活不明显,提示睡眠剥夺可能通过蓝斑-前庭神经核的去甲肾上腺素能神经调制起作 用。该结果可为继续探究蓝斑-前庭神经核神经环路在压力应激与前庭神经核功能调控之间的重要作用 提供解剖结构学基础。

    • >电子信息
    • 基于人体部件的视频行为识别方法研究

      2021, 10(5):23-33. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210308001

      摘要 (48) HTML (0) PDF 1.98 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有人体行为识别算法主要依赖于粗粒度的视频特征,但这些特征不足以有效描述人体行为 的动作构成,从而降低了深度学习模型对易混淆行为的识别能力。该研究提出了一种基于人体部件的 视频行为识别方法,通过学习人体细粒度部件的动作表示,自底向上地学习人体行为视频表征。该方 法主要包含:(1)部件特征增强模块,用于增强基于图像的人体部件特征;(2)部件特征融合模块,用 于融合人体各部件特征以形成人体特征;(3)人体特征增强模块,用于增强视频帧中所有人的人体特 征。该方法在国际标准数据库 UCF101 和 HMDB51 上进行的实验验证结果显示,基于人体部件的视频 行为识别方法与已有方法具有良好的互补性,可以有效提高人体行为识别精度。

    • 基于关键点检测二阶段目标检测方法研究

      2021, 10(5):34-42. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210315001

      摘要 (23) HTML (0) PDF 2.16 M (90) 评论 (0) 收藏

      摘要:卷积神经网络被广泛应用于目标检测领域。该文提出一种新的无锚框二阶段目标检测算法: 以 CornerNet 方法为基础,借助角点提取候选区域,并增加中心池化层来增强物体中心区域特征,通过 判断中心关键点是否落在中心区域,可以过滤掉大量的误检候选框。随后,将保留的候选框送到多元 分类器进行预测和回归,获取最终的检测结果。实验结果表明,该方法在 MS-COCO 数据集上能够取 得 46.7% 的检测精度,与其他同类算法相比具有较强的竞争力。与原始的 CornerNet 算法相比,该方法 在精度上有 6.2% 的提升,尤其对于形状特殊的物体,精度提升更加明显。

    • >合成生物学国际形势与前沿技术分析专题(Ⅱ)
    • 人工智能在合成生物学的应用

      2021, 10(5):43-56. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210510001

      摘要 (66) HTML (0) PDF 1.90 M (225) 评论 (0) 收藏

      摘要:生命系统极其复杂,难以精确描述和预测,这给高效设计合成生物系统提出了挑战,故在合 成生物系统构建中往往须进行海量工程试错和优化。近年来,人工智能技术快速发展,其基于海量数 据的持续学习能力和在未知空间的智能探索能力有效契合了当前合成生物学工程化试错平台的需求, 在复杂生物特征的挖掘与生命系统的设计方面具备巨大潜力。该文回顾并总结人工智能在合成元件工 程、线路工程、代谢工程及基因组工程领域的研究进展,并分析和讨论人工智能与合成生物学交叉研 究在数据标准化、平台智能化、实验自动化、预测精准化方面存在的一系列挑战。人工智能和合成生 物学的融合有望给“设计—构建—测试—学习”闭环的全流程带来变革,而孕育“类合成生物学家” 也将反过来引起人工智能技术的飞跃。

    • 细胞周期同步化方法在细菌细胞周期研究中的应用

      2021, 10(5):57-66. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427013

      摘要 (47) HTML (0) PDF 1.10 M (114) 评论 (0) 收藏

      摘要:细胞群体在恒定条件的培养过程中是一个混合的群体,由处于细胞周期不同时期的细胞组 成。对细胞周期特定时期的研究需要使细胞群体的生长同步化,即使用细胞周期同步化方法,通过物 理或化学的方法将混合群体中特定时期的细胞分离出来或将整个群体阻断在细胞周期的某个阶段。经 过同步化的细胞群体在后续培养的过程中可以在一段时间内同步地进行生长分裂(2~3 个分裂周期), 直到细胞分裂时间的个体差异使得细胞群体重新成为混合状态。细胞周期同步化方法是一个研究细胞 周期的直接手段,是细菌细胞周期研究领域中备受关注的一个研究方法。尽管科学家们开发出了许多 的同步化方法,但不同方法在同步化程度、产量、操作步骤的简便性以及对细胞周期造成的干扰程度 等方面有着各自的优缺点。该文旨在介绍细胞周期同步化方法在细菌细胞周期研究领域中的应用以及 不同方法在研究应用中的优缺点。

    • 高通量小间距细胞电穿孔装置设计及实验测试

      2021, 10(5):67-71. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427006

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.19 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:细胞电穿孔技术是指通过施加一定的电场强度可逆地击穿细胞膜,在细胞膜上形成小孔或 通路,从而使遗传物质引入细胞内。传统的细胞电穿孔装置往往需要几百伏到几千伏的电压,操作 十分危险。该研究采用电绝缘的聚氯乙烯(PVC)薄膜,制作了一种电极间距为 80 μm 的小间距电穿 孔装置,并且可以进行高通量操作。经测试,所提出的小间距电穿孔装置实现细胞电穿孔所需的电 压比 1 mm 标准电击杯降低了一个数量级,极大地提高了实验操作的安全性。高通量操作也极大地 提高了实验效率,但由于电穿孔转化效率比 1 mm 标准电击杯低了一个数量级,因此实验参数需要 进一步优化。

