固氮作用

引言氨(NH3)，作为一种每年产量超过1.5亿吨的基本化学品，是现代社会发展和人口增长的重要基石。工业上的哈伯-博世法，即在高温高压下将氮气和氢气转化成氨，这一过程消耗世界上3-5%的天然气以制取氢气以及世界上1-2%的能源储备，同时每年向大气中排放数百万吨的二氧化碳(CO2)。与生物固氮酶类似，光催化过程能在温和的条件下将N2还原为NH3，为更清洁和更可持续的NH3生产提供了一条无碳化道路。近期的研究表明，氧化物半导体表面氧空位(Ovac)对于N2吸附和活化具有很大的潜力。而传统的引入氧空位的方法如H2焙烧同样会在氧化物体相引入空位，进而引入体相缺陷，导致载流子的复合，降低材料的光催化性能。因此，如何只在表面上引入氧空位而不影响体相是一个很大的挑战。成果简介近日，美国麦克仪器公司用户天津大学巩金龙教授（通讯作者）领导的科研团队在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Promoted Fixation of Molecular Nitrogen with Surface Oxygen Vacancies on Plasmon-Enhanced TiO2 Photoelectrodes”的研究论文。在这篇文章中，研究者首次发现了利用无定形TiO2中Ovac来提升光固氮性能的新方法。通过原子层沉积的表面自限制生长机制，在等离子体增强金红石TiO2/Au纳米棒表面均匀包覆含有Ovac的无定形TiO2层。这层无定形TiO2薄膜中的Ovac可以促进N2吸附和活化，促进了紫外光驱动TiO2以及可见光驱动金表面等离子体产生的激发电子将氮气还原为氨。这一发现为在常规条件下(即室温常压)下进行光催化固氮研究提供了一种新的方法。图1 TiO2/Au/a-TiO2光电极的制备过程和形貌a-d) TiO2/Au/a-TiO2光电极的制备过程；e-h) TiO2/a-TiO2、原始TiO2、TiO2/Au和TiO2/Au/a-TiO2的SEM图像；i-l) TiO2/a-TiO2、原始TiO2、TiO2/Au和TiO2/Au/a-TiO2的HRTEM图像(j图内插：原始TiO2 NR的选区电子衍射)。图2 TiO2/Au/a-TiO2光电极的光电固氮过程a) 不同样品的紫外/可见光吸收；b) 在AM 1.5G照射下、氮气流中的光催化固氮活性；c) 不同光电极12 h的氨产量；d) 单池光电池的示意图(左)以及TiO2/Au/a-TiO2中表面Ovac和金等离子体光催化协同固氮示意图(右)。图3 金的SPR效应以及表面Ovac氮气吸附增强a) 用于FDTD模拟的TiO2和TiO2/Au NRs模型；b,c) 544 nm下TiO2和TiO2/Au电场增强的FDTD模拟；d,e) TiO2和TiO2/a-TiO2的Ti 2p和O 1s XPS光谱；f) TiO2和TiO2/a-TiO2的N2-TPD曲线。小结在室温常压下，研究人员成功地将表面Ovac和等离子体Au NPs集成于TiO2/Au/a-TiO2光电极并将其用于光电化学固氮，反应完全在太阳光驱动下进行且不使用任何有机牺牲试剂。金的表面等离子体效应将TiO2的吸收范围扩展至可见区域，并为固氮过程提供高能热电子。更为重要的是，具有表面Ovac催化中心的无定形ALD TiO2层可以促进N2吸附和活化，大大提高了光催化固氮速率。由于ALD的表面生长机理，Ovac仅存在于TiO2的表面区域而不影响体相性质。这一优势不仅有助于激发态电子和吸附氮气之间的表面反应，也可以避免体相缺陷导致的载流子复合。因此，TiO2/Au/a-TiO2光电极的NH3产生速率远超原始TiO2，在一个太阳光照强度下下可达到13.4 nmolcm-2h-1。文献链接：Promoted Fixation of Molecular Nitrogen with Surface Oxygen Vacancies on Plasmon-Enhanced TiO2 Photoelectrodes (Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI:10.1002/anie.201713229)转自材料人公众号

赛默飞近日发布蓝藻发酵液中糖的检测方案。蓝藻可以进行光合作用，与高等植物叶绿素具有一定程度上的同源性，加上其研究体系简单，长期以来一直是研究光合作用的模式生物。除此之外，蓝藻还可以进行固氮作用，将大气中的氮气经固氮作用转化为可以利用的氮源，用于提高土壤的肥力。如果可以通过代谢工程改造蓝细菌生产蔗糖并提供给大肠杆菌等微生物发酵生产生物燃料，必将加速整个生物燃料的产业化进程，具有显著的意义。赛默飞发布的蓝藻发酵液中糖的检测方案，采用 Thermo ScientificTMDionexTM ICS-4000 毛细管 HPICTM系统和质谱联用法测定发酵液中的一些成分，分离测定7种糖，如蔗糖、乳糖、葡萄糖、海藻糖、葡萄糖甘油酯、甘露糖、果糖等。毛细管离子色谱常用色谱柱直径为0.4 mm，流速为10 μ L/min，其进样体积通常为0.4 μ L，与常规分析型离子色谱相比，其灵敏度是常规离子色谱的近百倍。毛细管离子色谱的流速是10 μ L/min，符合质谱对低流速的需求。本方法在柱后乙腈溶液中添加了少量乙酸钠，以提高糖在质谱中的重现性。此方法的建立有利于了解其基因改造效果，对于充分利用蓝藻意义重大。毛细管离子色谱质谱联用测定糖方法操作简便，重复性好，线性范围内相关性好，准确度高，进一步拓展了毛细管离子色谱的应用范围，具有较高的实用价值。应用文章下载链接：https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/Capillary-ion-chromatography-mass-spectrometry-method-determination-carbohydrate-blue-green-algae-fermentation-liquor.pdf---------------------------------------------------关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是科学服务领域的世界领导者。公司年销售额170亿美元，在50个国家拥有约50,000名员工。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。我们的产品和服务帮助客户加速生命科学领域的研究、解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。借助于首要品牌Thermo Scientific、Applied Biosystems、Invitrogen、Fisher Scientific和Unity Lab Services，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com 赛默飞世尔科技中国赛默飞世尔科技进入中国发展已有30多年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、台湾、成都、沈阳、西安、南京、武汉、昆明等地设立了分公 司，员工人数约3800名。我们的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等，提供实验室综合解决方案，为各行各业的客户服务。为了满足中国市场的需求，现有8家工厂分别在上海、北京和苏州运营。我们在全国共设立了6个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应 用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成 立的中国技术培训团队，在全国有超过2000名专业人员直接为客户提供服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录网站：www.thermofisher.com请扫码关注：赛默飞世尔科技中国官方微信

受人口爆炸式增长、气候变化、战争以及疫情的影响，当前全球的粮食安全面临着严重的威胁。根据联合国粮农组织（FAO）最新发布的 2022《世界粮食安全和营养状况》报告：在 2021 年，全球约有 23 亿人处于中度或重度粮食不安全状态。而与粮食危机相对的，却是耕地有限地开发和增长，以及过去几年当中重要作物产量增率的停滞不前。因此，迫切需要找到一种快速、可持续的方式，来在有限的耕地当中生产更多的农产品和改良作物营养，以确保未来的粮食安全。而新兴的合成生物学，已经以其构建、控制和编程细胞行为的能力，展现出了其在农业领域应用当中的潜力。2022 年 9 月 5 日，在 Advanced Agrochem 期刊上在线发表了一篇 “合成生物学之于农业领域应用” 的综述文章，题为《合成生物学：未来农业的强大助推器》，文章的通讯作者为中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的周佳海研究员。在该篇综述当中，研究人员一共从 3 个方面给我们介绍了 “合成生物学在农业领域” 当中的应用和发展趋势，其分别为：作物育种、植物在固碳（光合）和固氮上的改进，以及农业中微生物的改造与运用。“合成生物学在农业中的应用，体现其在作物改良中改变代谢途径、遗传回路和植物结构上的潜力。同时，合成生物学的工程微生物，也在可持续农业中发挥着作用，例如生物施肥、生物刺激和生物防治。” 在文章中，研究人员这样写道。合成生物学在农业中的应用（来源：Advanced Agrochem）作物驯化和育种 农作物的驯化，是指植物当中优良的突变性状以人类意愿不断积累留存的过程。在过去，这一过程通常需要经历很长时间才能够完成，有时甚至可能长达数千年。虽然现代育种技术已经极大加快了这一进程，但是缩短至几十年的速度仍然无法应对粮食供应所面临的严峻挑战。 随着基因组学技术的发展，通过对于植物基因组的操纵，作物驯化和作物育种的速度得到了更进一步的飞跃。基于对植物基因组的了解，作物育种工作可以分为 3 个过程：读取（Read）、理解（Interpret）以及书写（Write），而合成生物学，正是书写植物基因组的关键技术之一。 从基因组学到作物育种（来源：Nature Biotechnology） 植物基因组书写技术包括有基因组编辑和基因组设计。 基因组编辑，指的是对于基因组中特定位点的编辑与改造。在这一方向上，李家洋团队建立着有以其为基础的 “野生稻快速从头驯化技术体系”，该系统可以通过针对基因组中不同性状基因的编辑改造，来实现对于作物的快速驯化。 而基因组设计，则指的是对于一整个基因组上的精准设计。在这一块上，黄三文团队开展了马铃薯相关的设计育种工作：基于基因组大数据进行分析、设计和筛选，其最终选择了基因组互补性比较高的自交系进行杂交，成功掩盖杂交种中有害突变的效应，获得了优势显著的杂交种。 杂交马铃薯育种基因组设计示意图（来源：Cell） 此外，与植物基因组书写的工具和策略也在不断发展当中，比如在最近的许多工作中，研究人员利用 CRISPR/Cas 工具，成功在植物中实现在兆碱基范围内以受控方式（如倒位和易位）的可遗传染色体重排。这些策略可能会被应用到作物育种当中。 光合作用与固氮作用• 改造光合作用系统 光合作用是作物的能量来源，也是作物产量的主要决定因素。 一种光合系统的改造策略，在于寻找光合系统中的高效酶并引入替代。比如 Prins 团队在核酮糖 - 1,5 - 二磷酸羧化酶（Rubisco）在上的工作：其在研究小麦族 25 种基因型的 Rubisco 后，发现将普通小麦野生近缘种的 Rubisco 替代进农用小麦后，可以将碳吸收率提高 20%。 替代后更高的同化率（来源：Journal of Experimental Botany） 不过，无论如何提高 Rubisco 的酶活，整体的固碳效率，也仍然是受到天然代谢途径本身的限制。因此，要在更大程度上去提高光合效率，可能需要设计一种新的固碳途径。 Tobias Erb 团队便报道了该策略上的第一个合成途径：用于体外二氧化碳固定的 CETCH 循环（见下图）。之后，研究人员进一步将 CETCH 循环封装在细胞大小的液滴中，使用微流体作为叶绿体模拟物来创建人工光合作用系统。而这种 “合成叶绿体”，将有可能超越自然光合作用。 CETCH 循环（来源：Science）• 引入碳浓缩机制（CCMs） 为了在低 CO2 浓度环境（如水体）中保持较高的光合速率，在蓝细菌等生物中进化出了一种能够在 Rubisco 周围积累 CO2 的机制，称为碳浓缩机制（CCMs）。因此，除了直接提高酶活性外，将 CCMs 引入植物，也被认为是一种潜在的提高植物光合作用效率和产量的方法。 羧酶体（Carboxysomes），是 CCMs 的重要组成部分，这便使得其成为该策略研究、改造和设计的一大对象。 Maureen Hanson 团队首先报道了该方向上的研究，其在替换烟草 Rubisco 的同时引入了羧酶体组装的相关蛋白，而 Cheryl Kerfeld 团队则在蓝细菌中对羧酶体进行了重新设计，得到的嵌合蛋白能够在结构和功能上取代羧酶体组装所需的 4 个基因组分。 天然 β- 羧酶体核心的组装和嵌合蛋白 CcmC（来源：The Plant Cell） 除了羧酶体外，还有着其它方向上关于引入 CCMs 策略的研究。比如 Stephen Long 团队的一项研究：其在大豆中插入了蓝细菌来源的无机碳转运蛋白 B（IctB）基因，最终使得改造后植物的光合 CO2 吸收量和干重都得到了显著增加。• 固氮作用的改进 改进生物固氮途径，提高作物对氮源的利用率，也是合成生物学在农业中应用的重要领域。与光合作用改进类似，将异源固氮基因簇 nif 转移到植物中，是设计与改造的最直接选择。 一直以来，研究人员都在植物不同的区室中尝试着异源固氮基因的设计和表达，比如 Elena Caro 团队的研究：其重新设计了葡萄曲霉（Azotobacter vinelandii）来源的固氮基因 nifH、M、U 和 S，同时利用合成生物学工具最终实现烟草叶绿体中 NifH 的产生。 微生物在农业中的利用• 植物微生物组和微生物肥料微生物是合成生物学中最常用的工具，因此，相较于改变植物本身的固氮能力，建立固氮植物微生物群落可能是一种更加有效且便捷的策略。在这一方向上，天然植物根际促生菌（PGPRs）的发现是研究最为集中的领域。 天然 PGPRs 运用的局限性（来源：The ISME Journal） 目前，有些天然 PGPRs 的研究已经取得了不错的进展，可以显着提高作物产量，并且正在走向商业化。但是，许多的 PGPR 田间研究显示出了参差不一的性能，研究人员推测这可能是由于外加的 PGPRs 破坏土壤环境中原本的微生物群落所导致的。 微生物群落内复杂的相互作用阻碍了 PGPRs 的进一步拓展应用。针对这一问题，合成生物学可以从新的角度带来解决方案：利用移动遗传元件（MGE），将目标性状（比如固氮、耐铵能力）转移到选定的根际细菌或整个群落中，用于定制具有理想性状的 PGPRs。 这一策略不仅仅局限于固氮，比如农作物还需要磷等其他化学元素，便可以以微生物磷肥形式进行提供：通过引入重构的植酸酶基因改造了一组根系细菌，这些菌株产生的植酸盐可以为植物提供磷酸盐的供应来源。 工程根系细菌提供微生物磷肥（来源：Applied and Environmental Microbiology）• 土壤修复潜力 目前，全球 1/3 的地表出现了不同程度的退化，每年流失肥沃土壤 240 亿吨，已经对生态系统和农业生产构成重大威胁。而土壤微生物，可以恢复退化土地、改善土壤水力特性同时降低土壤疏水性。 现有的合成生物学研究表明，由多个相互作用的微生物种群所组成的工程微生物联合体，能够执行复杂的任务并承受多变的环境影响。合成微生物群落通过重塑土壤微生物群落结构，为利用微生物修复土壤、提高微生物存活率提供了解决方案，而这，也是未来的一个应用方向。• 农药生物制造 合成生物学中的生物制造方法，是利用细菌、酵母等生物体进行原料的加工和合成。这种绿色生产技术可以替代传统的化学合成，改变农药等农用化学品的生产方式。此外，生物制造还可以减少工业过程中对于能源和资源的消耗，并减少空气、水和土壤的污染和生产成本。 合成生物学之于生物制造（来源：Nature Biotechnology） 在农药的生物制造研究上，有如高江涛团队的研究：其发现了除草剂草甘膦的前体氨基甲基膦酸酯（AMP）的生物合成途径，并进一步地运用合成生物学策略提高了 Streptomyces lividans 中 AMP 的产量，较原始菌株提高了 500 倍。 展望虽然合成生物学已经在农业的各个方面都显示出了巨大的潜力，但目前能够实现或接近商业化的应用仅集中在作物育种、微生物固氮、生物制造等方面。相比之下，固碳、固氮和代谢途径的改造仍处于概念阶段。 部分涉及农业合成生物学的公司名单（来源：Advanced Agrochem） 作为微生物肥料的固氮微生物，是合成生物学目前在农业中较为成熟的应用场景。 比如全球农业领域的龙头企业的先正达集团，其正在制定生物制剂的全面战略：推出了农用微生物肥料新产品，推进生物科技产品的研发进入合成生物学时代。另一巨头，拜耳作物科学，也与合成生物学平台公司 Ginkgo Bioworks 联手成立子公司 Joyn Bio，专注于工程固氮微生物。 此外，拜耳作物科学和先正达集团也在作物生物育种方面进行布局，这其中就包括了 CRISPR 等技术的运用。 合成生物学在农业中的应用（来源：Advanced Agrochem） 在农药的生物制造方面，目前世界上主要的传统农用化学品生产企业仍然主要采用化学合成路线，不过，一些新兴的合成生物学公司，如 Zymergen 和 Provivi，正致力于开发天然农药。而实现生物制造农药的绿色生产，还有着很大的发展空间。参考链接（上滑查看）：[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2773237122000065[2] https://www.fao.org/3/cc0640zh/cc0640zh.pdf[3] https://www.nature.com/articles/s41587-019-0152-9[4] http://www.qibebt.cas.cn/xwzx/kydt/201409/t20140919_4210504.html[5] https://www.nature.com/articles/s41396-020-00835-4

7月2日，为期3天的第五届“地球系统科学大会”在上海拉开帷幕，北京易科泰生态技术公司应邀参加大会，并展出CoreScanner样芯密度扫描与元素分析技术、LIBS元素分析技术、GeoDrone无人机遥感技术、海洋藻类测量与监测技术、土壤呼吸与碳通量测量监测技术等地球与海洋国际先进仪器技术，受到与会专家广泛专注。CoreScanner芯体元素分布与密度扫描分析系统可以对海洋湖沼等沉积样芯、地球地质样芯等，进行X-光数码扫描成像密度分析和元素浓度分布分析，用于海洋勘测研究、地球地质勘测研究、地质资源勘测研究、地质年轮及环境气候年轮分析等领域，高解析度、非接触和非损伤性扫描分析，是目前世界上最先进的海洋湖泊沉积样芯及地球地质样芯分析系统。CoreScanner为IODP（Integrated Ocean Drilling Program）项目提供了强大关键的快速高解析度研究分析平台，甚至已发现从本世纪一直到三叠纪2.27万年以前的深海样芯。德国地质科学研究中心（German Research Center for Geosciences）利用Itrax CoreScanner对350米长的深海沉积样芯进行了每秒1mm解析度的扫描分析。SciTrace LIBS元素分析系统由欧洲工程技术中心（CEITEC）研制生产，用于岩矿、材料、塑料、土壤及植物等的元素分析和元素分布2D成像，可广泛应用于地质地球科学、材料科学、土壤科学、生物科学、环境科学、考古学、生物医学等领域样品分析。 GeoDrone UAV遥感平台由易科泰生态技术公司自主研发集成的UAV地面信息遥测平台，采用国际先进的光谱成像传感器技术，应用于地球地质勘测包括地质灾害监测、生态环境调查监测、农业病虫害及胁迫（如干旱胁迫、热胁迫等）监测评估预警、地理信息系统、野生动物及其栖息地调查监测评估、林业病虫害及森林火灾调查监测预警、湿地资源调查评估、自然保护区管理等。公司还展示介绍了叶绿素荧光技术在地球与海洋科学的应用，如利用FluorPen叶绿素荧光监测模块进行极地植被对气候变化的响应监测、利用FluorCam叶绿素荧光技术进行的一系列藻类对气候变化、海水酸化的响应研究等。 BSC（土壤生物结皮）是由细菌、蓝藻、绿藻、地衣及苔藓植物组成的生物群落，在地球生态系统特别是干旱区与半干旱区生态功能、废弃矿场生态恢复中具有特别重要的意义，包括碳汇与土壤有机碳形成、固氮作用、水土保持等。Stella Gypser等（Photosynthetic characteristics and their spatial variance on biological soil crusts covering initial soils of post-mining sites in Lower Lusatia, NE Germany, Flora 2016）利用FluorCam叶绿素荧光成像技术，对废弃矿场生态恢复过程中不同类型、不同演替阶段的BSC光合作用特征进行了分析研究，结果表明，BSC在废弃矿场生态恢复早期促进了土壤形成和有机碳积累，藻类、地衣、苔藓等不同类群生理生态表现不同。 易科泰生态技术公司为您提供地球与海洋科学研究与监测全面解决方案，欢迎垂询或与EcoLab实验室合作。

973计划2009年度立项工作已经结束。根据973计划管理的有关规定，为进一步贯彻“公开、公平、公正”的原则，增加国家科技计划管理的透明度，接受社会各界的监督，现将2009年973计划立项项目的主要研究内容、目标和研究队伍予以公示。公示时间为7月27日至8月1日，公示具体内容见下述链接：http://www.973.gov.cn/gs/lxgs.aspx编号项目2010CB530000我国重要食源性寄生虫病的发病机制及防治研究2010CB530100重要病毒的入侵机制研究2010CB530200重要人兽共患胞内寄生菌病流行特征及病原致病机制研究2010CB125900主要农作物核心种质重要农艺性状单元型区段及互作研究2010CB126000棉花纤维品质功能基因组研究及优质高产新品种的分子改良2010CB126100分子靶标导向的绿色化学农药创新研究2010CB126200稻飞虱灾变机理及可持续治理的基础研究2010CB126300重要养殖鱼类功能基因组和分子设计育种的基础研究2010CB126400养殖贝类重要经济性状的分子解析与设计育种基础研究2010CB126500生物固氮作用的分子机理研究2010CB126600重要热带作物木薯品种改良的基础研究2010CB226700深井复杂地层安全高效钻井基础研究2010CB226800煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究2010CB226900重油梯级分离与高效转化的基础研究2010CB227000煤等含碳固体原料大规模高效清洁气化的基础研究2010CB227100高效规模化太阳能热发电的基础研究2010CB227200大规模高效液流电池储能技术的基础研究2010CB227300多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究2010CB911800细胞抗病毒先天免疫相关蛋白的生物学研究2010CB911900免疫相关重要蛋白质的生物学研究2010CB912000神经元信息感受重要蛋白质膜转运的结构基础、调控及功能研究2010CB912100细胞生长调控的重要蛋白质群的功能与作用机制2010CB912200基因组稳定性和细胞周期调控相关蛋白质群的功能及作用机制研究2010CB912300基于基因密码子扩展的蛋白质标记新方法2010CB912400基于冷冻电子显微镜学的生物大分子的高时空分辨率的结构和功能研究2010CB912500细胞膜重要脂质代谢产物对重大疾病病理生理过程的调控2010CB912600内源性代谢产物硫化氢与介导心脏生理与病理机制的蛋白质靶分子的相互作用及其机制2010CB912700蛋白质组海量质谱数据的解析及其在人类基因组注释中的应用2010CB912800恶性肿瘤非编码RNA相关蛋白的功能网络与调控机制的研究2010CB922900囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用2010CB923000新型量子功能体系的物性表征及其材料探索2010CB923100基于光场量子态的量子信息研究2010CB923200固体系统中光与物质强耦合作用的量子调控研究2010CB530400基于“肾藏精”的脏象理论基础研究2010CB530500经脉体表特异性联系的生物学机制及针刺手法量效关系的研究2010CB530600以量-效关系为主的经典名方相关基础研究　　任何单位或个人可在公示时间内对公示内容提出书面异议。异议材料应注明真实姓名和联系方式。提出异议的单位与个人应对所提异议的真实性和可靠性负责。对匿名或无具体事实根据的异议，以及涉及自身利益的不正当要求，不予受理。　　联 系 人：闫金定 钱万强　　联系电话：010-58881073 58881072　　传 真：010-58881077

封面故事：社会奖赏编码的神经机制　　Social reward requires coordinated activity of nucleus accumbens oxytocin and serotonin　　本期封面所示为进行社会性游戏的巢鼠(禾鼠)。人们此前一直不知道社会奖赏编码背后的神经机制，尽管需要增强适应性社会互动来在整个演化过程中始终保持这样的行为。Robert Malenka及同事在本文中报告说，在小鼠伏隔核中，肽激素&ldquo 后叶催产素&rdquo 对于向&ldquo 中等多棘神经元&rdquo 上的激发性传输的社会性增强和一种形式的突触前长期抑制来说都是所必需的。如果&ldquo 后叶催产素&rdquo 受体被特意从来自&ldquo 背缝神经核&rdquo (脑中5-羟色胺的主要来源)的输入中删除的话，这种社会性增强就会被中断 通过阻断伏隔核中的5-羟色胺受体，这种社会性增强也会被中断。&ldquo 后叶催产素&rdquo 和5-羟色胺系统之间这种协调的活性，为编码社会性增强提供了一个可能的机制，也为进一步研究社会功能失调的神经机制提供了目标。(doi: 10.1038/nature12518)　　癌症生长调控因子的筛选　　RNAi screens in mice identify physiological regulators of oncogenic growth　　这篇论文报告了在一个完好的哺乳动物生理系统(小鼠皮肤)中所完成的首次全基因组活体&ldquo RNA干涉&rdquo (RNAi)筛选。以前在哺乳动物细胞中进行的RNAi扫描都限于培养的细胞。作者将在胚胎表皮正常生长中所涉及的基因与由Hras致癌基因驱动的异常细胞增殖所必需的基因进行了比较。他们所获得的值得注意的发现包括&beta -catenin在正常细胞生长中所起的一个负面作用，这与在由致癌基因驱动的生长中需要&beta -catenin形成对比。从这次筛选中所产生的表皮生长潜在生理调控因子的列表，为未来研究提供了一个丰富资源，也为皮肤癌治疗提供了可能的目标。(doi: 10.1038/nature12464)　　丙肝病毒感染的人化小鼠模型　　Completion of the entire hepatitis C virus life cycle in genetically humanized mice　　在Nature杂志2009年发表的一篇文章中，Alexander Ploss及同事发现，人类基因CD81 和occludin (OCLN)的短时间表达，构成丙肝病毒(HCV)向具有免疫力的小鼠细胞中吸收所需的最小数量的细胞因子。现在，他们报告说，稳定表达CD81 和 OCLN的转基因免疫缺陷小鼠能够维持具有可以测定出的病毒血症的完整HCV复制周期。这一通过遗传手段人化的小鼠模型的获得，为在活体中更深入地研究HCV感染开辟了道路，应能为验证潜在的治疗方法提供一个有价值的平台。(doi: 10.1038/nature12427)　　Treg细胞的抗肿瘤效应与促免疫效应　　Stability and function of regulatory T cells is maintained by a neuropilin-1&ndash semaphorin-4a axis　　&ldquo 调控性T细胞&rdquo (Treg) 构成有效抗肿瘤免疫的一道屏障。它们的删除能诱导很多肿瘤的减小和清除，但由于这些细胞在免疫系统中发挥重要的平衡作用，所以其删除也会导致失控的自体免疫和死亡。这篇论文描述了semaphorin-4a(T-细胞介导的免疫的一个活化剂)和neuropilin受体Nrp1在Treg细胞上的一种相互作用，该相互作用是Treg细胞限制抗肿瘤免疫反应和治疗已发生的炎性结肠炎所必需的，但对自体免疫的抑制和免疫自稳的维持来说却是可有可无的。至于是否可以通过以Treg细胞为目标来限制肿瘤生长而又不会引发自体免疫，其可行性仍有待确定。两种生物活性也许是不可分开的，但这项工作指出了可以对这一重要系统进一步定性的方向。(doi: 10.1038/nature12428)　　细菌效应物NleB的毒性机制　　Pathogen blocks host death receptor signalling by arginine GlcNAcylation of death domains　　A type III effector antagonizes death receptor signalling during bacterial gut infection　　以前的研究工作从肠道致病性大肠杆菌识别出一组效应物，它们能抑制宿主&ldquo 核因子-?B&rdquo (NF-?B) 信号作用，而它们当中只有一个，即NleB，是活体中细菌毒性所需的。本期Nature上发表的两篇论文演示了NleB作用的独特机制。它直接以死亡受体信号复合物为作用目标，结合到包括TNF受体、FAS、RIPK1、TRADD 和FADD在内的多种含DD的蛋白的&ldquo 死亡域&rdquo (DD) 上。DD被发现起一个N-acetylglucosamine (GlcNAc) 转移酶的作用，后者修饰一个保守的DD精氨酸，阻断&ldquo 受体-适配体&rdquo 相互作用。这些发现表明，GlcNAc修饰是细菌毒性所必需的，能够调控死亡受体信号作用。(doi: 10.1038/nature12436 & doi: 10.1038/nature12524)　　设计目标蛋白分子的优化新途径　　Computational design of ligand-binding proteins with high affinity and selectivity　　当前设计用于医学或生物技术应用的方法，涉及在免疫的动物体内产生针对某一目标抗原的抗体，和/或在对所期望的配体具有预先存在的低亲和性的蛋白上进行直接的演化实验。这篇论文描述了用于小分子结合蛋白的计算设计的一种通用方法，作者用该方法为类固醇&ldquo 洋地黄毒&rdquo (用来治疗心脏病的一种强心苷)设计高亲和性、高选择性结合点。采用该方法，应有可能为合成生物学应用迅速生成小分子受体，为有毒化合物迅速生成活体清除剂，以及为诊断设备迅速生成可靠的配体结合域。(doi: 10.1038/nature12443)　　　　新的一类磷脂酰丝氨酸运输蛋白　　Interactome map uncovers phosphatidylserine transport by oxysterol-binding proteins　　真核细胞被一系列具有独特类脂组成的、在功能上专门化的、与膜结合在一起的细胞器在内部分成不同部分。在这项研究中，Anne-Claude Gavin及同事确定了芽殖酵母中所有类脂转移蛋白的类脂结合特征，发现了一个亚类的以前没有被识别出的&ldquo 氧甾酮结合蛋白&rdquo (OSBPs)，后者在磷脂酰丝氨酸的自稳中发挥功能，运输而不是转移固醇。系统发生分析显示，类似的OSPBs具有广泛保守性，包括在人体中&mdash &mdash 在人体中它们与包括癌症和代谢综合症在内的病理相关。(doi: 10.1038/nature12430)　　固氮作用受北大西洋环流支配　　Changes in North Atlantic nitrogen fixation controlled by ocean circulation　　可以被生物利用的或&ldquo 被固定的&rdquo 氮驱动着浮游植物的生产力及向深海的碳输出。但关于控制固氮的全球速度和空间分布的因素，仍有很多问题有待回答。现在，古生物地球化学数据显示，在过去160000年北大西洋所存在的一个23000年的固氮周期，也许可以通过过量磷的可获得性响应于区域海洋环流由轨道驱动的变化所发生的变化得到最好的解释。(doi: 10.1038/nature12397)　　来自凝聚态物质的受激X-射线发射　　Stimulated X-ray emission for materials science　　&ldquo 共振非弹性X-射线散射&rdquo 等方法，是研究材料的基础性电子和振动激发的强大工具，但需要非常高的光子密度来提取相对较弱的有用信号 所需光子密度是如此之高，以至于会损害样品。现在，Martin Beye及同事介绍了利用X-射线自由电子激光在原理上何以能够通过诱导来自样品的受激X-射线发射而绕过这个问题。以硅作为样品，他们发现，这样的激光能从一个固体样品中诱导受激X-射线发射，从而为低能激发及它们在物质中的扩散提供了一个性能卓越的探测工具。受激X-射线发射以前曾在气体中演示过，但其在一个固体系统中的实现应能在实验中提供很多新的可能性。(doi: 10.1038/nature12449)　　对地幔中硫同位素比的解释　　Non-chondritic sulphur isotope composition of the terrestrial mantle　　早期地球地表下物质向地核和地幔层的分化应能反映在残留地幔组成中，因为(否则的话)大部分&ldquo 喜铁元素&rdquo (假设硫也包括在内)早就被液态的地核吸收了。然而，以前对地幔所做的分析显示，稳定硫同位素比与在球粒陨石中所看到的相似，这也许是由于地幔物质来源于陨石的一种&ldquo 晚期虚饰&rdquo (late veneer)作用。但Jabrane Labidi等人在本文中提供的证据表明，地幔的异质硫同位素比与锶和钕同位素比直接相关。作者得出结论认为，这些结果可以通过在&ldquo 地核-地幔&rdquo 分化过程中的分馏作用来调和。(doi: 10.1038/nature12490)

今日热点NEWS2023.9.25 应用单细胞ICP−TOF-MS评估细胞的应激反应TOFWERKicpTOF 单细胞-电感耦合等离子体-飞行时间质谱法（sc-ICP-TOF-MS）是一种能自动且直接检测单个人体细胞中蛋白质相对浓度的分析方法。也可以进一步采用金属纳米簇（Metal Nanocluster， MNC）标记目标蛋白抗体和钌红（RR）染色来确定单细胞数量以及评估细胞的相对体积。作者通过sc-ICP-TOF-MS对人体ARPE-19细胞进行系统性研究，以探究这些细胞中经过IrNCs、PtNCs和AuNCs标记的特异性抗体铁调素（HP）、金属硫蛋白-2（MT2）和铁蛋白（FPN）的表达情况。考虑到APRE-19细胞在悬浮液中呈球形且RR与细胞表面结合，则细胞体积与Ru信号强度的二分之三次方成正比。这样不仅可以确定每个细胞中目标蛋白质的质量，有了体积信息后，还可以推导出相对浓度。研究人员比较了高血糖应激和氧化应激两种模型下的ARPE-19培养物，对照组与实验组细胞显示了分析物的质量、细胞体积和目标蛋白质浓度的相对变化，从而可以清楚地识别出经过相应处理后的细胞亚群。01简介 细胞的个体异质性意味着族群的细胞中金属和生物大分子的表达水平可以相差2到3个数量级。据报道，这种细胞间的显著差异可能是多种病症的根源。因此想正确解释细胞群中目标分析物表达必须能够对单个细胞进行定量分析。因为细胞转录组还受到细胞体积的影响，所以在分析细胞群中的目标分析物时，还需要评估单个细胞体积。此外，了解每个细胞的蛋白质量和特定蛋白浓度也是非常重要的。单细胞电感耦合等离子体质谱法（sc-ICP-MS）是一种应用较为广泛的技术，可用于研究细胞中的内源性无机元素和特定生物分子，新一代的飞行时间质谱仪（TOF）已经可以同时检测单个细胞内多个目标分析物。在以往报道中，这种技术被用于藻类元素指纹图谱、酵母对金属的吸收和对精子进行多元素分析。蛋白质质量通常在单个细胞中数量级为fg（飞克，10-15克）或ag（阿克，10-18克），因此抗体（Ab）标签必须有尽可能高的灵敏度。通常选用Maxpar聚合物作为抗体标记金属原子的载体（100-140个原子每Ab）。本文使用的金属纳米团簇（MNCs）可以提供更高的信号放大率，比如AuNCs和IrNCs中分别含有579和1760个Au和Ir金属原子。为了用sc-ICP-TOF-MS测定单个细胞中蛋白质浓度，需要选择合适体积标记物。以往的研究表明，Mg和Ca等内源性元素与细胞体积相关，然而同时测量极低浓度的Mg和Ca和金属标记物是一项极具挑战的工作（小编注：原文中解释为质荷比相差较多，这不是因为文中icpTOF仪器的TOF检测器所限制。更准确解读是因前端CCT模式下优化参数所限，不一定能对处于低浓度区间的低质量数和高质量数元素做到同时高灵敏度检测）。Rapsomaniki等人提出了一种方法，使用能与蛋白质氨基共价结合的Ru复合物，理想情况下，体积标记物只结合细胞膜，这样就能将金属信号强度与细胞体积相关联。 为了比较在不同补充剂条件下的细胞培养效果，获取每个细胞的相对体积至关重要。本研究首次提出了一种使用sc-ICP-TOF-MS直接测定人体单细胞中蛋白质相关浓度的方法。作者使用MNC标记的特异性抗体来检测目标蛋白，并使用RR染色来标记细胞体积。通过测量标记蛋白和101Ru+的信号强度，本文建立了一个简洁的自动化检测方法，用于比较不同细胞群体和评估应激细胞模型。本案例通过sc-ICP-TOF-MS对人类ARPE-19细胞的三种目标蛋白质表达情况进行了研究。这三种蛋白质HP，MT2，FPN分别被IrNCs、PtNCs和AuNCs标记，并随后进行 RR 染色。通过sc-ICP-TOF-MS对这些目标蛋白进行定量检测，作者为体外细胞研究带来了对细胞异质性的新认识。02实验方法 使用人类ARPE-19细胞和MNC标记的免疫探针进行免疫测定：研究人员使用MNC标记的免疫探针同时标记了固定细胞悬浮液中的三种蛋白质。用于在ARPE-19细胞中标记HP、MT2和FPN的免疫测定流程在免疫探针浓度方面已经进行了优化。优化可以确保蛋白质的完全识别，以及足够的清洗步骤以避免非特异性相互作用。此项流程是独立地使用三种免疫探针（Anti-h-HP:IrNCs、Anti-h-MT2:PtNCs 或 Anti-h-FPN:AuNCs）进行的。优化后的抗体浓度分别为 4 μg mL−1、10 μg mL−1 和 4 μg mL−1。为了对ARPE-19细胞进行RR标记，悬浮液中的细胞被浸泡在50 μg mL−1 的RR溶液中30分钟。之后，使用磷酸盐缓冲溶液（PBS 浓度0.1M，pH值7.4）将细胞颗粒洗涤两次，以去除多余的RR。 实验先将ARPE-19细胞以1 × 105 cells mL−1 浓度悬浮在50 mM Trizma缓冲液中（pH值7.4），再进行sc-ICP-TOF-MS分析。作者经过连续稀释和测量对照组细胞来选择合适的细胞浓度。为进行离子校准，使用了含有Pt、Ir、Au和Ru的多元素标准溶液。每天分析两组悬浮液以确定sc-ICP-TOF-MS实验设置的传输效率。使用的两组悬浮液分别是商用含PtNP的标准试样以及含有ARPE-19细胞的对照组溶液。数据处理使用了TOFpilot、Excel和JASP软件。在STDS模式下优化ICP-TOF-MS参数，用于测量不同的细胞标签，而在CCTS模式下优化参数则用于检测细胞内源性元素。为确认基于MNC标记的免疫探针和RR标签的sc-ICP-TOF-MS方法，还使用商用ELISA试剂盒测定了对照组和高血糖处理的ARPE-19细胞中HP和FPN蛋白的平均浓度。 本文的sc-ICP-TOF方法中采用的是TOFWERK icpTOF 2R和ESI microFAST SC系统。ARPE-19细胞悬浮液的细胞计数通过BD Accuri C6细胞计数仪完成，同时使用Leica DM IL LED光学显微镜捕获细胞悬浮液的图像。使用Bandelin sonoplus HD2070探头进行超声处理，以配合ELISA试剂盒进行蛋白质测定。03钌红（RR）标记ARPE-19细胞：细胞区分和体积标记 为了更好地使用金属标记抗体对生物分子进行sc-ICP-MS分析，科研人员需要同步观测元素标签和细胞内源性元素（Ca, Cu, Fe, P等），从而确认细胞的完整性和抗体的正确识别。但由于内源性细胞元素和标签金属的质量差异，这种同时检测可能会受到限制。为了解决这一问题，研究人员使用RR来检测单个ARPE-19细胞，而其与MNC标签之间的相近的质量允许同时以高灵敏度检测。实验中，科研人员注意到纯RR信号可能与ARPE-19细胞的膜片段相对应，而MNC标签信号可能来自未结合到蛋白质的自由MNC标记免疫探针。此外，使用RR不仅可以确定细胞事件的数量，还可以评估细胞的相对体积，从而允许在每个细胞中确定目标蛋白的质量和相对浓度（小编注：具体计算公式和过程请参考原文）。最后，结合同期的光学显微镜观察到的细胞体积差异，RR信号范围还被用来识别多个细胞事件，从而确保单细胞数据评估的准确性。04压力下ARPE-19细胞的蛋白质水平 研究探讨了在两种不同条件下培养的ARPE-19细胞中三种蛋白质的表达：一种使用高血糖模型（100 mmol 葡萄糖，48小时）培养，另一种使用诱导氧化应激模型（5 mmol AAPH 1小时）培养。通过sc-ICP-TOF-MS分析实现了对单细胞中HP、MT2和FPN蛋白质的同时检测以及它们相对浓度的确定。为此，通过应用选定的阈值从背景中鉴别出细胞事件后，将193Ir+、195Pt+和197Au+的强度信号转化为Ir、Pt和Au的绝对质量。然后，将每个细胞的金属质量转化为相应的蛋白质含量（小编注：具体计算公式和过程请参考原文）。最后，使用单细胞测量的101Ru+信号强度计算出单细胞体积从而得到蛋白质的相对浓度。研究中使用单细胞ICP-TOF-MS得到三种蛋白质的检测限分别为HP是3.8 ± 0.4 ag/细胞，MT2是9 ± 1 ag/细胞，FPN是4.4 ± 0.6 fg/细胞。05高血糖对ARPE-19细胞的影响 利用 sc-ICP-TOF-MS 测定对照组和高血糖处理的 ARPE-19 细胞中 HP、MT2 和 FPN的水平，研究人员评估了高血糖对三种蛋白质产生的影响。如原文中表1中结果所示，高血糖（GL）处理影响了全部三种蛋白质的平均质量，它们均发生了过表达。但在比较相对蛋白质浓度时，平均值没有明显差异。图1的A-C比较了对照组和高血糖组HP、MT2和FPN的质量分布，高血糖组的细胞平均值明显较大（注意图中y轴是对数坐标），而中值不受影响，高血糖处理的细胞蛋白质量在中位数上下分布更为分散。因此，如果只比较群体平均值（如使用传统的ELISA试剂盒法），可能会影响到诊断和治疗效果。高血糖处理扩大了两极分布，表面上看HP、MT2和FPN在细胞群里质量变化较大，而相对浓度（图1 D-F）差异有所减小。此外，每个细胞的蛋白质分布直方图（图1 A-C）呈倾斜状，中位数以上的离散度大于中位数以下的离散度，当考虑到细胞体积时（图1 D-F），峰形不再倾斜，表示蛋白质质量较大的浓度体积也较大，但在直方图里可以观测到两组细胞群。图 1. 用sc-ICP-TOF-MS测定对照组（绿色）和高血糖处理（橙色）的 ARPE-19 细胞中的HP、MT2和FPN的质量的箱形图和直方图（百分比表示）（A-C）以及相对蛋白质浓度（D-F）。（A、D）HP（B、E）MT-2（C、F）FPN。数据包括四组生物重复的对照组和高血糖处理的 ARPE-19 细胞的分析结果，每次重复都进行了三次仪器测量。 图2研究了蛋白质质量和细胞体积之间的相关性，蛋白质质量较大的细胞群在散点图上半部分用红色标出，质量较小的细胞在底部用绿色标出。图2的B、C显示的红色圈部分的细胞群中的细胞体积与蛋白质量之间呈线性增长关系，即细胞体积越大，蛋白质量越高。高血糖组（图2 D-F）也观测到了相同的趋势，但MT2和FPN中红色标记组的比例更高，意味着经过高血糖处理后，有更多细胞的体积与这两种蛋白质质量成线性关系。图2 用sc-ICP-TOF测定的对照组和高血糖处理组的HP、MT2和FPN蛋白质质量与细胞体积的散点图。A-C为对照组，D-F为高血糖组。101Ru+信号是和金属纳米簇免疫探针的金属信号同时被测量的。红色椭圆代表蛋白质质量较大的细胞群，绿色椭圆代表蛋白质质量较小的细胞群。 为了评估细胞体积是否受到处理方法的影响，研究人员对101Ru+信号强度也 进行了研究（原文图S4）。对于较大的细胞，对照组和高血糖处理组观察到相同的分布，然而对较小的细胞，明显有不同的趋势：低于65cts3/2的细胞中，只观察到对照组细胞（即此区间未发现高血糖处理的细胞），而在65-140cts3/2范围，对照组细胞比高血糖处理的细胞数要多，平均101Ru+信号强度明显大于高血糖处理的细胞（p=0.04），表明高血糖会增大细胞体积，与文献中对应酵母细胞结果一致。此外，高血糖会诱发氧化应激、脂质过氧化和细胞凋亡，并抑制细胞增殖，这可能会改变抗氧化剂和控制金属稳态的蛋白质水平。 为了验证该方法的有效性，研究人员使用商用ELISA试剂盒进行了对比实验。在高血糖处理过的细胞中，HP和FPN的平均质量均出现过表达，两者变化倍数均为1.4。在95%置信度下的t检验显示，对照组和高血糖处理的细胞之间存在显著差异（p值分别为5 x 10-4和2 x 10-6），在sc-ICP-TOF-MS结果中也发现了同样的趋势，HP和FPN的变化倍数分别为1.4和1.3。因此，sc-ICP-TOF-MS获得了与细胞生物学常用技术很高一致性的结果。不过需要强调的是，ELISA分析只能获得细胞培养物中蛋白质的平均含量，而sc-ICP-TOF-MS可以获得每个细胞的蛋白质质量，并考虑细胞体积，而不是整体细胞群的平均值，从而能够更好地理解细胞应激反应背后的生物机制。06诱导氧化应激对APRE-19的影响 作者使用同样方法研究了对照组和AAPH处理的氧化应激APRE-19细胞中HP、MT2和FPN的含量。图3描述了比较蛋白质质量分布（图3 A-C）和蛋白质相对浓度分布（图3 D-F）。从图3 A-C可以看出，氧化应激状态下单细胞的HP和FPN平均蛋白质质量增加，而MT2无明显变化。每个细胞HP蛋白质量的中位数无明显变化，而MT2和FPN中位数却有所下降，分别从 1.41 ag/cell 降至 1.23 ag/cell 和 从0.81 fg/cell 降至 0.69 fg/cell），这些差异都有统计学显著性。三种蛋白质的平均相对浓度都有所下降（图4 D-F），但对照组和氧化应激组细胞之间的FPN浓度差异并不明显。图3 用sc-ICP-TOF-MS测定对照组（绿色）和氧化应激组（橙色）的ARPE-19细胞中的HP、MT2和FPN的质量的箱形图和直方图（百分比表示）（A-C）以及相对蛋白质浓度（D-F）。（A、D）HP（B、E）MT-2（C、F）FPN。数据包括四组生物重复的对照组和氧化应激处理的 ARPE-19 细胞的分析结果，每次重复都进行了三次仪器测量。 图3 A-C中三种蛋白质的直方图显示了两种处理方式的细胞都属于一个大细胞群。然而考虑到细胞体积时，图3 D-F可以识别出几个大小不同的细胞群。对照组HP的相对蛋白浓度直方图（图3 D）有一个最大值，而氧化应激组细胞有两个不同的细胞群。图3 E中，氧化应激组中低蛋白质浓度的细胞比例比对照组更高。图3 F显示，两组都有两个不同细胞群，但是中浓度和低浓度FPN蛋白质浓度下细胞的百分比不同。 最后，图4展示了通过sc-ICP-TOF-MS得到的对照组和使用AAPH进行氧化应激处理的具有特定体积细胞的频率直方图。实验结果显示，与对照组的细胞相比，经氧化应激处理的细胞中具有高Ru信号（超过65 cts3/2）的细胞百分比更高，这意味着这些细胞的体积更大。AAPH是一种过氧自由基化合物，能增加活性氧种类的产生和通过改变细胞膜的透性增加细胞体积。因此，这种对比使我们能够得到关于AAPH处理的有趣发现，这些发现只能通过逐细胞研究细胞群体并考虑每个细胞的体积来得到。例如，与对照组细胞相比，AAPH处理的细胞中HP和FPN的质量更高，但该处理也显著增加了细胞体积；因此，这些蛋白质的质量增加不仅意味着处理后细胞内蛋白质浓度增加，也意味着细胞大小的增加。图4 使用sc-ICP-TOF-MS获得的对照组（灰色，4635个细胞）和经过氧化应激处理（黑色，3505个细胞）的ARPE-19细胞体积频率直方图。06结论 研究人员需要了解每个细胞的目标物质质量、浓度和细胞体积的变化，才能评估细胞在不同外部刺激作用下的反应和相应机理。本文介绍的方法是通过sc-ICP-TOF-MS检测经金属纳米簇（MNC）标记的抗体作为蛋白质测定的特异性标签，以及使用钌红染（RR）作为体积标签，从而以高灵敏度定量测量单细胞中的特定蛋白质的质量，单细胞的相对体积和目标蛋白质的相对浓度。实验提出的自动化且简单的检测和数据处理方法可以处理大量数据并有效地比较对照组和处理过的细胞培养物，以获得可靠的结论。实验还可以评估每个单细胞中的蛋白质总质量，从而更深入了解细胞内发生的生化过程。备注：翻译仅供学习和参考，内容以英文原文为准。文中图片版权均归ACS杂志社所有。TOFWERK icpTOF让离子再飞一会儿！‍TOFWERK icpTOF电感耦合等离子体-飞行时间质谱耦合了Thermo 公司的 iCAP RQ平台和TOFWERK高性能飞行时间质谱。iCAP RQ平台提供了高强度并稳固的ICP进样和离子源，简单可靠的椎体和离子电镜和Q-cell科技。飞行时间质谱分析仪在保证跟四级管（QMS）同等灵敏度的同时，为icpTOF增加了快速全谱分析，更宽的线性动态范围和高达6000的质量分辨率，提供了快速全谱图采集和所有元素同位素的同步分析能力。◾搭配激光剥蚀，生物、地质样品快速成像案例◾单细胞多元素组分同时分析◾大气颗粒物、单颗粒、海洋环境、土壤、固废无机多组分分析；◾极地冰芯、合金材料、玻璃陶瓷中多元素分析