    • 基于多路径广度优先搜索算法的代谢通路设计与实现

      2021, 10(5):72-79. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427005

      摘要 (33) HTML (0) PDF 1.49 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:寻找从底物到产物的可行代谢通路是代谢工程设计中的核心环节。针对复杂代谢网络中代谢 通路不唯一的情况以及传统 K 条最短路径(K-Shortest Path,KSP)算法效率低的问题,该文通过对传统 KSP 算法的优化,引入关键边概念以减少非必要的重复计算;搭建代谢通路设计 Web 平台,使用并行 计算方式提升了算法运算性能。最终,通过引入代谢网络图,对改进 KSP 算法的多路径搜索效率进行 验证,结果显示较传统 KSP 算法有 5~9 倍的性能提升。

    • DNA 合成技术与仪器研发进展概述

      2021, 10(5):80-95. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427002

      摘要 (48) HTML (0) PDF 2.16 M (189) 评论 (0) 收藏

      摘要:基因组解读促使生命进入数字化时代,合成生物学赋予人类探索生命本质并改造利用的能力,且在医疗、化工、农业及信息等交叉融合领域实现快速发展。DNA 合成是合成生物学的基础性技术,其重要性堪比测序技术对基因组学与精准医学的支撑。该文围绕 DNA 合成方法、技术路径及仪器研制与产业化进展进行了系统性的分析比较,并结合未来需求,对 DNA 合成技术拟解决的瓶颈问题及突破方向进行总结和建议。

    • Bkt 基因和 crtR-B 基因在集胞藻 PCC 6803 中的 重组表达及功能分析

      2021, 10(5):96-103. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427015

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.59 M (75) 评论 (0) 收藏

      摘要:将雨生红球藻中的 β-胡萝卜素酮化酶基因(bkt)和 β-胡萝卜素羟化酶基因(crtR-B)经密码子优 化后,通过自然转化法分别转入集胞藻 PCC 6803 基因组中。高效液相色谱分析显示:转入 bkt 基因的 细胞产生角黄质的同时,海胆酮含量减少;转入 crtR-B 基因的细胞产生金盏花黄质的同时,玉米黄素 含量减少。实验结果表明,外源的 β-胡萝卜素酮化酶基因将海胆酮转化为角黄质,外源的 β-胡萝卜素 羟化酶基因将玉米黄素转化为金盏花黄质。该文利用代谢工程策略,在集胞藻 PCC 6803 中构建类胡萝 卜素生物合成途径,为通过代谢工程在集胞藻 PCC 6803 中生产虾青素奠定了基础。

    • 合成生物学产业发展与投融资战略研究

      2021, 10(5):104-116. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210511001

      摘要 (63) HTML (0) PDF 1.34 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成生物学诞生于 21 世纪初,是多学科交叉的产物,发展迄今已将近 20 年。合成生物学几 乎涉及生物科学研究的所有领域,结合工程学的模块化、抽象化思想,引入新的定量研究方法,提升 了人们对生命系统的认知。不同于传统的基础学科或单一技术,合成生物学的复合性,极大地强化了 人们对生物应用的能力,并散射到不同的应用版图。目前,合成生物学企业已撬动蓝海市场,在上游 的使能技术开发,中游的技术平台建设,以及下游的医疗保健、农业食品和生物基化学品等领域取得 了令人瞩目的成绩。该文从合成生物学产业的不同领域切入,结合业务类型、技术平台、公司融资状 况,对目前合成生物学产业现状进行简要的介绍和分析,旨在为合成生物学技术、产业发展和投资方 向提供参考。

    • 全球合成生物行业发展前沿分析

      2021, 10(5):117-127. DOI: doi: 10.12146/j.issn.2095-3135.20210427009

      摘要 (81) HTML (0) PDF 1.13 M (198) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成生物学在经历早期的技术创新和初步商业化探索后,于 21 世纪的第二个十年迎来了高速 发展和商业化落地。该文从市场规模、行业融资和行业发展 3 个方面对全球合成生物学行业现状进行 了梳理和分析。分析显示,在市场规模上,合成生物学市场增长迅猛,但其规模在不同的地理区域和 行业领域内均有明显差距;在行业融资上,合成生物学行业投融资趋势呈明显上升态势,2020 年合成 生物学行业的投融资事件数量和金额均创下历史记录,但不同地理区域之间的发展仍不平衡;在行业 发展上,合成生物学的落地应用场景十分多元,已扎根各行各业,并展现出巨大的应用潜力。

    • >其他
    • 《集成技术》2021 年征稿启事

      2021, 10(5):128-128.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 408.22 K (35) 评论 (0) 收藏

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