p　　氮是维持生命活动最重要的营养元素之一。氮气是氮元素的丰富来源，但由于性质惰性，不能为生物直接利用。氮的生物地球化学循环是将氮转化成生物可利用形式的关键过程。固氮微生物，包括固氮细菌和固氮古菌，可将惰性的氮气转化成生物可利用的氨态氮或硝态氮。据估计，生物可利用氮的半数由生物固氮过程提供。然而，微生物种类和功能丰富多样，超过99%的环境菌目前无法实现纯培养，因而对环境中固氮菌功能和活性的认识仍非常不足。环境微生物的不可纯培养性，带来了方法学上的挑战。从单细胞水平上研究环境微生物可克服纯培养或富集培养的限制，实现在环境介质下的原位研究。拉曼光谱（包括SERS、常规和共振拉曼）可在单细胞水平上对微生物进行无损检测，并提供微生物组成的指纹图谱。拉曼光谱与稳定同位素标记结合（Stable isotope probing, SIP），利用微生物同化SIP标记底物引起蛋白、脂类、色素的特征拉曼谱峰偏移，已实现从单细胞水平上检测环境功能菌。/pp　　中国科学院城市环境研究所城市土壤与生物地球化学研究组（朱永官团队），在发展单细胞拉曼-15N2SIP技术用于固氮功能菌的研究上做了开拓性工作。针对土壤中的固氮菌，首次建立单细胞共振拉曼与15N2标记联用技术，发掘出15N2相关的指示固氮菌的特征偏移谱峰，即细胞色素c共振拉曼峰的偏移。利用此指示峰，实现在单细胞水平上检测复杂土壤环境中的固氮菌，并利用指示峰的偏移程度，在单细胞水平上，比较了土壤固氮菌的固氮活性。此外，研究组与牛津大学教授Wei Huang合作，针对包括固氮菌在内的多种氮循环（N2、NH4、NO3）功能菌，率先发展表面增强拉曼光谱（SERS）-15N SIP联用技术，利用SERS对微生物中含氮生物分子腺嘌呤的选择性增强，获得不同15N标记氮源引起的细菌腺嘌呤谱峰的显著线性偏移，并利用SERS-15N SIP研究厦门杏林湾水体中细菌对15N2、15NH4Cl、15NO3不同氮源的选择性代谢。上述工作促进了对大量未知环境菌群的深入认识，尤其是氮循环功能菌及其活性的深入解析。/pp　　相关研究成果分别以Functional Single-Cell Approach to Probing Nitrogen-Fixing Bacteria in Soil Communities by Resonance Raman Spectroscopy with15N2Labeling为题，发表在Anal. Chem.上；以Surface-enhanced Raman spectroscopy combined with stable isotope probing to monitor nitrogen assimilation at both bulk and single-cell level为题，发表在Anal. Chem.上。研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等的资助。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/95e9fe92-ccc2-4ded-8e88-bac97919cf0d.jpg" title="W020180807542181390530.jpg"//pp style="text-align: center "城市环境所在发展单细胞拉曼光谱揭示氮循环功能菌研究中取得进展/p

序号申报号项目名称申报单位首席科学家 1 A000090930生物固氮作用的分子机理研究北京大学王忆平2 A000880903分子靶标导向的绿色化学农药创新研究华东理工大学钱旭红3A000970913稻飞虱灾变机理及可持续治理的基础研究浙江大学娄永根4B000130901重要养殖鱼类功能基因组和分子设计育种的基础研究中国科学院水生生物研究所桂建芳5B000220901棉花纤维品质功能基因组研究及优质高产新品种的分子改良中国农业科学院棉花研究所喻树迅6B000250901主要农作物核心种质重要农艺性状单元型区段及互作研究中国农业科学院作物科学研究所张学勇7B000900902养殖贝类重要经济性状的分子解析与设计育种基础研究中国科学院海洋研究所张国范8B001390901森林重大病虫灾害生态调控机理与防治基础研究中国林业科学研究院 张星耀9B001540901我国农田土壤有机质的水肥增效功能与调控原理中国科学院南京土壤研究所丁维新10B002470901重要热带作物木薯品种改良的基础研究中国热带农业科学院热带生物技术研究所彭明 11A000210905深井复杂地层安全高效钻井基础研究中国石油大学(北京) 李根生12A000210906重油梯级分离与高效转化的基础研究中国石油大学(北京) 鲍晓军13A000880901煤等含碳固体原料大规模高效清洁气化的基础研究华东理工大学王辅臣14A004120902煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究中国矿业大学(北京) 姜耀东15B000590901特高压交直流输变电关键技术的基础问题研究中国电力科学研究院李光范16B001050901高效规模化太阳能热发电的基础研究中国科学院电工研究所黄湘17B001320904大规模高效液流电池储能技术的基础研究 中国科学院大连化学物理研究所张华民18B001500901多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究中国科学院工程热物理研究所金红光19A000080927现代设计大型应用软件的可信性研究清华大学孙家广20A000090932Pbit/s级可控管光网络基础研究北京大学陈章渊21A000260901新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构体系基础研究北京邮电大学 任晓敏22A000260902柔性化网络信息服务基础理论与支撑技术研究北京邮电大学宫云战23A000300904重大灾害信息获取光纤传感网络及器件基础研究华中科技大学姜德生24 A000370906硅基毫米波亚毫米波集成电路与系统的基础研究东南大学洪伟25A000380916新型微显示和场发射平板显示高品质化及应用的基础研究中山大学许宁生26A000600904新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究天津大学刘铁根27 A000940901数字媒体理解的理论与方法研究北京航空航天大学李波28A001200907信息服务的模型与机理研究同济大学蒋昌俊29B000560901 基于数学机械化方法的数字化设计制造与可信软件研究中国科学院数学与系统科学研究院高小山30B001720904超高频、大功率化合物半导体器件与集成技术基础研究中国科学院微电子研究所刘新宇31B002530901 超高速超大容量超长距离光传输基础研究武汉邮电科学研究院余少华32A000140901重大水利工程影响下长江口环境与生态安全河海大学王 超33A000330915我国东部沿海城市带的气候效应及对策研究南京大学杨修群 34 A000570906河口环境与生态系统对流域大型水利工程的响应过程和机制华东师范大学丁平兴35A001250901我国陆架海生态环境演变过程、机制及未来变化趋势预测中国海洋大学赵美训36B000020901我国南方持续性强降水形成机理与预报理论和方法研究中国气象科学研究院张人禾37B000670901平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用中国科学院大气物理研究所吕达仁38B000800901气候变化下我国陆地水循环的变异与响应及其对区域水资源安全的影响研究中国科学院地理科学与资源研究所夏军39B000900901我国近海藻华灾害演变机制与生态安全中国科学院海洋研究所周名江40B003690901华北平原地下水演变机制与调控中国地质科学院水文地质环境地质研究所石建省41A000050925精神分裂症遗传发育问题的临床基础研究上海交通大学贺林42A000090938类风湿关节炎发病的免疫学机制及其干预策略的研究北京大学栗占国43A000130908基因靶向治疗的应用基础研究四川大学魏于全44 A000170901胃癌新标志物的筛选及其预警和早诊作用的大规模人群研究中国人民解放军第四军医大学樊代明45A000300901 大气颗粒物致健康危害的基础研究华中科技大学邬堂春46A000650919先天性心脏病发生、发展和干预的基础研究复旦大学黄国英47A000770901我国特有产毒动物多肽毒素的基础与应用基础研究湖南师范大学梁宋平48A000790901肿瘤干细胞在恶性肿瘤发生发展中的作用及机理研究中国人民解放军第三军医大学卞修武49A000790902电磁辐射的健康危害机理及医学防护的基础研究中国人民解放军第三军医大学余争平50A003350903银屑病的系统生物学研究安徽医科大学杨森51A005270901心脏间隔缺损形成、发展和干预的基础研究中国医学科学院阜外心血管病医院 胡盛寿52B000090910炎症过程中细胞间相互作用的信号转导机制及其应用研究中国科学院上海生命科学研究院耿建国53B002180904恶性肿瘤发生及其早期防治的基础研究中国医学科学院肿瘤研究所林东昕54D000640901基于系统生物医学基础的白血病临床转化研究上海交通大学医学院附属瑞金医院韩泽广55A000080947 利用遗传地理时空模型预测H5N1禽流感病毒的传播及控制策略研究清华大学徐冰56A002110901重要人兽共患胞内寄生菌病流行特征及病原致病机制研究石河子大学陈创夫57B002220901重要病毒的入侵机制研究中国科学院武汉病毒研究所胡勤学58A000380922我国重要食源性寄生虫病的发病机制及防治研究中山大学余新炳59A000920902基于“肾藏精”的脏象理论基础研究上海中医药大学王拥军60A002630901经脉体表特异性联系的生物学机制及针刺手法量效关系的研究广州中医药大学许能贵61A006560901以量-效关系为主的经典名方相关基础研究中国中医科学院广安门医院仝小林62 A000330918光电功能晶体结构性能、分子设计、微结构设计与制备过程的研究南京大学王牧63A000580914微生物冶金过程强化的基础研究中南大学 邱冠周64A000710901 介观尺度材料特性与服役行为表征的基础研究西安交通大学孙军65A001020901新型高容量储氢材料的关键基础科学问题研究华南理工大学朱敏66A001070904 高性能芳纶纤维及其界面的结构设计与控制的关键科学问题东华大学余木火67B000510908聚合物基复合材料的多层次结构与制备技术中国科学院化学研究所韩志超68B001360906 高温合金材料设计与制备的基础研究中国科学院金属研究所孙晓峰69B001990901先进复合材料空天应用技术基础科学问题研究中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院 益小苏70C001190901高性能钢的组织调控理论与技术基础研究中国钢研科技集团公司 董瀚71A000050919混合网络下社会集群行为感知与规律研究上海交通大学张文军72A000080930 复杂条件下飞行器进近可视导航的基础理论与关键技术研究清华大学戴琼海73A000180901生物质转化为高值化材料的基础科学问题北京林业大学孙润仓74A000330916仿生分子识别技术在生物医学应用的基础研究 南京大学鞠熀先75 A000350901山地城市建设地上与地下空间一体化利用安全性基础研究 重庆大学张永兴76A000360901城市地下工程安全性的基础理论研究北京交通大学张顶立77 A000580912航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究中南大学李晓谦78A000880902 清洁能源生产和环境治理中稀土催化材料应用的基础研究华东理工大学卢冠忠79A000970919飞行器结构多功能设计的基础科学问题浙江大学杨卫80A001030901空间光学超精密制造装备及关键技术基础研究中国人民解放军国防科学技术大学李圣怡 81A001100902生物质的抗降解性及其生物炼制中的科学问题山东大学曲音波82A001280903现代医学成像与高维图像分析关键科学问题研究南方医科大学陈武凡83 A001880901空间飞行器长寿命关键构件制备与服役中的基础问题燕山大学刘日平 84B000280901基于影像的脑网络研究及其临床应用中国科学院自动化研究所蒋田仔85B000710904重大工程地质灾害的预测理论及数值分析方法研究中国科学院力学研究所李世海86B001110901城市环境要素高分辨率遥感谱像合一认知理论与方法中国科学院遥感应用研究所顾行发87B001670901稀疏微波成像的理论、体制和方法研究中国科学院电子学研究所吴一戎88B002950901深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论中国科学院武汉岩土力学研究所冯夏庭89B007170901心脑血管易损斑块的高分辨成像识别与风险评估预警体系重大问题的基础研究深圳先进技术研究院张元亭90A000080937 生物膜动态变化的分子机理与功能研究清华大学陈晔光91 A000090941攻击与亲和社会行为的机理和异常：多学科多层次交叉研究北京大学饶毅92A000300903 基于精密测量物理的引力及相关物理规律研究华中科技大学罗俊93A000510901复杂装备研发数字化工具中的计算力学和多场耦合若干前沿问题大连理工大学张洪武94A000980901海相烃源岩形成的地球生物学过程中国地质大学(武汉) 谢树成95 A001080901 抗体-抗原分子识别的结构基础和功能研究中国人民解放军第二军医大学郭亚军96A006540901氧化锌掺杂及相关器件的基础物理问题研究中国科学院长春光学精密机械与物理研究所申德振97 B000160901晚新生代以来我国季风-干旱环境耦合系统演变的动力学研究中国科学院地球环境研究所安芷生98B000170906若干有机高分子软物质体系的基本科学问题－结构、性能与环境响应中国科学院理化技术研究所黄勇99B000800902中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互作用关系及其对环境变化的响应和适应机制中国科学院地理科学与资源研究所于贵瑞100B001310901海洋微生物次生代谢的生理与生态效应及其合成生物学基础机制中国科学院南海海洋研究所张偲101B001350902暗物质暗能量及地下前沿物理的理论研究和实验预研中国科学院理论物理研究所吴岳良102B001530902中国先进研究堆中子束应用关键技术及若干科学问题中国原子能科学研究院陈东风103B002380901手性催化的重要科学基础中国科学院上海有机化学研究所丁奎岭104B002380902具有重要生物活性的天然产物的化学合成中国科学院上海有机化学研究所马大为105B008630901离子束与物质相互作用的微观机理研究中科院近代物理研究所肖国青106免疫相关重要蛋白质的生物学研究中国人民解放军军事医学科学院张学敏107 细胞抗病毒先天免疫相关蛋白的生物学研究武汉大学郭德银108 神经元信息感受重要蛋白质膜转运的结构基础、调控及功能研究浙江大学罗建红109细胞生长调控的重要蛋白质群的功能与作用机制中国科学院上海生命科学研究院李林110基因组稳定性和细胞周期调控相关蛋白质群的功能及作用机制研究北京大学尹玉新111基于冷冻电子显微镜学的生物大分子的高时空分辨率的结构和功能研究清华大学高海啸112基于基因密码子扩展的蛋白质标记新方法北京大学周德敏113内源性代谢产物硫化氢与介导心脏生理与病理机制的蛋白质靶分子的相互作用及其机制复旦大学朱依谆114细胞膜重要脂质代谢产物对重大疾病病理生理过程的调控北京大学朱毅115 蛋白质组海量质谱数据的解析及其在人类基因组注释中的应用中国科学院北京基因组研究所 刘斯奇116 恶性肿瘤非编码RNA相关蛋白的功能网络与调控机制的研究中山大学宋尔卫117低维自旋体系的量子效应及其调控南京大学丁海峰118 基于光场量子态的量子信息研究山西大学王海119囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用清华大学王力军120固态系统中光与物质强相互作用的量子调控研究中山大学王雪华121 基于分子和分子体系的量子调控中国科学技术大学罗毅122新型量子功能体系的物性表征及其材料探索中国科学院物理研究所丁洪123胚胎发育的核小体重排和染色质重塑同济大学江赐忠124 牙发生发育分子机理及牙齿再生研究四川大学田卫东125 胸腺与免疫细胞发育的分子调控中国科学院动物研究所赵勇126卵巢早衰的分子机制及其早期预测、诊断生物标记的研究南京大学 徐璎127卵巢衰老机理及相关重大疾病的基础研究南开大学韩际宏128干细胞向生殖细胞诱导分化的调控机理及应用性研究中山大学松阳洲129基于诱导多能干细胞（iPS）技术的若干重大疾病模型与机理研究上海交通大学金颖130组织干细胞识别、谱系重编程和示踪研究复旦大学朱剑虹131组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究中国科学院上海生命科学研究院时玉舫132纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用基础研究中国科学院长春应用化学研究所逯乐慧133纳米材料与技术在水中污染物选择性消除中的应用基础研究中国科学院化学研究所赵进才134新型微纳结构硅材料及其广谱高效太阳能电池研究中国科学院半导体研究所李晋闽135基于纳米材料的太阳能光伏转换应用基础研究中国科学院上海技术物理研究所戴宁136应用纳米技术解决胃癌预警与早期诊断中的关键科学问题上海交通大学 崔大祥137基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的应用基础研究中国科学院上海药物研究所李亚平138 光子束超衍射纳米加工技术与应用基础研究 中国科学院理化技术研究所 段宣明 139 纳米结构电荷俘获材料及高密度多值存储基础研究中国科学院微电子研究所张满红140相变存储器规模制造技术关键基础问题研究中国科学院上海微系统与信息技术研究所刘波141 纳米磁性自旋存储器和半导体硅量子点存储器的研制及其器件物理研究中芯国际集成电路制造(上海)有限公司季明华142 纳米结构的新型同步辐射表征技术及若干关键科学问题的研究中国科学院上海应用物理研究所徐洪杰143新型纳米复合磁性材料及其应用的关键基础研究中国科学院金属研究所 张志东144 仿生轻质高强纳米复合结构材料的可控制备与性能研究中国科学技术大学俞书宏

1、引言汞是一种有毒性的金属，广泛分布在岩石、土壤、大气、水和生物之中，因此各种物质均有一定的汞含量，称为自然含汞量。随着社会的发展，人类活动释放出大量的汞，这些汞进入生态系统，造成生态系统的汞污染。城市区域人口密集，人类活动集中，物质和能量流动强度大，因此面临着汞污染带来的种种环境与生态问题。目前国内外有关环境汞污染的研究主要是针对氯碱生产、金矿开采、燃煤电厂等汞污染源开展的，实际上，汞污染源类型很多，特别是一些潜在的汞污染源在我国还鲜为人知。而且汞污染尚未进入被充分认识和掌控的范畴，甚至完全处于大众视野之外。汞对环境与生态系统的持续性、严重性危害已引起全球性的关注。我国汞污染研究基本处于刚刚起步阶段，严重滞后于国际环境形势发展需要，今后除应加强基础研究工作，还要对重要汞污染地区的污染状况、机制、环境效应开展研究，以全面掌握我国汞污染的来源、汞污染源分布以及环境汞污染现状。2、重金属汞的概述2.1重金属汞的元素特性汞是在正常大气压力的常温下唯一以液态存在的 金属。熔点-38.87℃，沸点356.6℃，密度13.59g /cm 3 。银白色液体金属。内聚力很强，在空气中稳定。蒸气有剧毒。溶于硝酸和热浓硫酸，但与稀硫酸、盐酸、碱都不起作用。能溶解许多金属。化合价为+1和+ 2。汞的7种同位素的混合物，具有强烈的亲硫性和亲铜性，即在常态下，很容易与硫和铜的单质化合并生成稳定化合物，因此在实验室通常会用硫单质去处理撒漏的水银。在自然界中汞常以辰砂的形式存在，有时候也以游离态存在。汞是一种毒性极强的污染元素，在诸多环境污染物指标中，被列为第一类污染物。2.2重金属汞的元素来源自然界中主要有辰砂矿(Hg S)，也有少量的自然汞。常用辰沙矿加少许碳在空气中加热而制得。2.3重金属汞的元素用途常用于制造科学测量仪器(如气压计、温度计等) 、药物、催化剂、汞蒸气灯、电极、雷汞等。汞的用途较广，在总的用量中，金属汞占30%， 化合物状态的汞约占70%。冶金工业常用汞齐法( 汞能溶解其它金属形成汞齐)提取金、银和铊等金属。化学工业用汞作阴极以电解食盐溶液制取烧碱和氯气。汞是制造汞弧整流器、水银真空泵等的材料，它是由酒精、浓硝酸溶液混合加热制成的。汞的一些化合物在医药上有消毒、利尿和镇痛作用，汞银合金是良好的牙科材料。在中医学上，汞用作治疗恶疮、疥癣药物的原料。汞可用作精密铸造的铸模和原子反应堆的冷却剂以及镉基轴承合金的组元等。汞在自然界中分布量最小，被认为是稀有金属，但是人们很早就发现了水银。天然的硫化汞又称为朱砂，由于具有鲜红的色泽，因而很早就被人们用作红色颜料。根据殷虚出土的甲骨文上涂有丹砂，可以证明我国在有史以前就使用了天然的硫化汞。汞的无机化合物如硝酸汞(Hg(NO3)2) 、升汞(HgCl2)、甘汞(HgCl)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、氧化汞(HgO)、氰化汞(Hg(CN)2) 等，用于汞化合物的合成，或作为催化剂、颜料、涂料等 有的还作为药物，口服、过量吸入其粉尘及皮肤涂布时均可引起中毒。此外，雷汞用于制造雷管等。3、汞污染来源环境本底含有一定浓度值，这对判断环境污染程度 很有意义。但它极少构成污染， 除了生态程度很有意义，除了生态环境改变引起迁移外，汞的污染主要是人 的污染所致。汞污染主要来自使用和产汞或汞的化合物的工厂排出的含汞废水、废气和废渣。氯碱工业、塑料工业、电子工业、混汞炼金和雷汞生产排放的废水是水体中汞的主要污染来源 施用含汞农药和含汞污泥肥料是土壤中汞污染的主要来源 含汞金属的冶炼废气是大气汞污染的主要来源。此外，煤和石油在燃烧过程中也会排出含汞废气和颗粒态汞尘，这是很大的污染来源，这些来源随风飘移，不断落入大地，再经降雨径流，最终转移到水体。有关金属汞的生产很多，例如汞矿的开采与汞的冶炼，尤其是土法火式炼汞，空气、土壤、水质都有污染 制造、校验和维修汞温度计、血压计。流量仪、液面计、控制仪、气压表、汞整流器等，尤其用热汞法生产危害更大 制造荧光灯、紫外光灯、电影放映灯、X线球管等 化学工业中作为生产汞化合物的原料，或作为催化剂如食盐电解用汞阴极制造氯气、烧碱等 以汞齐方式提取金银等贵金属以及镀金、馏金等 口腔科以银汞齐填补龋 齿 钚反应堆的冷却剂等。4、汞的形态及生物有效性土壤中汞的存在形态各种各样。归结起来，主要分 为三大类：金属汞、无机化合态汞和有机化合态汞。4.1金属汞土壤中常常存在一部分元素汞，往往只占土壤总汞 的1%以下， 但是它对生物体是高度有效的。它不仅能被叶片吸收，植物根系也能直接吸收并且利用这种形态 的汞。可见，在正常的土壤和范围内，汞能以零价状态存在并且对植物高度有效性是土壤中汞的重要特点。4.2无机化合态汞土壤中存在的无机化合态汞有HgS、HgCl2、 HgCl42- 、HgCO3、HgHCO3-、HgNO3+、HgSO4、HgO、HgHPO4等， 它们因土壤类型不同而各有差异。在各种无机化合态汞中，并不是所有赋存形态对生物体都是 有效的。HgCl2和HgCl42-是植物容易吸收利用的两种汞化合物，而HgS则是一种难以被植物吸收利用的无机化合物。4.3有机化合态汞包括CH3HgS- 、CH3HgCN、CH3HgSO3-、 CH3Hg2S、CH3HgNH3+和腐殖质结合汞等，其中以腐殖质结合汞最为主要。一般来说，土壤中有机质结合态 汞通常约占总汞的2%。研究结果表明，在各种有机化合态汞中，以甲基汞形式存在于土壤中的汞生物有效性较高，毒性也大，容易被植物吸收并且通过食物链在生物体内逐级富集，对生物和人体健康造成危害 而腐殖质结合汞的生物有效性较低，不容易被作物吸收，而且毒性也低。5、汞在环境中的迁移转化5.1汞在自然环境中的迁移转化汞的化合物(除Hg(NO3)2外)溶解度很小，这种性质直接影响它在环境中的赋存形态和迁移性及其迁移 转化规律。汞的天然来源为含汞原矿。在风化作用下，汞以固体微粒等形态进入环境中。进入土壤中的汞可以被植物吸收，也可以挥发进入大气，还可以被降水冲进入地面水和地下水中。大气中气态和颗粒态的汞随风飘散又可沉降到地面或水体中。水体中的汞主要存在于沉积物中，且水中汞主要被悬浮物吸附，影响吸附的主要环境因素是pH值及颗粒物含量。在河流底质中，汞主要是与有机质的迁移转化相联系，悬浮态汞是汞迁移的主要形式。底泥中的汞可 在微生物的作用下转化为甲基汞(MeHg+ ) 。甲基汞可溶于水，因此又从底泥回到水中。环境中汞在大气、土壤、水之间就是这样不断迁移和转化的。5.2汞在陆生食物链中的迁移积累土壤汞的污染主要出现在耕作层，而耕作层又是植物根系密集分布的地方，在同级别的污染区域中，园林土壤的含汞量显著高于农业土壤。园林土壤的平均含汞量约为农业土壤的6倍。这是因为农业生态系统为全开放系统，植物对土壤的归还率很低，而园林生态系统中植物的归还率高，使土壤中有机质得以积累，相应对汞的富集作用也加强，在汞污染严重地区，可以通过园林植物将污染控制在有限的范围内。植物对汞的富集能力不同。汞富集能力，依次为常绿阔叶树常绿针叶树灌木落叶阔叶树草本植物蔬菜。富集顺序表现了各类植物在空中暴露面积的大小和生长时期长短的积累效应。显然，园林植物的吸汞量比蔬菜高，因此，不适宜在点源附近种植蔬菜或农作物。尽管蔬菜生长季节短暂，但其可食部分的含汞量仍然超过食品卫生标准7倍多，对人畜健康将会产生 严重的危害。6、汞污染的危害20世纪50年代初， 日本九州水俣镇不断发现一些怪病人，口齿不清、步态不稳、面部痴呆、耳聋眼瞎、全身麻木，最后神经失常、大喊大叫而死，同时，有些猫、狗发疯。这种中枢神经性疾患的公害病称“水俣病”。经多年研究发现，水俣镇上的一些化工厂将大量含汞工业废水直接排放到水俣弯的水域中，致使水体被汞污染。无机氯化汞经过微生物作用逐渐转化为有机汞，并在鱼等水生物体中浓集。当地居民吃了受汞污染的鲜鱼和贝类等产品，汞随食物入人体，最终导致“水俣病”的产生。6.1汞对人体的危害微量的汞在人体内不致引起危害，可经尿、粪和汗液等途径排除体外，如数量过多，即可损害人体健康。汞对人体的危害主要累及中枢神经系统、消化系统及肾脏，此外对呼吸系统、皮肤、血液及眼睛也有一定影响。汞在人和生物体中多积蓄于肾、肝、脑中。烷基汞比可 溶性无机汞化合物毒性大10100倍，主要毒害神经系统，破坏蛋白质和核酸。经研究，人的病状与甲基汞积蓄量关系为：使人知觉异常(25mg)、步行障碍(55mg)、发音障碍(90mg)、死亡(200mg以上) 。根据动物实验，汞还具有致癌性。6.2汞的神经毒性汞有很强的神经毒性，即使是低水平暴露也会损害神经系统，表现为精神和行为障碍，能引起感觉异常、共济失调、智能发育迟缓、语言和听觉障碍等临床症状。6.3汞对植物的危害汞作为植物的有害元素，影响到种子的发芽和植物 的形态建成。汞含量较低时， 对植物的生长发育影响甚微，但超过一定浓度，植物的生长就会完全被抑制。汞对作物生长发育的影响主要有抑制光合作用、根系生长 和养分吸收、酶的活性、根瘤菌的固氮作用等。6.4汞对动物的危害汞在鸟类体内的分布具有较强的选择性，主要蓄积 于肝脏和肾脏。卵中的Hg含量超过1. 5～18mg/kg就足以导致卵重下降、 畸形、孵化率降低、生长率以及雏鸟成活率的降低。环颈雉肝脏中的汞达到3～13mg/kg时孵化率显著降低。甲基汞还会导致绿头鸭的雏鸟警戒反应减少。7、防治措施7.1工业汞污染的防治方法汞在工业上应用广泛， 造成污染较严重。因此，必须采取以防为主、防治结合的综合措施。首先从工艺改革入手，采取替代物质，减少汞的使用量，从源头控制汞污染的产生。其次，淘汰落后工艺，此外，由于汞比重 大，有流动性，在作用金属汞时，应尽量减少流散，万一 不慎将汞撒落，必须尽可能收集起来，并在凡有可能遗留汞的地方都复盖上硫磺粉，使汞生成难溶的HgS。储藏汞必须密封，防止汞的挥发引起汞蒸气中毒。对于产生含汞废水的有色冶炼厂和化工厂，应采取有效的处理措施，使车间排放口达标排放。从废水中去除无机汞的方法有：硫化物沉淀法、化学聚法、活性炭吸附法、金属还原法和离子交换法等。应视其工艺不同、排放浓度大小和废水酸碱性选用相应的经济技术可行的方法。7.2土壤汞污染的防治方法土壤汞污染治理主要有两条途径， 一是改变汞在土壤中的存在形态，使其由活化态转化为稳定态，其二是从土壤中去除汞以使土壤中的汞的浓度接近或达到土壤汞背景值浓度水平。目前，通常采用的方法主要有物 理、物理化学和生物修复法。7.2.1物理及物理化学的方法一般的做法有：热处理技术，动电修复技术，淋滤法和洗土法，施用调控剂等，但以往采用的这些方法存在着明显的不足就是这些方法一般投资昂贵，使用设备复杂，不太适宜大范围推广应用。7.2.2生物修复(1 )植物修复。植物修复是一种很有效且廉价处理污染的新方法，这种方法在美国等发达国家已开展了大规模的试验，并证明有效。(2)微生物修复。利用微生物对某些重金属的吸收、沉积、氧化和还原等作用，减少植物摄取。从而降低重金属的毒性。7.3政府汞污染的治理对策(1 )能源结构。我国城市的一次能源结构中，煤炭一直占据主导地位。燃煤汞污染是我国城市汞污染的一个重要来源，因此调整能源结构，引进和发展清洁能源，将目前以原煤为主的污染型能源结构逐步转变为以天然气、电力等优质能源为主的清洁型能源结构，减少煤炭在一次能源中所占的比例，是减少汞排放量的主要措施。(2)提高能源效率。目前能源消费环节浪费仍然比较严重，主要表现在燃煤锅炉热效率较低、建筑采暖热能浪费严重等。因此，加强高新技术在能源供应和消费领域的推广应用，提高能源利用效率，可以进一步减少汞的排放量。(3 )增加用煤洗选比例，降低燃煤中的汞含量。结合煤炭清洁燃烧工艺，开发燃煤脱汞技术。(4 )实行垃圾分类和加强固体废弃物管理。如果生活垃圾能分类收集、分别处理，对其中的含汞电池、荧光灯、体温计等采取比一般生活垃圾更严格的防护措施。(5)制定完善的汞管理法律、法规，建立全面的汞环境标准，包括排放标准和各种环境质量标准。(6 )加强汞污染危害的宣传教育和减少汞污染的知识的普及，提高人们的环保意识。8、结语随着现代工农业的发展，重金属污染问题日趋严重。重金属污染，不同于其它类型污染，具有隐蔽性、长期性和不可逆转等特点。重金属可直接对环境中的大气、水和土壤造成污染，在土壤→植物→动物→人体之间的食物链中，不仅鸟类作为高级消费者会受到威胁，人类也会深受其害。防治重金属污染，应当提高全民素质、增强环保意识，从根本上消除污染源 要坚决杜绝工业“三废”的直接排放，规划城市垃圾的堆放，严格控制含有重金属的化肥、农药的使用。我国汞污染研究还滞后于国际环境形势发展需要。今后除了要加强基础研究工作，还要对重要汞污染地区污染状况、机制、环境效应开展研究，以全面掌握我国汞污染的来源、汞污染源分布以及环境汞污染现状，安排汞污染治理专项资金，对重点地区优先实施汞污染治理。期待在不久的将来，会有越来越多的汞污染地区得到有效治理。华唯计量专注XRF行业30年，致力于为用户解决重金属检测全面应用问题，除提供优质产品及服务外，更可针对用户行业特点及技术疑难开发专项产品。主营产品有RoHS检测仪、镀层测厚仪、合金分析仪、粮食重金属检测仪、大气重金属在线分析仪等。

研究背景：　　FERM结构域的蛋白家族中，黏着斑蛋白（kindlin）和踝蛋白（talin） 是进化上高度保守并且在FERM结构域中表现出高度同源性。kindlin家族在整合素（integrin）活化中发挥重要作用，参与integrin的双向信号传导，对整合素受体介导的细胞与细胞外基质的黏附、细胞-细胞外基质的黏附、细胞迁移、胚胎发育、损伤修复等过程中发挥关键作用。此外kindlin的异常还可以导致多种遗传性疾病的发生，同时kindlin家族作为重要的信号分子还参与了肿瘤的发生发展过程。　　近日，《Nature Communications》刊登了Grégory Giannone等学者的最新研究成果，该团队使用Abbelight 3D单分子超分辨成像系统SAFe 360的超分辨-单分子追踪技术（SPT-PALM）研究了kindlin和talin等蛋白在细胞质膜中的扩散机制。　　研究内容：　　焦点黏着斑蛋白（FAs）家族广泛参与整合素依赖型细胞粘附、极性和迁移等过程，通过直接或间接的方式结合在细胞外基质（ECM）和肌动蛋白细胞骨架之间，并与具有不同结构、信号或支架功能的蛋白建立物理联系。然而FAs蛋白如何被引导到特定的纳米层以促进与特定靶点的相互机制目前尚不清楚。为探究其机制，Grégory Giannone等将kindlin的蛋白分子行为和3D纳米级定位与其在FAs内integrin激活中的功能联系起来，通过单蛋白追踪、超分辨成像以及功能分析kindlin在上膜的定位和扩散对integrin激活、细胞扩散和FAs形成过程，并通过研究发现kindlin通过与talin不同的途径来达到和激活integrin，为integrin激活期间的互补性提供了可能的分子基础。　　首先，作者通过追踪integrin在细胞中不同区域的单分子运动轨迹，计算单个β1-integrin或者β3-integrin分子的扩散系数，并比较integrin在FA内和FA外的扩散系数，发现integrin在FA中有自由扩散（绿色轨迹），被束缚的区域扩散（黄色轨迹）和固定不动三种不同模式。不同的细胞中，integrin在FA外普遍表现出更快的扩散速度，更多倾向于纯自由扩散。同时Mn2+的处理会让更多的integrin分子倾向于固定不动，也即参与同kindlin和或talin相互作用。经过计算kindlin突变体和talin突变体中β1-integrin或者β3-integrin的扩散系数并比较，发现对于这两个突变体，Mn2+处理结果略有不同，kindlin突变体中integrin分子倾向于固定不动的比例相对于talin突变体较低一些。integrin，kindlin和talin在细胞中的扩散的轨迹分布于扩散系数分布　　为了进一步分析kindlin和talin与integrin相互作用的机制，观测比较kindlin和talin单分子扩散轨迹可发现integrin和kindlin通过细胞膜自由扩散独立进入焦点黏着斑（FAs），而talin和paxillin通过胞浆自由扩散到达FAs。在FAs中integrin展现自由扩散和被束缚的扩散两种扩散模式，两种模式都是通过kindlin和talin的结合触发。自由扩散时integrin，kindlin和talin同时以正确的取向结合的概率非常低，Grégory Giannone等学者研究显示三者更倾向于如上图所示的模型，也即在质膜上自由扩散的integrin和kindlin会先形成不可移动的integrin-kindlin复合物(i)；这种复合物可以限制整合素β端的方向，并有利于talin与近端NPxY基序的结合，从而形成短暂integrin-kindlin-talin的三元复合物(ii)；kindlin可以间歇性地解离(iii)并再次(ii)与寿命更长的integrin-talin复合物重新结合。这种瞬态的integrin-kindlin-talin三元复合物的相互作用会大大延长integrin和talin的相互作用的持续时间。talin和kindlin脱附后integrin会继续恢复自由扩散的模式，直至再次和kindlin结合。kindlin和talin激活整合素的示意图模型　　实验设备简介：　　本实验中实用的单分子示踪系统是abbelight公司研发的3D单分子定位显微系统—SAFe 360，利用其特有的DAISY技术将xyz方向的定位精度提高至15 nm，可以精确观测蛋白颗粒的定位分布及其运动轨迹。除此之外，该设备还具备大视场和一键式操作，能够大幅度降低单分子定位操作技术的门槛，帮助研究者从事分子机制的研究。　　典型采集实例：神经元超分辨成像大肠杆菌线粒体三维结构外泌体成像　　参考文献：　　[1] Orré, Thomas, et al. "Molecular motion and tridimensional nanoscale localization of kindlin control integrin activation in focal adhesions." Nature communications12.1 (2021): 1-17.

研究背景：FERM结构域的蛋白家族中，黏着斑蛋白（kindlin）和踝蛋白（talin） 是进化上高度保守并且在FERM结构域中表现出高度同源性。kindlin家族在整合素（integrin）活化中发挥重要作用，参与integrin的双向信号传导，对整合素受体介导的细胞与细胞外基质的黏附、细胞-细胞外基质的黏附、细胞迁移、胚胎发育、损伤修复等过程中发挥关键作用。此外kindlin的异常还可以导致多种遗传性疾病的发生，同时kindlin家族作为重要的信号分子还参与了肿瘤的发生发展过程。近日，《Nature Communications》刊登了Grégory Giannone等学者的新研究成果，该团队使用Abbelight 3D单分子超分辨成像系统SAFe 360的超分辨-单分子追踪技术（SPT-PALM）研究了kindlin和talin等蛋白在细胞质膜中的扩散机制。 研究内容：焦点黏着斑蛋白（FAs）家族广泛参与整合素依赖型细胞粘附、性和迁移等过程，通过直接或间接的方式结合在细胞外基质（ECM）和肌动蛋白细胞骨架之间，并与具有不同结构、信号或支架功能的蛋白建立物理联系。然而FAs蛋白如何被引导到特定的纳米层以促进与特定靶点的相互机制目前尚不清楚。为探究其机制，Grégory Giannone等将kindlin的蛋白分子行为和3D纳米定位与其在FAs内integrin激活中的功能联系起来，通过单蛋白追踪、超分辨成像以及功能分析kindlin在上膜的定位和扩散对integrin激活、细胞扩散和FAs形成过程，并通过研究发现kindlin通过与talin不同的途径来达到和激活integrin，为integrin激活期间的互补性提供了可能的分子基础。先，作者通过追踪integrin在细胞中不同区域的单分子运动轨迹，计算单个β1-integrin或者β3-integrin分子的扩散系数，并比较integrin在FA内和FA外的扩散系数，发现integrin在FA中有自由扩散（绿色轨迹），被束缚的区域扩散（黄色轨迹）和固定不动三种不同模式。不同的细胞中，integrin在FA外普遍表现出更快的扩散速度，更多倾向于纯自由扩散。同时Mn2+的处理会让更多的integrin分子倾向于固定不动，也即参与同kindlin和或talin相互作用。经过计算kindlin突变体和talin突变体中β1-integrin或者β3-integrin的扩散系数并比较，发现对于这两个突变体，Mn2+处理结果略有不同，kindlin突变体中integrin分子倾向于固定不动的比例相对于talin突变体较低一些。integrin，kindlin和talin在细胞中的扩散的轨迹分布于扩散系数分布为了进一步分析kindlin和talin与integrin相互作用的机制，观测比较kindlin和talin单分子扩散轨迹可发现integrin和kindlin通过细胞膜自由扩散立进入焦点黏着斑（FAs），而talin和paxillin通过胞浆自由扩散到达FAs。在FAs中integrin展现自由扩散和被束缚的扩散两种扩散模式，两种模式都是通过kindlin和talin的结合触发。自由扩散时integrin，kindlin和talin同时以正确的取向结合的概率非常低，Grégory Giannone等学者研究显示三者更倾向于如上图所示的模型，也即在质膜上自由扩散的integrin和kindlin会先形成不可移动的integrin-kindlin复合物(i)；这种复合物可以限制整合素β端的方向，并有利于talin与近端NPxY基序的结合，从而形成短暂integrin-kindlin-talin的三元复合物(ii)；kindlin可以间歇性地解离(iii)并再次(ii)与寿命更长的integrin-talin复合物重新结合。这种瞬态的integrin-kindlin-talin三元复合物的相互作用会大大延长integrin和talin的相互作用的持续时间。talin和kindlin脱附后integrin会继续恢复自由扩散的模式，直至再次和kindlin结合。kindlin和talin激活整合素的示意图模型 实验设备简介：本实验中实用的单分子示踪系统是abbelight公司研发的3D单分子定位显微系统—SAFe 360，利用其特有的DAISY技术将xyz方向的定位精度提高至15 nm，可以观测蛋白颗粒的定位分布及其运动轨迹。除此之外，该设备还具备大视场和一键式操作，能够大幅度降低单分子定位操作技术的门槛，帮助研究者从事分子机制的研究。 典型采集实例：神经元超分辨成像大肠杆菌线粒体三维结构外泌体成像 参考文献：[1] Orré, Thomas, et al. "Molecular motion and tridimensional nanoscale localization of kindlin control integrin activation in focal adhesions." Nature communications 12.1 (2021): 1-17.

1. 文章信息标题：stable ti3+ sites derived from the tixoy-pz layer boost cubic fe2o3 for enhanced photocatalytic n2 reductiondoi：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c058902. 文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c058903. 期刊信息期刊名：acs sustainable chemistry & engineeringissn：2168-04852021年影响因子：8.198分区信息：中科院1区top；jcr分区（q1）涉及研究方向：光催化4. 作者信息：第一作者是广州大学博士张文生。通讯作者为广州大学韩冬雪教授、广州大学何颖实验员。5. 正文中标记了“the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp.”.文中所述设备由北京中教金源科技有限公司提供，设备型号:cel-gppcl the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp. 利用水作为还原剂将氮气（n2）进行光催化固定是一种令人鼓舞的未来氨合成策略，这有助于人们开发高效的光催化剂，以提高太阳光利用率，并提高固定n2的催化效率。赤铁矿(α-fe2o3)是一种稳定性高、成本低廉、天然丰度高的半导体光催化剂，从经济效益上讲是可见光驱动n2-nh3转化的理想催化剂，但相关研究报道较少。这是因为单一组分fe2o3光催化剂的光生电子还原能力普遍较低、具有严重的电子空穴重组现象和有限的表面活性位点，限制了其在光催化固氮领域的发展。为克服这一问题，本文构建了表面磷掺杂含稳定ti3+位点的锐钛矿tio2（tixoy-pz）层，来增强α-fe2o3立方体的光催化n2还原反应（pnrr）性能。通过ph3处理，在tixoy-pz层上诱导不饱和ti3+物种来作为活性位点，实现对n2分子的高吸附和活化。同时，磷掺杂形成的部分金属钛缺陷使催化剂的结构更加稳定。此外，通过程序升温氮气吸脱附（tpd）和瞬态荧光衰变曲线证明了fe2o3@tixoy-pz的ti3+物种是n2化学吸附和活化的活性位点。fe2o3@tixoy-pz纳米杂化催化剂利用tixoy-pz层表面的ti3+位点和界面耦合的优势，实现了在环境条件下有效地将n2光还原为nh3；这为设计和开发具有优异光催化固氮性能的纳米催化剂提供了一种新的视角。文章doi : https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05890，原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c05890原文下载：online acssuschemeng.1c05890.pdf：，。视频小程序赞，轻点两下取消赞在看，轻点两下取消在看

当谈到全球气候变暖时，二氧化碳首先会占据头条，但考虑到甲烷作为一种强效温室气体的地位，其在全球变暖和气候变化中的作用也不应被低估。2022年10月，联合国世界气象组织发布的年度温室气体公报警告称，使地球变暖的三种主要温室气体，即二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的大气水平在2021年都达到了历史新高，其中，从将近四十年前开始系统监测以来，2021年的甲烷浓度同比增幅最大。甲烷如何影响地球气候决定不同温室气体对气候影响的两个关键特征分别是气体在大气中停留的时间长度和吸收能量的能力。甲烷在大气中的寿命比二氧化碳短得多，停留时间大约是12年，而二氧化碳在大气中的时间长达几个世纪，不过甲烷在大气中吸收的能量却比二氧化碳多得多。因此在大气中，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大人为因素产生的温室气体。甲烷的来源可以大致分为两类:自然来源和人类活动产生的甲烷排放。前者主要来自湿地、森林火灾等。后者包括农业、能源和石化工业的排放，以及人类排泄物的产生和处置等。在过去的200年里，由于人类活动的急剧增加，大气中甲烷的浓度以惊人的速度激增。事实上，现代的甲烷监测方法已经表明，目前环境中的甲烷含量大约是工业革命之前的2.5倍。长久以来，科学界对甲烷排放量的估计具有高度的不确定性。2000年至2007年期间，大气中甲烷的浓度似乎趋于稳定，这就引发了关于大气中甲烷是否为气候变化主要驱动因素的持续争论。但在2007年之后，大气中甲烷浓度开始持续上升。目前的测量结果表明，大气中甲烷浓度还将继续上升。《全球甲烷预算》提供的最新综合评估显示，每年全球甲烷排放量约为580亿吨，这包括来自自然来源的排放(约占排放量的40%)，以及来自人类活动的排放(称为人为排放，占60%)。2022年2月斯坦福大学的科学家在《环境研究快报》（Environmental Research Letters）发表研究结论称，在100年的时间尺度上人类或许大大低估了甲烷这种“短期气候污染物”对气候的影响。去除甲烷的理由甲烷之所以令人担忧，是因为它对气候有着巨大的影响。2021年8月《自然》（Nature）发表的一篇文章中称，大气中二氧化碳含量是甲烷的两百多倍，甲烷虽然在大气中只占很小的一部分，但在释放后的头20年里，甲烷在地球大气中吸收热量的能力是二氧化碳的80倍左右。它的分解速度也比二氧化碳快得多，平均寿命约为10年，而二氧化碳的平均寿命为数百年。自前工业化时代以来，甲烷对全球变暖的贡献高达0.5℃，仅次于二氧化碳。甲烷的化学结构在吸收热量方面非常有效，这意味着在大气中甲烷含量稍微增加一点，就会对地球变暖的程度和速度产生重大影响。这是一个令人生畏的现实，但也提供了巨大的机会。由于甲烷在大气中停留的时间短，所以当排放减少时，它在大气中的浓度下降相对较快，这就能极大地抑制温度上升，因此有专家认为减少甲烷排放或许是改变未来10年全球气温变化路径的最容易的方法。2021年联合国的一份报告认为，减少人为造成的甲烷排放是迅速降低全球变暖速度的最具成本效益的战略之一，并为将气温上升限制在1.5℃的全球努力作出重大贡献。为了减少甲烷排放，科学家们一直在研究两个相关的问题。首先，甲烷的主要来源是什么?其次，最严重的影响在哪里?牲畜是最大的来源，占全球总量的31%。石油和天然气紧随其后，排放26%。其他来源包括垃圾填埋场、煤矿、稻田和水处理厂。在甲烷的自然排放源中，特别值得注意的是，虽然永久冻土系统不是最大的甲烷排放源，但它极易受到气候变化的影响。在一个更温暖的未来，这些系统排放的甲烷比例可能会显著增加，有研究估计，每年从北半球冻原陆地生态系统释放进入大气的甲烷约占全球自然界释放甲烷总量的25%。另一方面，减少牲畜产生的甲烷是一项巨大的挑战。人们可以少吃肉，但说服人们改变饮食习惯往往是困难的。此外，随着收入的增加，低收入和中等收入国家的肉类消费也在增加。从这个角度看，遏制其他行业的排放似乎相对容易一些。考虑到能源和石化工业是甲烷排放的两个主要来源，人类摆脱对化石燃料的依赖或许会成为控制地球大气中甲烷浓度的巨大一步。只要二氧化碳继续被排放到大气中，世界就会继续变暖。但控制甲烷和其他强效温室气体的排放可能会减轻负担。2021年9月27日发表在《皇家学会哲学汇刊A》（Philosophical Transactions A）上的分析显示，如果消除人类3年时间造成的强效温室气体的排放，将使全球表面温度降低约0.21℃，同时可以减少大气臭氧水平，每年可以防止约5万人过早死亡。这一发现打开了与二氧化碳去除直接比较的大门，科学界已经开展相关研究，并可能有助于塑造未来的国家和国际气候政策。南方周末特约撰稿 祝叶华

国科财便字[2011]128号　　各项目承担单位、项目首席科学家：　　根据《国家重点基础研究发展计划专项经费管理办法》(财教[2006]159号)“973计划项目进行中期评估时，科技部会同财政部组织专家或委托中介机构对专项经费的使用和管理进行专项财务检查或评估。专项财务检查或评估的结果，作为调整项目(课题)预算安排的重要依据”的相关规定，为进一步规范和加强973计划项目经费管理，现将973计划2010年度立项项目中期财务检查工作有关事项通知如下：　　一、中期财务检查范围　　2010年度立项的973计划项目。国家重点基础研究发展计划（973计划）中期检查项目清单序号项目（课题）编号项目（课题）名称承担单位项目（课题）负责人X12010CB125900主要农作物核心种质重要农艺性状单元型区段及互作研究中国农业科学院作物科学研究所张学勇X22010CB126000棉花纤维品质功能基因组研究及优质高产新品种的分子改良中国农业科学院棉花研究所喻树迅X32010CB126100分子靶标导向的绿色化学农药创新研究华东理工大学钱旭红X42010CB126200稻飞虱灾变机理及可持续治理的基础研究浙江大学娄永根X52010CB126300重要养殖鱼类功能基因组和分子设计育种的基础研究中国科学院水生生物研究所桂建芳X62010CB126400养殖贝类重要经济性状的分子解析与设计育种基础研究中国科学院海洋研究所张国范X72010CB126500生物固氮作用的分子机理研究北京大学王忆平X82010CB126600重要热带作物木薯品种改良的基础研究中国热带农业科学院热带生物技术研究所彭明X92010CB226700深井复杂地层安全高效钻井基础研究中国石油大学（北京）李根生X102010CB226800煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究中国矿业大学（北京）姜耀东X112010CB226900重油梯级分离与高效转化的基础研究中国石油大学（北京）鲍晓军X122010CB227000煤等含碳固体原料大规模高效清洁气化的基础研究华东理工大学王辅臣X132010CB227100高效规模化太阳能热发电的基础研究中国科学院电工研究所黄湘X142010CB227200大规模高效液流电池储能技术的基础研究中国科学院大连化学物理研究所张华民X152010CB227300多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究中国科学院工程热物理研究所金红光X162010CB327400硅基毫米波亚毫米波集成电路与系统的基础研究东南大学洪伟X172010CB327500超高频、大功率化合物半导体器件与集成技术基础研究中国科学院微电子研究所刘新宇X182010CB327600新型光电子器件中的异质兼容集成与功能微结构体系基础研究北京邮电大学任晓敏X192010CB327700新型微显示和场发射平板显示高品质化及应用的基础研究中山大学许宁生X202010CB327800新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究天津大学刘铁根X212010CB327900数字媒体理解的理论与方法研究北京航空航天大学李波X222010CB328000现代设计大型应用软件的可信性研究清华大学孙家广X232010CB328100信息服务的模型与机理研究同济大学蒋昌俊X242010CB328200Pbit／s级可控管光网络基础研究北京大学陈章渊X252010CB328300超高速超大容量超长距离光传输基础研究武汉邮电科学研究院余少华X262010CB428400气候变化对我国东部季风区陆地水循环与水资源安全的影响及适应对策中国科学院地理科学与资源研究所夏军X272010CB428500我国东部沿海城市带的气候效应及对策研究南京大学杨修群X282010CB428600平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用中国科学院大气物理研究所 中国科学技术大学吕达仁X292010CB428700我国近海藻华灾害演变机制与生态安全中国科学院海洋研究所周名江X302010CB428800华北平原地下水演变机制与调控中国地质科学院水文地质环境地质研究所石建省X312010CB428900我国陆架海生态环境演变过程、机制及未来变化趋势预测中国海洋大学赵美训X322010CB429000重大水利工程影响下长江口环境与生态安全河海大学王超X332010CB529100类风湿关节炎发病的免疫学机制及其干预策略的研究北京大学栗占国X342010CB529200基于系统生物医学基础的白血病临床转化研究上海交通大学医学院附属瑞金医院韩泽广X352010CB529300胃癌新标志物的筛选及其预警和早诊作用的大规模人群研究中国人民解放军第四军医大学樊代明X362010CB529400肿瘤干细胞在恶性肿瘤发生发展中的作用及机理研究中国人民解放军第三军医大学卞修武X372010CB529500先天性心脏病形成、发展和干预的基础研究中国医学科学院 阜外心血管病医院胡盛寿X382010CB529600精神分裂症遗传发育问题的临床基础研究上海交通大学贺林X392010CB529700炎症过程中细胞间相互作用的信号转导机制及其应用研究中国科学院上海生命科学研究院耿建国X402010CB529800我国特有产毒动物多肽毒素的基础与应用基础研究湖南师范大学梁宋平X412010CB529900基因靶向治疗的应用基础研究四川大学魏于全X422010CB530000我国重要食源性寄生虫病的发病机制及防治研究中山大学余新炳X432010CB530100重要病毒的入侵机制研究中国科学院武汉病毒研究所胡勤学X442010CB530200重要人兽共患胞内寄生菌病流行特征及病原致病机制研究石河子大学陈创夫X452010CB530300利用遗传地理时空模型预测H5N1禽流感病毒的传播及控制策略研究清华大学徐冰X462010CB530400基于“肾藏精”的脏象理论基础研究上海中医药大学王拥军X472010CB530500经脉体表特异性联系的生物学机制及针刺手法量效关系的研究广州中医药大学许能贵X482010CB530600以量-效关系为主的经典名方相关基础研究中国中医科学院广安门医院仝小林X492010CB630700光电功能晶体的结构、性能和制备过程研究南京大学王牧X502010CB630800高性能钢的组织调控理论与技术基础研究钢铁研究总院董瀚X512010CB630900微生物冶金过程强化的基础研究中南大学邱冠周X522010CB631000介观尺度材料特性与服役行为表征的基础研究西安交通大学孙军X532010CB631100先进复合材料空天应用技术基础科学问题研究中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院益小苏X542010CB631200高温合金材料设计与制备的基础研究中国科学院金属研究所孙晓峰X552010CB631300新型高容量储氢材料的关键基础科学问题研究华南理工大学朱敏X562010CB731400混合网络下社会集群行为感知与规律研究上海交通大学张文军X572010CB731500重大工程地质灾害的预测理论及数值分析方法研究中国科学院力学研究所李世海X582010CB731600空间飞行器长寿命关键构件制备与服役中的基础问题燕山大学刘日平X592010CB731700航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究中南大学李晓谦X602010CB731800复杂条件下飞行器进近可视导航的基础理论研究清华大学戴琼海X612010CB731900稀疏微波成像的理论、体制和方法研究中国科学院电子学研究所吴一戎X622010CB732000深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论中国科学院武汉岩土力学研究所冯夏庭X632010CB732100城市地下工程安全性的基础理论研究北京交通大学张顶立X642010CB732200生物质转化为高值化材料的基础科学问题北京林业大学孙润仓X652010CB732300清洁能源生产和环境治理中稀土催化材料应用的基础研究华东理工大学卢冠忠X662010CB732400仿生分子识别技术在生物医学应用的基础研究南京大学鞠熀先X672010CB732500现代医学成像与高维图像分析关键科学问题研究南方医科大学陈武凡X682010CB732600心脑血管易损斑块的高分辨成像识别与风险评估预警体系重大问题的基础研究深圳先进技术研究院张元亭X692010CB734100民机驾驶舱人机工效综合仿真理论与方法研究中国商用飞机有限责任公司陈迎春X702010CB832700复杂装备研发数字化工具中的计算力学和多场耦合若干前沿问题大连理工大学张洪武X712010CB832800基于精密测量物理的引力及相关物理规律研究华中科技大学罗俊X722010CB832900高能离子束与物质相互作用的微观机理研究中国科学院近代物理研究所肖国青X732010CB833000暗物质暗能量的理论研究和实验预研中国科学院理论物理研究所吴岳良X742010CB833100中国先进研究堆中子束应用关键技术及若干科学问题中国原子能科学研究院陈东风X752010CB833200具有重要生物活性的天然产物的化学合成中国科学院上海有机化学研究所马大为X762010CB833300手性催化的重要科学基础中国科学院上海有机化学研究所丁奎岭X772010CB833400晚新生代以来我国季风-干旱环境耦合系统演变的动力学研究中国科学院地球环境研究所安芷生X782010CB833500中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互关系及其环境影响机制中国科学院地理科学与资源研究所于贵瑞X792010CB833600抗体-抗原分子识别的结构基础和功能研究中国人民解放军第二军医大学郭亚军X802010CB833700生物膜动态变化的分子机理与功能研究清华大学陈晔光X812010CB833800海洋微生物次生代谢的生理生态效应及其生物合成机制中国科学院南海海洋研究所张偲X822010CB833900攻击与亲和行为的机理和异常-多学科多层次交叉研究北京大学饶毅X832010CB834200重离子治癌关键科学技术问题研究中国科学院近代物理研究所张红X842010CB834300基于上海光源针对重大疾病医学影像的若干关键问题研究上海交通大学徐学敏X852010CB911800细胞抗病毒先天免疫相关蛋白的生物学研究武汉大学郭德银X862010CB911900免疫相关重要蛋白质的生物学研究中国人民解放军军事医学科学院张学敏X872010CB912000神经元信息感受重要蛋白质膜转运的结构基础、调控及功能研究浙江大学罗建红X882010CB912100细胞生长调控的重要蛋白质群的功能与作用机制中国科学院上海生命科学研究院李林X892010CB912200基因组稳定性和细胞周期调控相关蛋白质群的功能及作用机制研究北京大学尹玉新X902010CB912300基于基因密码子扩展的蛋白质标记新方法北京大学周德敏X912010CB912400基于冷冻电子显微镜学的生物大分子的高时空分辨率的结构和功能研究清华大学高海啸X922010CB912500细胞膜重要脂质代谢产物对重大疾病病理生理过程的调控北京大学朱毅X932010CB912600内源性代谢产物硫化氢与介导心脏生理与病理机制的蛋白质靶分子的相互作用及其机制复旦大学朱依谆X942010CB912700蛋白质组海量质谱数据的解析及其在人类基因组注释中的应用中国科学院北京基因组研究所刘斯奇X952010CB912800恶性肿瘤非编码RNA相关蛋白的功能网络与调控机制的研究中山大学宋尔卫X962010CB922900囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用清华大学王力军X972010CB923000新型量子功能体系的物性表征及其材料探索中国科学院物理研究所丁洪X982010CB923100基于光场量子态的量子信息研究山西大学王海X992010CB923200固体系统中光与物质强耦合作用的量子调控研究中山大学王雪华X1002010CB923300基于分子和分子体系的量子调控中国科学技术大学罗毅X1012010CB923400低维自旋体系的量子效应及其调控南京大学丁海峰X1022010CB933500纳米材料与技术在水中污染物选择性消除中的应用基础研究中国科学院化学研究所赵进才X1032010CB933600纳米材料与纳米技术在水污染物检测与治理中的应用基础研究中国科学院长春应用化学研究所逯乐慧X1042010CB933700基于纳米材料的太阳能光伏转换应用基础研究中国科学院上海技术物理研究所戴宁X1052010CB933800新型微纳结构硅材料及其广谱高效太阳能电池研究中国科学院半导体研究所李晋闽X1062010CB933900应用纳米技术解决胃癌预警与早期诊断中的关键科学问题上海交通大学崔大祥X1072010CB934000基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的应用基础研究中国科学院上海药物研究所李亚平X1082010CB934100光子束超衍射纳米加工技术与应用基础研究中国科学院理化技术研究所段宣明X1092010CB934200纳米结构电荷俘获材料及高密度多值存储基础研究中国科学院微电子研究所张满红X1102010CB934300相变存储器规模制造技术关键基础问题研究中国科学院上海微系统与信息技术研究所 中芯国际集成电路制造（上海）有限公司刘波X1112010CB934400纳米磁性自旋存储器和半导体硅量子点存储器的研制及其器件物理研究中芯国际集成电路制造（上海）有限公司季明华X1122010CB934500纳米结构的新型同步辐射表征技术及若干关键科学问题的研究中国科学院上海应用物理研究所徐洪杰X1132010CB934600新型纳米复合磁性材料及其应用的关键基础研究中国科学院金属研究所张志东X1142010CB934700仿生轻质高强纳米复合结构材料的可控制备与性能研究中国科学技术大学俞书宏X1152010CB944800牙发生发育分子机理及牙齿再生研究四川大学田卫东X1162010CB944900胚胎发育的核小体重排和染色质重塑同济大学江赐忠X1172010CB945000卵巢衰老及相关重大疾病的发生机理南开大学韩际宏X1182010CB945100卵巢早衰的分子机制及其生物标记的研究南京大学徐璎X1192010CB945200基于诱导多能干细胞技术的若干重大疾病模型与机理研究上海交通大学金颖X1202010CB945300胸腺与免疫细胞发育的分子调控中国科学院动物研究所赵勇X1212010CB945400干细胞向生殖细胞诱导分化的调控机理及应用性研究中山大学松阳洲X1222010CB945500组织干细胞识别、谱系重编程和示踪研究复旦大学朱剑虹X1232010CB945600组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究中国科学院上海生命科学研究院时玉舫X1242010CB950100过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响研究中国科学院地理科学与资源研究所葛全胜X1252010CB950200末次盛冰期以来我国气候环境变化及干旱-半干旱区人类的影响与适应中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂X1262010CB950300南大洋-印度洋海气过程对东亚及全球气候变化的影响国家海洋局第一海洋研究所乔方利X1272010CB950400亚洲区域海陆气相互作用机理及其在全球变化中的作用中国科学院大气物理研究所李建平X1282010CB950500基于CMIP5多模式模拟试验的气候变化集合预估和归因分析研究北京师范大学董文杰X1292010CB950600中国陆地生态系统碳源汇特征及其全球意义北京大学方精云X1302010CB950700全球不同区域陆地生态系统碳源汇演变驱动机制与优化计算研究南京大学陈镜明X1312010CB950800多尺度气溶胶综合观测和时空分布规律研究中国科学院遥感应用研究所顾行发X1322010CB950900大尺度土地利用变化对全球气候的影响中国科学院地理科学与资源研究所刘纪远X1332010CB951000气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁X1342010CB951100气候变化对黄淮海地区水循环的影响机理和水资源安全评估水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院张建云X1352010CB951200我国典型海岸带系统对气候变化的响应机制及脆弱性评估研究华东师范大学丁平兴X1362010CB951300全球变化影响下我国主要陆地生态系统的脆弱性与适应性研究中国科学院植物研究所周广胜X1372010CB951400北半球冰冻圈变化及其对气候环境的影响与适应对策中国科学院寒区旱区环境与工程研究所王宁练X1382010CB951500气候变化对我国粮食生产系统的影响机理及适应机制研究中国农业科学院农业资源与农业区划研究所唐华俊X1392010CB951600全球气候变化数据的评估、同化、融合与应用南京信息工程大学邹晓蕾X1402010CB951700青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究中国科学院青藏高原研究所马耀明X1412010CB951800生态和环境过程模式的研制与改进中国科学院大气物理研究所张明华X1422010CB951900高分辨率气候系统模式的研制与评估国家气候中心宇如聪　　二、中期财务检查组织方式　　1.中期财务检查工作与项目中期评估工作结合进行。　　2.中期财务检查工作由科学技术部科研条件与财务司组织，具体工作委托科学技术部科技评估中心负责实施。　　3.中期财务检查工作包括项目组织自查、自查结果报告、会议答辩或现场检查等内容。　　三、中期财务检查实施程序　　1.接到中期检查通知后，首席科学家应尽快会同项目承担单位开展项目财务自查，督促课题负责人会同课题承担单位财务部门抓紧清理账目，核实实际到款数与实际支出数，正确计算课题实际成本，完成课题中期财务自查报告并报送项目承担单位汇总。　　2.项目承担单位汇总完成项目中期财务自查报告，并按要求报送科学技术部科技评估中心。　　3.根据项目中期财务自查情况，以及当年973计划经费管理工作安排，科技部组成中期财务检查专家组对部分项目进行会议答辩或现场检查。专家组在审阅项目中期财务自查报告、听取项目首席科学家汇报(或现场资料查证)的基础上，对项目经费使用和管理情况进行评议，并形成专家组意见，报科技部科技评估中心。　　4.科技部科技评估中心根据项目中期财务检查结果提出审核意见，报科技部科研条件与财务司审定后，反馈项目依托单位和首席科学家。　　四、中期财务检查材料填报要求　　1.课题承担单位应认真填报课题中期财务自查报告，并及时报送项目承担单位。　　2.项目承担单位在汇总各课题中期财务自查报告的基础上，完成项目中期财务自查报告，按要求报送科学技术部。　　3.项目承担单位报送的书面材料统一使用A4纸打印，按项目中期财务自查报告、课题中期财务自查报告的顺序装订一式五份(原件一份，其他可以是复印件) 其他相关材料复印件加盖单位财务专用章，单独装订一份，包括：课题总账情况表、课题外拨经费银行汇款单、课题自筹经费银行进账单复印件、课题设备明细账(单价5万元以上)、单位内部经费管理规章制度等。　　五、其他事项　　1.中期财务自查报告表样及相关说明见附件。　　2.项目中期财务检查时间节点安排：　　2011年8月20日前，项目承担单位组织开展中期财务自查报告的填报、打印装订及签字盖章工作。　　2011年8月22日前，项目承担单位完成中期财务检查书面材料的寄送工作。　　3.中期检查结果是确定项目后三年预算的重要依据，本批项目后三年预算申报工作将在中期检查结束后进行，届时，请各单位留意网站的预算编报通知及预算申报系统开通时间。　　材料寄送地址：北京市海淀区皂君庙乙7号　　咨询电话：010-88231317或010-62169390　　附件：　　1、中期财务检查项目清单　　2、中期财务检查相关表及说明（样表）　　科技部科研条件与财务司　　二○一一年七月十四日

大家好，本周为大家分享一篇发表在Nat. Struct.上的文章，Towards a structurally resolved human protein interaction network，该文章的通讯作者是瑞典斯德哥尔摩大学的Petras Kundrotas、Arne Elofsson和欧洲分子生物学实验室的Pedro Beltrao。蛋白质-蛋白质相互作用（PPIs）的表征对于理解形成功能单位的蛋白质组和细胞生物学研究的基础是至关重要的。同时，蛋白质复合物的结构表征是理解蛋白质的功能机制、研究突变的影响和研究细胞调控过程的关键步骤。最近，基于神经网络的方法已经被证明了准确预测单个蛋白质和蛋白质复合物的结构的能力；然而，其在大规模预测人类复杂结构中的应用尚未得到有效测试。在此，本文测试了应用AlphaFold2在预测人类蛋白质相互作用结构上的潜力和局限性，并通过实验提示了界面残基中潜在的调节机制。除此之外，本文还提供了使用预测的二元复合物来构建高阶组装的案例，以此拓展了对于人类细胞生物学的理解。人类蛋白质相互作用的结构预测本文基于AlphaFold2的FoldDock管道对65484对来源于HuRI与hu.MAP V.2.0数据库中实验测定的PPIs的结构进行预测。文章合并了一个pDockQ分数，该分数可以根据置信度对模型进行排序。结果显示，已知相互作用蛋白的pDockQ往往高于随机集；对于hu.MAP数据集显示出平均比HuRI数据集更高的可信度，这表明，高可信度模型集中在具有高亲和力和直接相互作用的蛋白质相互作用区域。实验表明，AlphaFold2可以预测大型复合物中直接相互作用的蛋白对的结构（图1）。图1 | AlphaFold2复合物预测在大规模人类PPIs数据集上的应用影响预测置信度的特征如图1a所示，相较于HuRI和hu. MAP数据库中的蛋白质对，出现在蛋白质数据库（PDB）中的蛋白质对更加富集于高分模型部分。为了更好地理解这种差异，本文首先研究了一个由大型（10链）异质蛋白复合物构建的额外数据集。通过实验，结果显示直接相互作用对与间接相互作用对之间pDockQ分数的差异是显著的，这表明与间接相互作用对相比，即使直接相互作用对是大型复合体的一部分，也往往能够被预测。除此之外，由于HuRI数据库中的许多蛋白质间相互作用很可能是短暂的，而AlphaFold2无法可靠地预测这种相互作用（图2）。图2 | 影响预测置信度的蛋白质和相互作用特征：不同数据集的分析预测的复合物结构在化学交联上的验证化学交联结合质谱分析是一种识别蛋白质对中邻近的活性残基的方法，可以用来帮助确定可能的蛋白质界面。为了确定预测的复合物结构是否满足这种正交空间约束，本文获取了528对具有预测模型的蛋白质对的残基对的交联集合。在此章节中，文章提供了多个案例证明了化学交联验证的有效性（图3）。图3 | 对于预测复合物模型的化学交联支持复合物界面上与疾病相关的错义突变与人类疾病相关的错义突变可以通过多种机制改变蛋白质的功能，包括破坏蛋白质的稳定性、变构调节酶活性和改变PPIs。为了确定预测结构的有效性，本文汇编了一组位于界面残基上的突变，这些突变之前曾被实验测试过对于相应相互作用的影响。文章使用FoldX预测突变时结合亲和力的变化，并观察到破坏相互作用的突变强烈影响了结合的稳定性；另外，本文就在一系列生物学功能中具有界面疾病突变的蛋白质网络簇进行了举例说明（图4）。图4 | 蛋白质复合物界面残基的疾病突变蛋白质复合物界面的磷酸化调节蛋白质磷酸化可以通过改变修饰残基的大小和电荷来调节结合亲和力来调节蛋白质的相互作用，将磷酸化位点定位到蛋白质界面可以为它们在控制蛋白质相互作用中的功能作用产生机制假说。本文使用了最近对人类磷酸化蛋白质组26的鉴定，在高置信度模型中鉴定出了界面残基上的4,145个独特的磷酸化位点。实验表明，某些界面可能受到特定激酶和条件的协调调控。虽然不是所有界面上的磷酸位点都可能调节结合亲和力，但这一分析为特定扰动后的相互作用的潜在协调调控提供了假设（图5）。图5 | 界面残基上磷酸化位点的协同调控来自二元蛋白质相互作用的高阶组装蛋白质既能够同时与多个伙伴相互作用组成更大的蛋白复合物，又能够在时间和空间上分离。这也反映在文章的结构特征网络中，即蛋白质可以在群体中被发现，如蛋白质相互作用全局网络视图所示（图6）。由于使用AlphaFold2预测更大的复合物组装可能受到计算需求的限制，文章测试了蛋白质对的结构是否可以迭代结构上对齐。文章在上述网络中覆盖的一组小的复合物上测试了这一过程，并将一个实验确定的结构与预测的模型进行对齐，展示了该过程的潜力和局限性。受测试例子的鼓励，本文定义了一个自动化过程，通过迭代对齐生成更大的模型。总之，文章发现可以迭代地对齐相互作用的蛋白质对的结构来构建更大的组装，但同时也发现了目前限制这一过程的问题。图6 | 对高阶组装的蛋白质复合物的预测结论本文通过一系列的实验评估了应用AlphaFold2预测已知人类PPIs的复杂结构的潜力与局限性。分析结果表明，由亲和纯化、共分馏和互补的方法组合支撑的蛋白质相互作用能够产生更高置信度的模型。文章证明，可以使用模型指标（如pDockQ评分）对高置信度模型进行排序，为大规模PPIs和稳定复合物的详细研究提供支持；而来自交联质谱实验的数据为进一步验证这些预测提供了理想的资源。除此之外，本文用疾病突变和磷酸化数据证明了蛋白质界面的结构模型对于理解分子机制以及突变和翻译后修饰的影响至关重要；最后，文章提出了从预测的二元配合物出发构建更大的组件结构模型的想法。后续仍需要更多的工作来确定确切的化学计量学，设计方法和评分系统来构建如此更大的复杂组件，以及预测具有弱和瞬态相互作用的蛋白质之间的相互作用。参考文献(1) Burke DF, Bryant P, Barrio-Hernandez I, et al. Towards a structurally resolved human protein interaction network [published online ahead of print, 2023 Jan 23]. Nat Struct Mol Biol. 2023 10.1038/s41594-022-00910-8. doi:10.1038/s41594-022-00910-8

“耐得住寂寞，方能守得住繁华”这句在科研路上无数次被导师叮咛的话语是否勾起了你无限的回忆？科研路上总是不可避免的被寂寞包围，请记住：还有飞纳电镜在这里陪你！飞纳台式扫描电镜Phenom Pro2017年3月15日，飞纳Pro + SE 台式扫描电镜中标复旦大学化学学院，此次化学学院购买飞纳台式扫描电镜 Pro + SE是用于快速准确地检测催化剂以及分子筛的尺寸、结构是否符合设计要求及使用要求，从而为评判产品的使用效果以及产品改进方案提供论据。飞纳台式扫描电镜下的分子筛结果图经过调研发现，复旦大学选择购买飞纳台式扫描电镜的原因是这样的：1． 飞纳台式扫描电镜对实验室安装环境要求低，在普通实验室环境下有稳定的工作性能。同时，紧凑的设计，占地空间也非常小，适合在课题组放置；2． 飞纳台式扫描电镜采用的六硼化铈晶体灯丝稳定性好，寿命长，对于使用维护来说非常简单省心；3． 飞纳台式扫描电镜从硬件的全自动马达台、嵌入式的光学导航等设计，到人性化的软件操作界面、使用便捷性，都大大降低了电镜的使用难度，学生也能快速上手使用；4． 台式扫描电镜中，飞纳电镜在高校研究所，国内市场具有非常好的口碑，包括设备的性能、稳定性以及售后服务等；5. 飞纳电镜的产品效果好，性能稳定，操作简单。飞纳台式扫描电镜下的分子筛结果图

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，PACTS-Assisted Thermal Proteome Profiling for Use in Identifying Peptide-Interacting Proteins。该文章的通讯作者是来自北京蛋白质组学研究中心的贾辰熙和Chen Yali研究员。生物活性肽是一类重要的生物分子，通过与蛋白受体相互作用，参与调控多种生物学进程。研究肽-蛋白相互作用对于理解这些功能分子的调节机制至关重要。目前已开发多种方法用于表征肽-蛋白的相互作用，例如通过引入荧光探针在多肽上来监测蛋白-多肽的相互作用，或者将多肽固定在磁珠或其他载体材料上进行进一步的亲和沉淀。然而以上方法都需要对多肽进行修饰，导致多肽的结构发生改变，进一步影响多肽-蛋白相互作用，产生假阳性结果。细胞热转移变分析（CETSA）和热蛋白质组分析（TPP）作为一种无修饰/无标签技术已被广泛用蛋白-配体相互作用研究。当配体与蛋白结合后，蛋白的热稳定性发生了改变，导致熔解曲线(Melting cure)发生位移。通过监测熔解温度的变化(∆Tm)，实现对蛋白-配体相互作用的检测。CETSA以及TPP允许在天然环境下研究分子互作，从而保留了内源性蛋白表达水平、翻译后修饰、局部微环境等生物物理特性。除了改变蛋白质的热稳定性，肽配体与蛋白质受体相互作用还会导致蛋白构象、疏水性和溶剂可及性的改变，一些配体甚至起到生物助溶的作用。所有这些特性的改变会导致研究体系中靶蛋白丰度的变化。这种由肽段配体结合诱导蛋白的丰度改变现象称之为PACTS。而PACTS也可以被合理的利用用于识别与肽段配体结合的靶蛋白。基于此，本文将PACTS与TPP技术相结合用于肽-蛋白质相互作用研究，PACTS可以辅助TPP分析，特别是在TPP分析过程中，由于配体-靶蛋白结合导致靶蛋白丰度降低至质谱检测限以下，无法绘制熔解曲线的情况下，PACTS可以作为另一个重要的监测手段。如图1所示，PACTS辅助TPP分析的实验流程大致如下：将蛋白提取液分成2份，分别与缓冲液（对照组）、肽配体（实验组）孵育，再将孵育后的每组样本等分成10份，在10个不同的温度下加热3 min。加热完成后，离心，收集上清液。利用SDS-PAGE将肽段与蛋白分离并进行胶内酶切。酶切后的肽段随即用TMT 10-plex标记，最后通过LC-MS/LS进行定量分析。将37 °C下对照组、实验组中同一蛋白的丰度变化作为PACTS的衡量指标（蓝框）。将在不同温度下蛋白的相对丰度变化转化为熔解曲线（黑框），实验组相较于对照组，同一蛋白熔解曲线的位移（∆Tm）作为TPP的衡量指标。综合两种方法识别出的靶标蛋白，作为最终的筛选结果。图1. PACTS辅助TPP分析的实验流程图作者首先用标准肽段-蛋白互作对验证了PACTS辅助TPP分析的可行性。如图2所示，右侧为对照组/实验组中靶蛋白在不同温度下丰度变化（Western blot），中间及左侧则是基于Western blot数据生成PACTs以及熔解曲线。对于JIP1-JNK1互作对，PACTS显示没有明显的丰度变化，而熔解曲线则显示发生了位移（图2A）。与之相反的，对于HOXB-AS3-hnRNP A1互作对，PACTS显示出明显的丰度变化，而熔解曲线则由于靶蛋白丰度降至检测限以下而无法绘制（图2B）。以上两个例子都说很好地说明，PACTS和TPP是两种互补的检测手段，使用两种方法同时检测有利用提高结果的准确性。作者还考察了不同细胞环境对蛋白-配体互作的影响（图CD及图EF）。来源于293T细胞的OPRN1与Enkephalin配体互作产生的熔解温度变化为∆Tm= 0.5 °C（图E），而来源于Hippocampus的OPRN1与Enkephalin配体互作产生的熔解温度变化为∆Tm= -14.4 °C（图F）。这个差异可能是由于孵育时不同的微环境造成的。图2. PACTS辅助TPP分析标准肽段-蛋白互作对。随后，作者将PACTS辅助TPP分析应用到组学层面。Aβ肽是淀粉样斑的主要成分，而淀粉样斑块主要存在于阿尔茨海默症（AD）患者的大脑中。在Aβ肽中，Aβ1-42在介导神经毒性和氧化应激中起关键作用。THP-1细胞类似于小胶质细胞，小胶质细胞功能障碍加速了与年龄相关的神经退行性疾病的进展，如AD。作者利用了PACTS辅助TPP分析研究了THP-1细胞中与Aβ1-42肽段相互作用的蛋白。如图3所示，图3A为PACTS结果，共发现37个蛋白在37 °C下有丰度变化。而TPP结果（图3B）则显示66个蛋白熔解曲线发生了位移。PACTS与TPP的结果具有较小的重合，说明两种方法具有互补性。GO分析表明（图3C），大多数与Aβ1-42相互作用的蛋白存在于细胞外泌体、胞质溶胶和细胞膜中。外泌体在AD中充当双刃剑，一方面，外泌体传播有毒的Aβ肽和过度磷酸化的tau遍及整个大脑，并诱导神经元凋亡。另一方面，它们消除大脑中的Aβ肽并促进其降解。了解Aβ肽与外泌体蛋白之间的相互作用有利于更好的开发AD治疗治疗药物。此外，作者用Western blot的方法进一步确认识别出的靶标蛋白（图D-E）。最后，作者用免疫共沉淀的方法进一步证明靶蛋白与Aβ1-42存在相互作用。图3. PACTS辅助TPP分析与Aβ1-42相互作用的蛋白总之，本文开发一种PACTS辅助TPP的分析方法，可用于大规模组学层面肽段-蛋白质相互作用研究。该方法具有无标记、无修饰的优势，无需额外实验，即可在TPP分析的同时获得PACTS信息。该方法也有助于理解多肽-蛋白质复合物相关的分子调控机制，进一步开发新型治疗药物。撰稿：刘蕊洁编辑：李惠琳原文：PACTS-Assisted Thermal Proteome Profiling for Use in Identifying Peptide-Interacting Proteins 参考文献1.Zhao T, Tian J, Wang X, et al. PACTS-Assisted Thermal Proteome Profiling for Use in Identifying Peptide-Interacting Proteins. Anal Chem. 2022 94(18): 6809-6818. doi:10.1021/acs.analchem.2c00581

近日，由教育部科技委组织评选的2021年度“中国高等学校十大科技进展”结果揭晓。据不完全统计，截至目前，至少有7所高校官宣入选消息。1、哈尔滨工业大学：天问一号火星探测器形状记忆智能展开结构技术冷劲松院士团队自主设计并研制的中国国旗锁紧展开结构，历经202天地火转移轨道飞行和93天环绕探测，飞行4.75亿公里后，于2021年5月15日在天问一号着陆器上成功完成了中国国旗可控动态展开，为中国探测器在火星上打上“中国标识”，使我国成为世界上首个将形状记忆聚合物复合材料智能结构应用于深空探测工程中的国家。“着巡合影”图，红框处为形状记忆锁紧展开结构可控展开的国旗中国国旗锁紧展开结构释放国旗展开，左图为锁紧状态，右图为展开状态　　未来，形状记忆智能结构技术有望应用于空间站、探月工程、载人登月、深空探测等航天领域，在航空、机器人、智能制造、生物医疗及汽车等领域也具有广泛的应用前景。2、中国地质大学（北京）：白垩纪松辽盆地国际大陆科学钻探白垩纪（距今约1亿4500万年前至6600万年前）是地质历史中典型温室气候时期，研究白垩纪气候—环境变化的规律、机制及其对生物圈的影响，可为科学预测未来全球变化提供参照。在科技部、国际大陆科学钻探计划和中国地质调查局等部门的资助下，王成善院士领导的科研团队经过十余年的科学研究与技术攻关，成功完成“白垩纪松辽盆地国际大陆科学钻探”项目，在白垩纪陆地温室气候、环境演变等研究领域达到国际先进水平。白垩纪松辽盆地国际大陆科学钻探获取了国际上最连续、最完整，总长度达8187米的白垩纪陆相地质记录，打破了国际大陆科学钻探四项工程纪录；建立了陆相白垩系高分辨率年代地层框架并成为陆相白垩系年代格架对比标准；揭示了白垩纪恐龙时代陆地气候演变规律，对认识地球温室气候历史和当前全球气候变化具有重要的科学价值。从2006年至2021年，项目实现了“三井四孔、八千米取心、钻穿松辽盆地、获取连续陆相白垩系”的目标。成果在国内外产生重大影响，入选中国共产党历史展览馆、国家博物馆、伟大的变革—庆祝改革开放40周年大型展览；被国际大陆科学钻探计划誉为“灯塔”工程，并被Nature和Science杂志长篇幅报道。王成善院士（中）在松科二井现场3、福州大学：柔性高分辨X射线成像技术研究医学影像设备元器件与光刻机、芯片等被列为“卡住中国脖子的35项技术”之一。其中，X射线成像设备在医学、安检、国防等领域均有广泛且重要的应用。柔性X射线成像设备具有质薄、柔软、可弯曲和易携带等优势，具有更多的应用场景和灵活性。然而，制造大面积、柔性的薄膜晶体管阵列、非晶硅光电转换层以及闪烁体层仍存在巨大的技术挑战，柔性X射线成像设备的开发还未取得突破。针对柔性X射线成像技术存在的关键科学技术难题，该研究开发了长寿命X射线发光的新型稀土纳米晶闪烁体，实现了超过30天的X射线光子记忆。该研究还发现了高能量X射线光子与氟原子晶格的光电效应现象，提出了Frenkel缺陷态发光的X射线能量转换机制，发明了X射线发光扩展成像（Xr-LEI）的新原理，成功地开发了柔性高分辨X射线成像新技术和新仪器。该研究是继福州大学杨黄浩团队在低剂量、高分辨X射线平板成像技术（Nature 2018, 561, 88）之后取得的又一项标志性成果（Nature 2021, 590, 410），成功地突破了传统X射线成像技术的固有限制，在国际上率先研发出柔性高分辨X射线成像技术，抢占柔性X射线成像产业的制高点，将有力地推进高端X射线影像装备的国产化。我国高端X射线影像设备及关键零部件依赖进口的局面有望改观。柔性高分辨X射线成像技术课题组4、河南大学：光诱导的信号调控大豆共生结瘤机制共生固氮是自然界生物可用氮的最大天然来源，影响着农业和自然生态系统中的初级生产和碳汇，在绿色农业发展中占有重要地位。豆科植物进化出根瘤来容纳根瘤菌在其中进行共生固氮，这是一个高耗能的过程，光被认为是驱动自然生态系统中共生固氮的主要因素。但光合产物和光信号如何调控豆科植物根瘤固氮的机制，一直是豆科植物共生固氮领域的未解之谜。王学路教授研究团队发现光合产物和光信号在调控共生结瘤过程中的不同作用，揭示了CCaMK-STF-FT模块整合地上光信号和地下共生固氮信号，调控根瘤形成的机制。研究结果2021年10月1日以Article形式在《Science》正式发表,提出了植物地上-地下协同发育的新机制，为设计在弱光条件下也可以共生固氮的新型植物提供了关键技术手段，为优化农业中碳-氮平衡提供了新思路。王学路教授团队长期从事植物遗传学、植物激素信号转导及其与逆境互作，调控植物生长发育的机制研究。在我校省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室组建了“生物固氮和豆科生物学”团队，以豆科作物为主要研究对象，研究菌植互作的遗传、发育、分子和进化机制，并开展豆科作物品种分子设计改良。近期，该团队在大豆共生固氮领域取得了一系列研究成果。2020年12月21日，在Molecular Plant上发表研究论文，揭示大豆GSK3蛋白激酶磷酸化共生关键转录因子NSP1，介导盐胁迫抑制豆科植物-根瘤菌共生的分子机制。该研究加深了我们对盐胁迫调控结瘤固氮的分子机制的了解，为改善大豆和其他豆类在环境胁迫条件下的共生固氮能力提供了可供改造和利用的目标基因。2021年1月15日，在Nature Plants上发表研究论文，揭示大豆与根瘤菌共进化过程中，根瘤菌由裂隙侵染向根毛侵染方式转化的遗传、分子和进化机制，这种侵染方式的转变对于增强大豆共生固氮能力和提高大豆产量起到了重要作用。该研究不仅揭示了在大豆与根瘤菌互作过程中宿主与寄主匹配性的遗传和分子机制，而且阐释了根瘤菌与大豆共进化过程中，根瘤菌由裂缝侵染演化成高效的根毛侵染过程的重大分子事件，也为大豆高效固氮的分子设计育种提供了重要理论依据和目标基因。2022年2月17日，在New Phytologist发表研究成果，揭示了根瘤菌侵染触发大豆共生根瘤细胞核内复制的机制。该研究不仅为深入研究根瘤菌和共生固氮领域的诸多问题提供了重要的启示，而且也为研究核内复制在植物发育过程中的作用提供了一个范式。5、南京工业大学：高效稳定钙钛矿光伏器件研究基于全球能源结构的转变，日益突出的气候变化问题加速了世界经济向低碳化方向发展。以“光伏”为代表的可再生资源能源发展逐渐开始成为“双碳”战略的主力军。钙钛矿光伏具有性能优异、成本低廉等突出特点。与传统的硅基和无机薄膜光伏相比，最大的优势在于溶液可加工性和巨大的商业价值。是光伏领域发展的重要方向之一。受到学术界和工业界的高度关注。提出了作为一种用质子通过离子进行液体溶剂可以替代中国传统不同极性非质子溶剂制备钙钛矿薄膜的新方法，实现了在空气中制备提供高质量钙钛矿薄膜；探索研究离子液体前驱体溶液以及化学结构调控新策略，稳定一个二维层状钙钛矿骨架，制备相纯二维层状钙钛矿薄膜，实现对于二维层状钙钛矿稳定性的突破；开发了学生一种利用离子液体体系构建“离子主要通道”反应的新方法，降低了企业反应势垒消除，在室温和高湿度下形成了社会稳定的甲脒基钙钛矿薄膜，从而产生了更加高效发展稳定的钙钛矿光伏电池。这一系列突破性成果将有助于推动钙钛矿光伏电池产业化进程，在清洁能源自主可控、高效利用和可持续发展方面具有重要意义。6、中国科学技术大学：稀土离子实现多模式量子中继及1小时光存储量子不可克隆定律基于物理学原理赋予量子通信安全性。这一规律也决定了传统放大器无法克服光子传输损耗，使得长距离量子通信成为当今量子信息科学的核心问题之一。在量子中继方面，现有的国际实验进行研究方法主要通过集中在发射存储器的架构上，不能同时可以满足确定性发光和多模复用这两个关键信息技术企业要求。中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研讨团队研发出基于稀土离子掺杂晶体的高性能固态量子存储器，并在上述两条技术路线上取得重要进展，实现了 基于多设备吸收的存储器。模式量子中继，并成功将光存储时间提高到1小时。7、广州医科大学：新型冠状病毒感染的防控、临床诊治及机制研究2020年1月20日，钟南山院士与央视连线表示新冠病毒存在“人传人”。面对突发的新冠疫情，钟南山院士作为我国呼吸疾病领域领军人物，组建多学科协作攻关团队，在新冠肺炎机制研究、防控策略与临床诊治等多方面取得重大创新性突破，为疫情阻击战及常态化防控提供了关键性理论依据及技术支持。经过广医一院医护团队的精心救治，全球使用体外膜肺氧合（ECMO）时间最长的新冠肺炎患者康复出院。图为钟南山院士等专家在ICU探望该患者。团队专家除了支撑本地病人的救治，还为国内外提供支援，在ICU承担危重症、重症病人的救治任务。图为支援武汉协和西院ICU医疗队与钟南山院士等专家远程视频会诊。团队系统阐明新冠病毒的传播特点及进化变异规律；率先揭示Delta变异株在国内的传播特征和动力学特点，创新提出大规模核酸检测及重点人群追踪的关键策略。构建了全球首个非转基因COVID-19小鼠模型，系统阐释免疫机制在COVID-19的作用。在临床防治上，创新研发新冠病毒快速采样和检测技术，建立大规模战时检测平台；提出系列创新性治疗方法。率先构建基于大数据和人工智能、多学科交叉的预测预警平台，有效提高防控精准性。团队牵头参与制定我国新冠肺炎诊疗方案及系列行业相关诊疗指引，为疫情防控和临床救治提供指导；钟南山院士担任世界卫生组织“大流行防范和应对独立小组”成员，参与制定评估全球应对新冠疫情的工作报告。团队对新冠病毒开展科研攻关

生物结构和功能之间的联系是生命科学研究的关键，然而对这个领域的认识目前仍有很多空白。LUMICKS 是总部位于荷兰的生命科学仪器供应商，研发和生产动态单分子和细胞亲合力分析仪器，让研发人员能够在分子和细胞水平上建立结构和功能之间前所未有的桥梁。 LUMICKS 的产品在生物相互作用过程中施加和测量作用力，实现对分子和细胞的研究，从而能够对潜在的生物机制进行详细的实时分析。LUMICKS主要有两款产品，分别是C-Trap 动态单分子显微镜和z-Movi 细胞复合亲合力分析仪，目前众多世界顶尖大学研究所均为 LUMICKS的技术产品的用户，如哈佛大学，牛津大学，清华大学等。2020 年， LUMICKS 在北京设立了亚太区办公室 （卢米科思贸易（北京）有限公司）以服务于亚洲的客户。单分子&动态 观察生物分子机制的全幅图景现代的生物研究通常涉及多种实验技术与方法手段，想了解一个生物分子机制的全幅图景，我们既需要能够分析单个分子，也需要了解分子的动态过程。为什么单分子如此重要？首先单分子观察是对一个分子最直观的分析，眼见为实，这也是许多科学技术一直追求观察更小的单元的原因。其次，单分子技术允许科学家了解单个分子的性质，并非是一个群体的结果。众多技术，例如凝胶电泳、表面等离子共振等，提供的都是万千分子的平均读数，常常不能体现分子的多态性能。为什么我们需要观察动态过程？生物过程本身是动态发展的，只有了解生物分子的行为，才能够理解它们的机制，也才能够为制药、治疗等目标提供指导。结构生物学的方法能够精确到生物分子中的每个原子，然而每个结构都是一个静止的状态，因而目前很多结构生物学家们也在发展能够将静态结构与动态过程结合的方法。C- Trap 动态单分子显微镜填补了这一空白，既能够观察单分子尺度的生物分子，又可以实时观察DNA与蛋白互作、蛋白构象等动态过程。此外，C-Trap的光镊技术允许控制、操作单个 DNA、蛋白、细胞骨架等分子，在微米、纳米尺度下触摸、移动、控制生物分子，为研究人员带来前所未有的体验和结果。C-Trap动态单分子显微镜在动态单分子领域，LUMICKS的C-Trap 是行业首家商业化仪器。相较于其他解决方案，C-Trap 提供业内第一的测量精度和稳定性，真正实现对单分子过程的动态实时观察，高度集成易用的软件使得任何研究人员都可以操作，从样品制备到实验数据分析全流程支持帮助高效产出成果，以及来自全球工程师优质的售后服务。目前 C-Trap 仪器主要在高校的前沿研究中以及生物制药公司的研发中使用，相较于欧美，在中国的C-Trap 使用刚刚起步，未来将会逐步占领市场，成为生物实验室的必备仪器。C-Trap 动态单分子显微镜主要应用在DNA 结合蛋白、细胞骨架与分子马达活性、蛋白质折叠结构变化、细胞力学、生物相变与大分子相分离等领域。尤其在DNA的分子研究领域拥有非常多的应用：DNA 修复，基因编辑，DNA 转录，核小体结构功能等。客户发表在CNS杂志上的应用案例包括DNA 基因编辑过程中 cas9 蛋白与DNA 结合位点在靶、脱靶受哪些因素影响，DNA 损伤修复过程中 Rad 51 蛋白如何与其他蛋白协作，DNA 解旋酶在DNA 上的移动、解旋以及与其他蛋白的互动等等。由于 C-Trap 在生物领域广泛的应用，尤其适合多个研究室作为平台共享设备。免疫细胞治疗领域 复合亲合力测量正在受到瞩目过去的十几年里免疫细胞疗法极大地加速了临床肿瘤治疗的进展，但过继性细胞治疗的效果仍面临着很多挑战。尽管付出了巨大的资源和成本，非常多CAR-T研发团队的临床试验都以失败告终：接受免疫治疗的癌症患者中有很多对药物没有反应或者出现不良反应。这是由于免疫系统与癌细胞的动态环境本身非常复杂，因而众多体外检测方法并不能准确预测体内（临床）疗效。传统衡量免疫细胞效果的方法有很多种。分子水平上，如在研究TCR，CAR受体识别肿瘤表面抗原的特异性时，通常采用的表面等离子共振（SPR）或MHC四聚体（MHC Tetramer）等技术，优化筛选出与靶点亲和力（affinity）最佳的TCR/CAR设计。除此以外，也可以通过体外细胞实验，如细胞杀伤或细胞因子分泌检测去评估免疫细胞的激活及特异性杀伤能力。然而，这些体外实验数据一致性较低，需要更好的生物参数或者assay去预测体内及最终临床结果。什么是细胞复合亲合力（cell avidity）？它阐明了细胞间总的结合强度，这包括了：共受体结合、T 细胞受体（TCR）聚集、细胞粘附蛋白，甚至是结合的方向和分子键的价态。它揭示了一个细胞与另一个细胞之间的复杂的相互作用，而并不仅仅局限于一个蛋白受体与另一个蛋白抗体之间。因而细胞复合亲合力提供了更完整的、更具有生理学相关性的信息，反映了免疫细胞与肿瘤细胞之间更真实的相互作用，从而对免疫治疗期间的细胞响应和效果进行更准确的预测。在免疫细胞治疗领域，特别是CAR-T研发中，复合亲合力测量正在受到瞩目。2022年4月哈佛医学院发表在 《Nature》上的论文 “CAR T cell killing requires the IFNγR pathway in solid but not liquid tumours” 指出“亲合力逃逸” （avidity escape）是实体瘤用来避免 CAR T 细胞杀伤的一种抗性机制，因而对于细胞复合亲合力的测量能够预测 CAR T 对于实体瘤的临床治疗效果。z-Movi 细胞复合亲合力 (Cell avidity) 分析仪，是免疫治疗细胞复合亲合力领域排名第一也是唯一的产品。z-Movi 提供了一套完整的实验解决方案，专注细胞治疗领域，简化免疫细胞筛选流程，一键测量细胞间的复合亲合力。从而帮助研究人员加速细胞治疗产品的筛选和药物开发，更准确高效地筛选出优秀的免疫细胞。z-Movi 细胞复合亲合力检测仪z-Movi 的应用领域主要包括CAR-T, TCR-T, NK/CAR-NK及Cell engager免疫疗法的研发。在CAR-T研发时，通过检测cell avidity，优化CAR的设计，可以降低脱靶效应等不良反应，提高T细胞功能。至于TCR-T，相比affinity，cell avidity与T细胞功能有更好的相关性，借助z-Movi评估不同突变TCR的功能。在NK/CAR-NK研发中，cell avidity也能够用来评估NK细胞的功能及CAR的设计，筛选合适的Donor NK。最后，通过检测不同双特异性抗体与效应细胞靶细胞的cell avidity，研发者能够更好地了解cell engager在细胞相互作用中的功效。未来，我们也将与更多科研院所合作，拓展z-Movi的应用，如树突细胞（Dendritic cell），巨噬细胞（macrophage）等。基于独一无二的测量和优秀的产品设计，z-Movi 已在一众生物制药公司中大放异彩，将来，z-Movi 也必将成为细胞免疫治疗实验室与研发团队中的必备设备。本文作者：王磊博士，LUMICKS 亚太区产品应用专家于晨露博士，LUMICKS 亚太区市场负责人本文为LUMICKS供稿。如有技术干货、科研成果、仪器使用心得、生命科学领域热点事件观点等内容，欢迎相关行业朋友投稿。投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn

杜江峰院士团队利用金刚石中氮-空位色心作为固态自旋量子传感器，在微观尺度对于一系列新奇自旋相互作用展开实验搜寻并给出新的实验限定。相关研究成果分别发表在《国家科学评论》[National Science Review 10, nwac262 (2023)]、《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 131, 071801 (2023)]和《美国国家科学院院刊》[Proc. Natl. Acad. Sci. 120, e2302145120 (2023)]。探索超越标准模型的新物理现象能够有助于解答一些不能用标准模型解释的基本问题，例如强CP疑难以及暗物质与暗能量的物理本质。近年来对一些新玻色子诱导的新奇自旋相互作用进行实验搜寻成为研究重点。2018年杜江峰团队在国际上原创提出将金刚石氮-空位(NV)色心的单电子自旋构筑为量子传感器，可用于搜寻电子与核之间的新奇自旋相互作用，并成功将实验搜寻的力程拓展到亚微米尺度[Nature Communications 9, 739 (2018)]。随后对一系列自旋相互作用在微观尺度实现了高精度的实验搜寻[Physical Review Letters 121, 80402 (2018),Physical Review Letters 127, 010501 (2021)]。为了进一步提升搜寻能力，团队向两个方向推进：1、发展更高灵敏度的传感器，用于实现更高精度的实验检验；2、发展新形态的传感器，打开更短力程的探测窗口。为了实现更高灵敏度的传感器，团队实现高品质金刚石NV系综电子自旋生长工艺，将单自旋探测器升级为系综自旋传感器，使得更多NV色心能够被同时用于测量，极大提升了探测精度，从而实现对一系列新奇自旋相互作用的实验搜寻[National Science Review 10, nwac262 (2023),Phys. Rev. Lett. 131, 071801 (2023)]。另一方面，团队充分利用单NV色心作为原子尺度传感器的优势，结合微机电技术和硅基纳米工艺，实现可扩展的自旋-力学量子芯片。实验表明该芯片在力程小于100 纳米处将观测约束提升2个数量级[PNAS120,e2302145120 (2023)]。这些成果展示了利用金刚石NV色心自旋量子传感器来研究各种超出标准模型的新物理有独特优势，有望激发宇宙学、天体物理和高能物理等多个基础科学的广泛兴趣。论文信息（†为共同一作，*为共同通讯作者）：1.Hang Liang†, Man Jiao†, Yue Huang†, Pei Yu, Xiangyu Ye,Ya Wang, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Xing Rong*,and Jiangfeng Du*,National Science Review 10, nwac262 (2023).https://doi.org/10.1093/nsr/nwac2622.Diguang Wu†, Hang Liang†, Man Jiao*, Yi-Fu Cai, Chang-Kui Duan, Ya Wang, Xing Rong*, and Jiangfeng Du*,Phys. Rev. Lett. 131, 071801(2023).https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.0718013.Longhao Wu†, Shaochun Lin†, Xi Kong, Mengqi Wang, Jingwei Zhou, Chang-Kui Duan, Pu Huang, Liang Zhang*and Jiangfeng Du*, Proc. Natl. Acad. Sci. 120,e2302145120 (2023)https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302145120

近日，自然资源部办公厅印发实施6项技术规程（以下称蓝碳系列技术规程），对红树林、滨海盐沼和海草床三类蓝碳生态系统碳储量调查评估、碳汇计量监测的方法和技术要求作出规范，用于指导蓝碳生态系统调查监测业务工作。目前了解到，2021年，自然资源部海洋预警监测司组织启动了蓝碳生态系统碳储量调查试点工作，在充分衔接国际相关标准的基础上，同步编制印发了红树林、滨海盐沼和海草床三类蓝碳生态系统碳储量调查与评估技术规程试行稿。自然资源部相关负责人介绍，经过一年多的试行，在验证了方法可行性的基础上，编制组结合实践听取各部门、各地方意见，对三类蓝碳生态系统碳储量调查评估技术规程试行稿进行了修订，形成了印发稿。2022年，随着蓝碳试点工作的深入开展，自然资源部海洋预警监测司启动了蓝碳生态系统碳汇监测试点工作，历时近两年编制完成红树林、滨海盐沼、海草床碳碳汇计量监测技术规程（试行），并在黄河口、曹妃甸等我国蓝碳生态系统重要分布区域进行了试点方法验证。上述负责人表示，蓝碳系列技术规程在充分吸收联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐的方法学等国际标准的基础上，立足实际情况，对三类蓝碳生态系统的调查内容、碳储量计算、碳汇计量监测方法等提出了明确要求，填补了蓝碳生态系统业务化调查监测技术规程的空白，为摸清我国蓝碳生态系统碳储量本底和碳汇潜力，充分发挥海洋的固碳作用，实现国家“双碳”目标做出贡献。

阐明小分子（包括内源性代谢物和外源性化合物）如何发挥调控作用的关键问题之一是小分子的靶标发现和验证，即蛋白质-小分子相互作用研究。蛋白质与小分子的相互作用模式既有较稳定的共价结合，也有瞬时的弱相互作用。如何灵敏、高效地捕获并解析多种类型的蛋白质-小分子相互作用是分析难点。目前，蛋白质-小分子相互作用的分析策略大致可分为两类：一是靶向相互作用研究，以蛋白质（或小分子）为中心，发现并验证与之相互作用的小分子（或蛋白质）；二是非靶向相互作用研究，全面识别多种蛋白质-小分子的相互作用轮廓。应用的具有分析技术包括：表面等离子体共振技术（surface plasmon resonance，SPR）、氢氘交换质谱分析技术（hydrogen deuterium exchange mass spectrometry，HDX MS）、限制性蛋白水解-质谱分析技术（limited proteolysis-mass spectrometry，LiP-MS）、蛋白质热迁移分析技术（cellular thermal shift assay，CESTA）和药物亲和反应靶标稳定性分析技术（Drug affinity responsive target stability，DARTS）等。本期介绍限制性蛋白水解-质谱分析技术（LiP-MS）的原理、技术流程和其在蛋白质-小分子相互作用研究中的应用。1. 原理LiP-MS技术最初由瑞士苏黎世联邦理工学院的Paola Picotti课题组建立 [1] ：利用小分子结合蛋白后相较于原蛋白产生蛋白质空间构象和位阻的变化，经蛋白酶切后形成差异肽段，液质联用分析识别和鉴定差异肽段，基于差异肽段推测蛋白质与小分子的相互作用位点。2. 技术流程在非变性条件下提取蛋白，以保留蛋白活性和空间结构。先使用低浓度（1:100, w/w）蛋白酶K在较低温度（25℃）下短时间内（5 min）对蛋白-小分子复合物进行有限的蛋白酶切。蛋白与小分子结合后，相互作用位点存在空间位阻，从而避免被蛋白酶K切割，由此产生差异肽段。随后进行蛋白变性和胰酶酶切，蛋白质组分析识别和鉴定差异肽段，基于差异肽段所处位置预测蛋白质与小分子的相互作用位点（图1）。图1 限制性蛋白水解-质谱分析（LiP-MS）技术流程 [2]3. 试验试剂和分析仪器3.1 蛋白抽提：可依据实际目的和细胞类型选择不同的细胞/组织裂解液，如RIPA、N-PER、M-PER等，进行细胞/组织蛋白抽提，获得的细胞/组织全蛋白提取物可直接与目标小分子共孵育。3.2 蛋白酶切：关键的蛋白酶切试剂，例如蛋白酶K、胰酶等均有市售。3.3 分析仪器：目前多种类型的液相色谱-高分辨质谱联用仪均可用于蛋白质组学分析，已应用于LiP-MS的高分辨质谱仪包括，布鲁克、赛默飞、沃特世和SCIEX等品牌的飞行时间质谱、轨道阱质谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱等。4. 应用实例研究人员基于LiP-MS技术在大肠杆菌中探索多种内源性代谢物和蛋白的相互作用模式 [1]，先采用凝胶过滤法除去大肠杆菌全蛋白提取物中的内源性代谢物，获得大肠杆菌全蛋白；随后将大肠杆菌蛋白与20个中心碳代谢相关的关键内源性代谢物（三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、6-磷酸葡萄糖、果糖-1,6-二磷酸、丙酮酸、谷氨酰胺、甲硫氨酸等，见图2A）分别共孵育。基于LiP-MS流程发现，上述20个内源性代谢物可与大肠杆菌中1678个蛋白发生潜在相互作用，其中1447个相互作用是首次发现的（图2B）。作者将所发现的相互作用与在线数据库BRENDA对比（主要涉及酶的功能和代谢通路等信息），证明LiP-MS技术能够准确地识别已报道的蛋白-内源性代谢物相互作用，假阳性率低于6 %。图2 20个与中心碳代谢相关的关键内源性代谢物（图A）及其在大肠杆菌中发生相互作用的蛋白数量（图B）[1]参考文献：[1] Piazza, I., Kochanowski, K., Cappelletti, V., Fuhrer, T., Noor, E., Sauer, U., Picotti, P. A map of protein-metabolite interactions reveals principles of chemical communication. Cell, 2018, 172(1-2), 358-372.[2] Pepelnjak M, Souza N D, Picotti P. Detecting Protein–Small Molecule Interactions Using Limited Proteolysis–Mass Spectrometry (LiP-MS). Trends in Biochemical Sciences, 2020, 45(10), 919-920.

美国科学家主导的国际科研团队在最新一期《科学》杂志撰文指出，他们利用人工智能和进化分析，绘制出了真核生物的蛋白质之间相互作用的3D模型，首次确定了100多个可能的蛋白质复合物，并为700多个蛋白质复合物提供了结构模型，深入研究蛋白质相互作用有望催生新的药物。　　研究负责人之一、美国西南大学人类发育与发展中心助理教授丛前（音译）称，研究结果代表了结构生物学新时代的重大进步。　　丛前解释说，蛋白质通常成对或成组工作，形成复合物，以完成生物体存活所需的任务。虽然科学家已经对其中一些相互作用开展了深入研究，但许多仍是未解之谜。了解蛋白质之间所有的相互作用将揭示生物学的许多基本方面，并为新药研发提供参考。　　但半个世纪以来，鉴于许多蛋白质结构的不确定性，科学家们很难了解这些相互作用。2020年和2021年，深度思维公司和华盛顿大学戴维贝克实验室独立发布了两种人工智能技术“阿尔法折叠”和RoseTTAFold，它们使用不同的策略预测蛋白质结构。　　在最新研究中，丛前等人通过对许多酵母蛋白复合物建模，扩展了人工智能结构预测工具箱。为了找到可能相互作用的蛋白质，科学家们首先搜索相关真菌的基因组，寻找发生突变的基因，然后使用上述两种人工智能技术来确定这些蛋白质是否可以3D结构结合在一起。　　他们确定了1505种可能的蛋白质复合物，其中699个结构已被表征，验证了其方法的实用性；另外700个复合物目前获得的数据有限，剩下106个从未被研究过。为更好地理解这些很少被描述或未知的复合物，团队研究了类似的蛋白质，并根据新发现的蛋白质与此前已知蛋白质的相互作用，确定了新发现蛋白质的作用。

从中国科学院大连物理研究所官网了解到，近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员王方军团队在蛋白质复合物形成和干预机制分析新方法研究方面取得进展，通过溶液状态蛋白质赖氨酸两步稳定同位素标记和定量蛋白质组学分析，实现对蛋白—蛋白识别关键位点区域的精确探测，并可评估小分子对蛋白质复合物的构象识别干预情况。蛋白质的结构和相互作用决定了其生物学功能，目前对溶液状态蛋白—蛋白识别和结构动态变化研究仍然缺乏高灵敏度的分析方法。此前，研究团队发现蛋白质上赖氨酸的原位标记反应性与其所处微观结构中的氢键、静电相互作用强度密切相关；提出以蛋白质上所有赖氨酸位点为内源性反应探针，通过定量赖氨酸在蛋白—蛋白，蛋白—小分子结合前后的标记反应性变化，精确探测蛋白质识别过程中的关键区域。为进一步提高赖氨酸反应性定量分析的通量和灵敏度，该团队进一步发展了溶液状态蛋白质“活性—变性”赖氨酸两步稳定同位素标记定量策略（TILLRP），系统研究了重组SARS-CoV-2 S1蛋白质和人体ACE2受体之间的相互作用情况；发现S1蛋白质RBD Lys386-Lys462区域的赖氨酸位点在S1-ACE2复合物形成前后标记反应性发生了显著改变；提出可以利用该区域赖氨酸的标记反应性调控水平评估小分子活性物质对S1-ACE2识别的干预情况，可能有助于相关治疗药物分子的研发。该研究结果发表在《化学科学》（Chemical Science）上。上述研究工作得到国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。王方军简介：中国科学院大连化学物理研究所分析化学博士，师从邹汉法研究员，博士生导师，主要研究方向为复杂生物样品高效分离表征：激光-质谱高灵敏度分析、生物分子高校标记与功能解析、翻译后修饰蛋白组学分析。担任中国蛋白质组学专业委员会理事、中国分析测试协会青年学术委员会委员。

项目编号：0705-224002028262项目名称：复旦大学分子相互作用仪采购国际招标预算金额：250.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：245.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：分子相互作用仪采购资金到位或资金来源落实情况： 本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028262招标项目名称：分子相互作用仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1分子相互作用仪1套样品装载与注射：全自动预算金额：人民币250万元 最高限价：人民币245万元 合同履行期限：签订合同后4个月内合同履行期限：签订合同后4个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章Quantitative Structural Proteomics Unveils the Conformational Changes of Proteins under the Endoplasmic Reticulum Stress1，文章的通讯作者是来自美国佐治亚理工学院的Ronghu Wu助理教授。在真核细胞中，内质网(endoplasmic reticulum，ER)负责蛋白质组中40%蛋白质的合成和成熟。蛋白质合成或折叠过程中的变化都将影响内质网的稳态，进而导致未折叠蛋白的积累和蛋白分泌效率的降低。在过去几十年的研究中，内质网应激反应被广泛研究，但是内质网应激反应后蛋白质折叠状态的变化却没有被深入研究。基于丰度的蛋白质组学方法不能直接用于分析蛋白质状态的变化，在这篇文章中，作者整合了半胱氨酸(cysteine，Cys)共价标记、选择性富集和定量蛋白质组学，称为半胱氨酸靶向共价蛋白绘制(cysteine targeted covalent protein painting，Cys-CPP)，用于研究蛋白质组范围内的蛋白质结构和变化(图1A)。　　使用CPP分析蛋白质结构，需要一种具有高反应活性的探针。作者设计了一种针对半胱氨酸的探针，其中包含半胱氨酸反应基团、用于富集的生物素部分和用于生成半胱氨酸特异性识别位点标签的可裂解连接部分(图1B)。以变性处理后的蛋白样品作为蛋白质展开形式的参考，计算肽段在原始样本和变性样本中的比例从而获得宝贵的蛋白质结构信息。　　图1.利用半胱氨酸反应探针定量分析人细胞蛋白质组中半胱氨酸暴露率的原理。(A)Cys-CPP的一般工作流程。(B)半胱氨酸残基与探针之间的反应。富集后，进行紫外裂解，在修饰的半胱氨酸上留下一个小标记，用质谱进行位点特异性分析。　　半胱氨酸暴露率Rexpo通过每条肽段在原始样本和变性样本中的比值进行计算。结果显示：(1)半胱氨酸的暴露率和溶剂可及性呈现正相关(图2C) (2)在丝氨酸和苏氨酸等极性氨基酸残基旁边的半胱氨酸具有相对较高的暴露率，这与人们普遍认为亲水残基更有可能暴露在蛋白质表面的观点一致 (3)甘氨酸和脯氨酸附近的半胱氨酸具有更高的暴露率，这是因为这两种氨基酸通常出现在蛋白质的转角和环结构中，对半胱氨酸的空间位阻较小 (4)半胱氨酸暴露率与其有/无序区(图2D)或所处二级结构(图2E)的相关性分析均表明，较低的暴露率与更稳定和结构化的局部环境有很好的相关性。这些数据结果共同证明目前的方法可以准确地测得半胱氨酸暴露率，并为蛋白质结构提供有价值的信息。　　图2.HEK293T细胞中半胱氨酸暴露率的分析。(A) VAHALAEGLGVIAC#IGEK(#代表标记位点)的串联质谱样本。报告离子的强度使我们可以准确定量一个半胱氨酸的暴露率(左框为报告离子强度的放大视图)。(B)蛋白CCT3中被定量半胱氨酸的定位和暴露率演示(PDB代码：6qb8)。(C−E)比较不同的溶剂可及性(C)、预测无序区(D)和二级结构(E)的半胱氨酸暴露率。　　衣霉素(Tunicamycin，Tm)可抑制 N-糖基化并阻断 GlcNAc 磷酸转移酶 (GPT)。由于蛋白质的N-糖基化经常发生在共翻译过程中，在蛋白质折叠的调节中起着至关重要的作用，所以衣霉素会引起细胞内质网中未折叠蛋白的积累并诱导内质网应激。基于此，作者用衣霉素对细胞进行处理，计算并对比了衣霉素处理样本和正常样本中的半胱氨酸暴露率。正如预期的那样，Tm处理样本中许多半胱氨酸的暴露率升高，且Tm对于蛋白质不稳定区域的作用尤为显著。根据Tm处理样本和正常样本之间半胱氨酸暴露率的差值，作者将所有位点划分为5个部分，在Tm处理下，近三分之一的半胱氨酸定位区域没有明显的结构变化(差值在-0.05~0.05之间)，而28%的位点则高度暴露(差值0.15)(图3B)。对这两种蛋白质进行基因本体(GeneOntology，GO)功能富集分析(图3C)，结果显示：差值在-0.05~0.05之间的蛋白通常是糖异生或折叠过后具有良好结构区域的蛋白，而差值0.15的蛋白则是与囊泡转运相关的蛋白。这表明抑制N-糖基化主要影响经典分泌途径中的蛋白质，与预期相符。　　图3.利用Tm抑制蛋白质N-糖基化对蛋白质折叠影响的系统研究。(A)Tm处理和对照样品之间半胱氨酸暴露率的比较。(B) 不同暴露率变化范围内的蛋白质数量。(C)在具有高度展开或稳定区域半胱氨酸的蛋白之间进行GO功能富集分析。　　由于Tm对于预先存在的、折叠良好的蛋白质所产生的影响可能远小于对新合成蛋白的影响，分别研究Tm对这两种蛋白的影响是必要的。作者通过将目前的方法Cys-CPP与细胞培养中氨基酸的稳定同位素标记(pSILAC)结合(图4A)，探究了细胞中已存在蛋白和新合成蛋白在内质网应激作用下的不同变化。结果显示：(1)抑制N-糖基化对新合成蛋白的去折叠影响比对已存在蛋白的影响更显著(图4C) (2)N-糖基化除了调节蛋白质的二级结构外，在蛋白质三级或四级结构的形成中起着更重要的作用(图4D)。　　图4. 抑制N-糖基化对新合成蛋白和已存在蛋白折叠状态影响的研究。(A)量化新合成蛋白和已存在蛋白折叠状态变化的实验设置。(B) 经Tm处理和未经处理的细胞中新合成和已存在蛋白质的重叠。括号内为每组蛋白质数。(C)不同蛋白质组中暴露率的分布。(D) 在有或没有Tm处理的细胞中、在不同的二级结构下，新合成和已存在蛋白之间半胱氨酸暴露率的差值分布。　　本文通过设计一种半胱氨酸靶向探针，定量半胱氨酸残基的暴露率，系统地研究了蛋白质的结构以及结构的变化。结果表明，半胱氨酸暴露率与蛋白质局部结构的相关性非常好。利用该方法，作者研究了Tm引起的内质网应激反应下细胞中蛋白质的结构变化。此外，通过将Cys-CPP与pSILAC结合，研究了在内质网应激反应下原有蛋白和新合成蛋白的结构变化差异，并详细分析了内质网应激对蛋白质去折叠的影响，深入和准确地了解内质网应激下的蛋白质结构变化，有助于深入了解蛋白质的功能和细胞活性。　　参考文献：[1] Yin K, Tong M, Sun F, et al. Quantitative Structural Proteomics Unveil the Conformational Changes of Proteins under the Endoplasmic Reticulum Stress[J]. Analytical Chemistry, 2022,

10 月 18 日，全球化工制药巨头拜耳今天宣布：其已经完成了此前与合成生物学平台型上市公司 Ginkgo Bioworks 所宣布的交易，同时双方建立了为期 3 年的战略合作伙伴关系，以加快农业生物产品的研发。该交易主要是 Ginkgo Bioworks 对于其农业平台的扩展与整合，其主要分为了 2 个部分：Ginkgo Bioworks 以 8300 万美元的价格收购拜耳的 “西萨克拉门托农业生物制剂研发基地”，以及整合双方曾经的合资企业 Joyn Bio 的研发平台资产。首先，Ginkgo 此次收购的 “农业生物制剂研发基地” 隶属于拜耳作物科学，是其生物制剂业务的全球总部，该基地于 2014 年开始投入使用，后经扩建至 17.5 万平方英尺的占地。而通过此次交易，Ginkgo 成功将这一研发基地以及其中的团队和技术平台收入囊中。“随着此次交易的完成，作为拜耳作物科学一部分的生物制剂业务也将能够进一步参与进开放式创新生态系统，并巩固其作为全球创新者和科学家首选合作伙伴的领先地位。” 对于研发基地的剥离，拜耳方面这样写道。西萨克拉门托农业生物制剂研发基地（来源：Sacramento Business Journal）其次，是双方的合资企业 Joyn Bio 的重新整合，这是一家由 Ginkgo 和拜耳投资部门 Leaps by Bayer 在 2017 年共同发起成立的合资企业，成立之初便获得了来自拜耳、Ginkgo 以及 Viking Global Investors LP 方面的共计 1 亿美元的投资。在此次交易之前，Joyn Bio 的主营业务是开发 “工程固氮微生物” 以替代氮肥，而通过此次交易，Ginkgo Bioworks 得以全面整合 Joyn Bio 的固氮及研发平台资产，而拜耳将继续推进 Joyn Bio 的关键固氮产品，并拥有在未来几年将该产品商业化的权利。这其实并不是两桩独立的交易，因为双方在农业生物技术上的合作本身就是围绕 Joyn Bio 和拜耳的 “研发基地” 所展开的，比如 Joyn Bio 研发中在温室培养等研究工作，便是依托于拜耳的西萨克拉门托农业生物制剂研发基地所展开的。因此，此次交易可以说是双方针对合成生物学农业应用上的一次 “资产重组”，双方摒弃了封闭式的 “合资模式”，转而走向了更为灵活、对外开放的 “研发合作”。Joyn Bio（来源：Joyn Bio）“生物解决方案在农业创新生态系统中发挥着至关重要的作用，我们看到这些产品在未来为农业增加更多价值的巨大机会。” 拜耳作物科学研发主管 Robert Reiter 介绍说道：“开放式创新将加速产品线，并确保我们更快地将高质量的生物解决方案和创新技术推向市场。”另一方面，Ginkgo Bioworks 通过此次交易进一步地巩固了自己 “平台型模式技术服务” 的定位，在完成了对于拜耳研发基地和 Joyn Bio 研发平台的整合后，Ginkgo 的农业生物制剂平台，无疑则是得到了极大的拓展。据悉，拜耳将成为 Ginkgo Bioworks 扩展平台上的第一个主要合作伙伴，双方开始建立多年的战略合作伙伴关系，将重点关注并推进原 Joyn Bio 的工程固氮微生物计划，同时还有作物保护和碳封存等领域的新计划。拜耳和 Ginkgo Bioworks“Ginkgo Bioworks 旨在建立广泛、功能齐全的技术平台来满足多样化市场需求，以开发和推进跨作物和地域的农业微生物解决方案。” 在报道中，Ginkgo Bioworks 这样表示道：“Ginkgo Bioworks 将与不同的合作伙伴独立合作，开发用于农业的微生物衍生产品。”参考链接：[1] https://www.bayer.com/media/en-us/bayer-and-ginkgo-bioworks-close-deal-creating-agricultural-biologicals-powerhouse/[2] https://investors.ginkgobioworks.com/news/news-details/2022/Ginkgo-and-Bayer-Sign-Definitive-Agreement-to-Build-Agricultural-Biologicals-RD-Platform-Capabilities/default.aspx[3] https://mp.weixin.qq.com/s/nFvJDUHevGnJ5TGCjwbUZA

作为强大的结构解析工具，冷冻电镜在解析蛋白质结构中具有超强能力。RNA作为另外一种生物大分子，在生命活动中发挥着与蛋白质同等关键的作用，解析它们的三维结构也是科学家们持久探索的问题。但RNA由于分子量小，柔性大等因素，无论是依靠冷冻电镜还是其他结构解析手段，这一目的在往日很难实现。近日，哈佛大学廖茂富博士和尹鹏博士合作，利用ROCK技术改造RNA，赋能冷冻电镜技术，解析了多种RNA的高分辨结构，进一步扩展了冷冻电镜技术的应用场景，也为揭示RNA参与的生命活动，以及围绕RNA的药物开发，打开了全新局面。作为遗传分子DNA的姊妹，RNA支持着我们生活的世界。进化生物学家曾提出假设，认为在DNA和它所编码的蛋白质出现之前，RNA就已经存在并具有自我复制功能。而现代科学发现，只有不到3%的人类基因组被转录成信使RNA(mRNA)分子，并在后续被翻译成蛋白质。相比之下，82%的基因组被转录成具有其他未知功能的RNA分子。为了了解单个RNA分子的功能，在原子和分子键的层面上对其三维结构进行解析是极其必要的。通过对DNA和蛋白质分子进行结晶处理，研究人员已经可以通过X射线晶体学方法或核磁共振方法进行常规的结构研究。然而，由于RNA的分子构成和结构柔性特点，它们往往难以结晶，因此这些需要结晶的方法并不适用于解析RNA分子的结构。 近日，哈佛大学韦斯生物启发工程研究所(Wyss)的尹鹏博士和哈佛大学医学院(HMS)的廖茂富博士合作完成了一项研究，报告了一种对RNA分子进行结构研究的新技术"ROCK"。该技术可以将多个相同的RNA分子组装成一个高度组织化的结构，大大降低单个RNA分子的灵活性，并使其分子量成倍增加。应用于具有不同大小和功能的知名模型RNA作为基准，该团队表明ROCK技术能够将冷冻电镜 (cryo-EM) 方法应用在包含RNA亚基的生物大分子的结构解析上。他们的研究结果发表在《自然-方法》上。 与廖茂富博士一起领导这项研究的尹鹏博士说:「ROCK技术正在打破目前针对RNA进行结构研究的限制，使RNA分子的近原子级分辨率结构得以揭示，这一过程往往难以甚至无法用传统的方法实现。我们期望这一进展能为基础研究和药物开发的许多领域注入活力，包括正在蓬勃发展的RNA疗法。」获得对RNA的控制权 尹鹏博士的研究团队开发了多种方法，包括DNA砖块和DNA折纸术，这些方法使DNA和RNA分子能够根据不同的规则和需求进行自我组装，从而形成超大分子。他们假设，这种策略也能够将自然存在的RNA分子组装成高度有序的环形复合物，通过将特定分子连接在一起的方式，对柔性进行限制。许多RNA以复杂但可预测的方式折叠，在小片段之间进行碱基配对交互。其结果往往会将稳定的 "核心 "和 "茎环 "向圆环外侧凸出。 在ROCK技术(通过吻式发夹实现RNA寡聚化后冷冻电镜结构解析)中，目的RNA被设计成通过吻式发夹序列(红色)自组装成一个封闭的同源环，这些序列定位在在功能非必要的外周螺旋上(蓝色)。在确定了可编辑的非必要外周螺旋后，连接吻式发夹模体和目的RNA核心的螺旋的长度被计算优化。带有目的RNA的多个单独亚基的RNA构建体被转录、组装，通过凝胶电泳纯化，并通过冷冻电镜进行结构解析。 「在我们的方法中，我们构建了吻式发夹，可以将同一RNA两个拷贝的不同外围茎环连接起来，使之形成一个整体稳定的环，其中包含了目的RNA的多个拷贝。我们推测，这些高阶环可以通过冷冻电镜进行高分辨率结构解析，该技术已首次成功应用于RNA分子的结构解析。」 —刘迪，第一作者 描绘稳定的RNA 在冷冻电镜方法中，许多生物大分子的单一颗粒在低温下被瞬间冻结，以阻止它们的运动。随后，在电子显微镜和计算算法的帮助下，对颗粒各个方向的二维表面投影进行比较，以重建其三维结构，实现生物大分子的可视化。彭和刘与廖和他的前研究生弗朗索瓦塞洛(François Thélot)博士合作进行了该工作，后者是该研究的另一位第一作者。廖和他的团队在冷冻电镜领域、以及对特定蛋白质形成的单颗粒的实验和计算分析中做出了重要贡献。 廖茂富说:「与传统方法相比，冷冻电镜在解析包括蛋白质、DNA和RNA在内的生物分子的高分辨率结构细节方面有很大的优势，但是大多数RNA的小分子量和高柔性使其结构难以解析。我们组装RNA多聚体的新方法同时解决了这两个问题，通过增加RNA的分子量，并降低其柔性，我们的方法为基于冷冻电镜方法解析RNA结构这一领域打开了大门。」由于整合了RNA纳米技术和冷冻电镜方法，该团队将这一复合技术命名为"ROCK" (RNA oligomerization-enabled cryo-EM via installing kissing loops, 通过吻式发夹实现RNA寡聚化后冷冻电镜结构解析)。 为了证实ROCK技术的可行性，该团队将研究聚焦于四膜虫(一种单细胞生物)的大内含子RNA和固氮弧菌(一种固氮细菌)的小内含子RNA，以及FMN核糖开关。内含子RNA是散布在新转录RNA序列中的非编码RNA序列，必须被 "剪接"出来才能形成成熟RNA。FMN核糖开关存在于一些细菌RNA中，这些细菌会参与由维生素B2衍生的黄素代谢物的生物合成。在与RNA结合后，黄素单核苷酸(FMN)将切换其三维构象，并抑制其母RNA的合成。 在对四膜虫 I 组内含子的结构解析过程中，研究人员收集了约十万张ROCK技术处理的单颗粒冷冻电镜图像，通过一系列计算分析步骤重建了其结构，整体分辨率达到了2.98Å，结构核心的分辨率达到了2.85Å。最终的模型提供了四膜虫 I 组内含子的详细视图，包括之前未知的外围结构域(以土黄色和紫色显示)，它们构成了围绕核心的条带。 研究小组称，他们将四膜虫 I 组内含子组装成一个环状结构，使样品更加均匀，并能够利用组装结构的对称性来进行计算。虽然数据采集两的规模并不大，但ROCK技术的优势使研究小组能够以前所未有的分辨率解析该结构。RNA的核心结构以2.85Å的分辨率解析，揭示了核苷酸碱基和糖骨架结构的详细特征。研究小组还称如果没有ROCK技术加持，在当前的资源条件下，他们不可能做到这一点。 冷冻电镜还能够捕捉不同构象的分子。研究小组通过将ROCK方法应用于固氮弧菌内含子RNA和FMN核糖开关结构解析中，确定了固氮弧菌内含子在其自我剪切过程中的不同构象，揭示了FMN核糖开关配体结合部位的相对刚性的构象。 这项研究生动演示了RNA纳米技术如何推动着其他学科的发展。将天然状态的RNA分子结构进行可视化，对理解不同细胞类型、组织和生物体的生物及病理过程产生巨大的影响，甚至能够实现新的药物开发方法。 相关文献摘要高分辨率的结构研究对于理解各种RNA的折叠和功能至关重要。在此，我们提出了一种纳米结构工程策略，利用单颗粒冷冻电镜(cryo-EM)对纯RNA结构进行高效的结构测定。即ROCK技术(通过安装吻式发夹实现RNA寡聚化的冷冻电镜技术): 将吻式发夹序列安装到RNA的非必要功能茎上，使其自组装成具有多倍分子量和降低结构柔性的同源封闭环。ROCK技术能够以2.98 Å的整体分辨率(核心部分为2.85 Å)对四膜虫 I 组内含子进行冷冻电镜三维重构，以建立完整的RNA模型，包括以前未知的外围域。ROCK技术被进一步地应用于两个较小的RNA: 固氮弧菌 I 组内含子和FMN核糖开关，揭示了前者的构象变化和后者的结合配体。ROCK技术有望大大促进冷冻电镜在RNA结构研究中的应用。评论来源：Science Dailyhttps://www.news-medical.net/news/20220503/New-method-enables-the-structural-analysis-of-RNA-molecules.aspx文献来源：Nature Methodshttps://www.nature.com/articles/s41592-022-01455-w#citeas水木未来视界丨iss. 18

23位“科学探索奖”获奖人位列其中，数学与物质科学领域11人，生物与医学科学领域12人。数学与物质科学领域Mathematics & Physical Sciences何旭华香港中文大学2020年数学物理学领域获奖人李理论是现代数学的基石之一。何旭华将基于对组合、代数、几何上对称性的独特理解，探索李理论核心问题p进群的结构和表示论以及全正性理论，力图对表示论、算术几何及数论的研究产生重大推进作用。刘 钢华东师范大学2020年数学物理学领域获奖人复几何是数学的核心研究方向之一，与多个数学分支紧密相连。刘钢将关注复几何中曲率、拓扑、复结构、代数结构等之间的相互关系，争取在单值化猜想深入与延伸、凯勒流形极限正则性研究、几何相关的全纯函数研究等方面获得全新突破。刘若川北京大学2019年数学物理学领域获奖人算术几何和代数数论是纯数学的核心分支，非交换p进霍奇理论、p进自守形式与拓扑循环同调是其重要研究方向。刘若川将继续聚焦于这三个具有深刻联系的方向，凝练出前瞻性问题，在算术几何等方面建立新的数学理论，对相关领域形成系统性贡献。沈维孝复旦大学2021年数学物理学领域获奖人动力系统的低维映射综合体现了混沌现象的深度和复杂性。沈维孝计划从非自制一维映射的迭代等视点出发研究二维斜积映射的迭代，拟对圆周扩张映射驱动的斜积系统族研究Cr拓扑下的帕里斯猜想，并对多项式斜积系统研究游荡域的非存在性。刘继峰中国科学院国家天文台2019年天文和地学领域获奖人黑洞等致密天体是如何形成与演化的？刘继峰将发展先进的测量手段与观测网络来回答这个问题，进而探究强引力场下的时空性质与超核密度下的物态方程等基本物理规律。陆朝阳中国科学技术大学2019年前沿交叉领域获奖人单光子之间自然相互作用极弱，目前主要依赖于线性光学量子操纵。陆朝阳将探索强相互作用光子和光镊原子大规模量子调控技术，实验解答爱因斯坦和玻尔关于量子力学不确定性的争论，致力于实现构建非线性光学量子计算的途径。王亚愚清华大学2019年数学物理学领域获奖人铜氧化物高温超导的微观机理是长期悬而未决的核心物理问题之一。王亚愚将采用多种原子尺度的实验手段，探测铜氧化物的微观电子结构，并从掺杂莫特绝缘体的角度揭示高温超导之谜。张远波复旦大学2020年数学物理学领域获奖人霍尔效应的精确量子化揭示了量子系统优美而深刻的拓扑结构。张远波将致力于突破二维材料研究瓶颈，实现分数量子反常霍尔效应，探寻长程关联量子多体基态中的新物理。陈 鹏北京大学2019年化学新材料领域获奖人肿瘤免疫识别有没有 “分子规律”？陈鹏将发展基于“活细胞连接测序”的免疫解码技术，破解T细胞受体与抗原肽“识别密码”，实现癌症疫苗的精准设计。马 丁北京大学2019年化学新材料领域获奖人面向资源优化利用和可持续发展，马丁将聚焦发展“碳-氢循环”的催化新体系，探索碳资源与氢气转化制备高附加值化学品的新途径。游书力中国科学院上海有机化学研究所2019年化学新材料领域获奖人突破芳香化合物的传统取代反应局限，游书力将发展苯衍生物去芳构化反应，创新催化转化模式，为重要有机功能分子合成提供变革性途径。生物与医学科学领域Biological & Biomedical Sciences陈玲玲中国科学院分子细胞科学卓越创新中心2020年生命科学领域获奖人哺乳动物中非编码核糖核酸如何参与生命过程的调控？陈玲玲将开展实时动态和原位在体的超高分辨核糖核酸分子追踪，揭示核糖核酸在生命过程中的分子和功能特征以及作用模式，拓展核酸研究新领域并为相关疾病提供新的诊疗依据。黄志伟哈尔滨工业大学2020年生命科学领域获奖人免疫细胞如何识别抗原和激活免疫信号通路？黄志伟将解析抗原介导的免疫细胞受体（TCR、BCR）信号转导及其调控机制，揭示适应性免疫反应的基本科学规律，并为免疫疗法提供新理论和新技术。李 栋中国科学院生物物理研究所2019年前沿交叉领域获奖人如何在高时空精度下解析细胞精细结构和完整揭示亚细胞结构动态变化是细胞功能研究的主要瓶颈。李栋将致力于显微成像技术的革新，突破超分辨率活体显微成像获取生物学信息的尺度和维度，探索基于新物理效应的显微成像技术方法。李毓龙北京大学2019年生命科学领域获奖人神经递质探针结合光学成像已经成为神经科学研究中强有力的工具。李毓龙将突破神经递质检测的瓶颈，实现从 “看得见”到 “看得准”-“看得深”-“一起看”的飞跃，为复杂神经环路的精确解析和神经疾病的诊疗提供强有力的工具。刘 颖北京大学2019年生命科学领域获奖人衰老是一个不可逆的过程，衰老与细胞应激如何相互影响？刘颖将探索衰老和细胞应激的关系和调控机理，以期深入理解衰老过程中细胞应激能力减退的原因，并探索调控细胞应激是否能够延缓衰老。鲁伯埙复旦大学2020年生命科学领域获奖人细胞死亡是不可逆转的吗？鲁伯埙将研究神经细胞进入死亡程序后能否“复活”，即逃逸死亡程序并重获生命功能，并在此基础上探索其分子机制，为干预神经死亡相关疾病和阐明生死分界的本质提供线索。王二涛中国科学院分子植物科学卓越创新中心2020年生命科学领域获奖人如何高效利用植物共生菌固氮、降低过度使用化肥对生态环境的危害？王二涛将研究根瘤共生固氮及丛枝菌根共生形成与演化的机理，揭示植物识别“敌友”微生物的分子机制，探索禾本科植物共生固氮，为可持续农业发展提供新理论。颉 伟清华大学2019年生命科学领域获奖人精卵结合后生命时钟如何精准启动？颉伟将解析生命基因程序第一次启动的分子机器，探索逆转细胞生命时钟的可能，为衰老和疾病机制的理解及干预提供新途径。徐彦辉复旦大学2021年生命科学领域获奖人转录是生命活动中基因表达调控最关键的步骤。徐彦辉将通过建立体外重构转录系统，利用生物化学和结构生物学方法，研究转录起始过程的分子机制，解决分子生物学领域的核心科学问题。曾 艺中国科学院分子细胞科学卓越创新中心2021年生命科学领域获奖人如何获得可移植的功能性胰岛细胞，一直是糖尿病治疗领域的巨大挑战。曾艺将探索胰岛干细胞的分子机制，为促进胰岛原位再生、预防和治疗糖尿病提供新手段。周 斌中国科学院分子细胞科学卓越创新中心2020年前沿交叉领域获奖人细胞间相互作用如何影响器官发育和组织再生？周斌将建立研究体内细胞间相互作用的遗传学分析技术，探索原位干细胞与微环境细胞相互作用的规律及调控机制，为器官修复再生和干细胞体外扩增提供重要的理论基础和新方法。朱 听西湖大学2020年生命科学领域获奖人地球上已知生命的核酸和蛋白质都只采用了两种具有镜像关系的手性构型中的一种。朱听致力于从中心法则出发构建与天然生物分子手性相反的“镜像生物学系统”。该系统有望成为一种全新生命形态的进化起点，并带来一系列天然系统难以实现的应用与发现。