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  近期,中国科学院城市环境研究所城市污染物转化重点实验室在光催化耦合微生物同步降解抗生素及机理分析方面取得新进展。在已有研究的基础上,对反应体系进行优化设计,在降低光催化材料投加量的情况下,构建了具有快速、高效降解氧四环素(oxytetracycline,OTC)的耦合体系。相关研究成果以Light-excitedphotoelectronscoupledwithbio-photocatalysisenhancedthedegradationefficiencyofoxytetracycline为题发表在《水研究》(WaterResearch)上。    光催化耦合微生物同步降解污染物(Intimatecouplingofphotocatalysisandbiodegradation,ICPB)是近年来新兴的污染物降解技术。它将光催化反应高效快速的特点与微生物降解的优势相结合,为水体中污染物的深度降解提供了解决新思路。在ICPB体系中,光催化材料与微生物同时负载在一个载体上,难降解的化合物首先通过光催化氧化的作用被转化为可生物降解的物质,随后微生物通过代谢作用对其进行进一步降解,通过该过程的循环进行,化合物能被有效降解甚至完全矿化。    然而,传统观念认为光催化氧化会对微生物的生存造成危害,因此,为了保证微生物活性不受到来自光照以及活性基团的影响,光催化反应通常发生在载体表面,微生物代谢则发生在载体内部。这会造成两方面的缺陷:一是,由于载体内部没有充足的光照,使得需要提高光催化材料的负载量来保证光催化反应的效率;二是,忽略了光激发条件下微生物与半导体材料间的电子转移效应,而这一过程被证明是有利于污染物降解和环境修复的。    为此,研究人员通过使用更大孔隙率载体(孔隙率为95%)的方法,在充分发挥光催化氧化作用的基础上,激发了微生物与半导体材料在光照条件下的电子传递作用,不仅实现了对水体中OTC的降解去除,还大大降低了体系中光催化材料的需求量。研究结果表明,在静态体系中,在初始浓度为10mg/L的情况下,约96%的OTC母体能在2h内被有效去除;在水力停留时间为4.0h的动态体系中,能在400h内保持约94%的去除率。此外,β-载脂蛋白-土霉素(β-apo-oxytetracycline)作为一种微生物降解OTC的主要产物,能在土壤中稳定存在,其半衰期约为270天,而在该体系中能在10min就被降解,体现了该耦合体系对中介代谢产物也具有较好的去除能力。    该研究获得国家自然科学基金、厦门科技计划及福建省STS项目的资助。 光催化耦合微生物同步降解OTC的(a)静态体系降解图,(b)动态体系降解图,(c)降解产物变化图和(d)β-apo-oxytetracycline相对丰度变化图。

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  1月29日,《德国应用化学》(AngewandteChemieInternationalEdition)杂志在线发表了单原子纳米酶仿生设计的最新研究成果。这项工作有助于理解纳米酶的催化机理,并促进纳米酶在生物催化领域的发展。  自从2007年Fe3O4纳米材料蕴含酶学特性(NatureNanotechnology,2007)被报道以来,纳米酶新概念已经被同行广泛接受。目前已有超过40种元素的130多种纳米酶被报道。然而,如何学习天然酶活性中心的结构特征,来指导设计新型高活性纳米酶,一直是纳米酶领域研究的重要问题。  天然过氧化物酶的活性中心为铁卟啉结构,有研究表明,过氧化物酶的铁卟啉可以替换为Zn卟啉,从而获得更高的催化活性。受此研究启发,研究人员仿照天然过氧化物酶,利用金属有机框架(MOF)材料ZIF-8为前驱体,通过介孔硅保护策略,设计合成了一种含有Zn卟啉结构的高活性单原子纳米酶。经一系列试验证实,Zn卟啉结构中的单原子Zn是其类酶活性的关键。通过理论计算,揭示其活性结构为类Zn卟啉的不饱和Zn-N4结构,并且该单原子纳米酶是通过促进H2O2均裂产生羟基自由基来发挥类过氧化物酶活性。在体外抗菌实验中,该单原子纳米酶实现了高达99.85%的抑菌率,同时,能够在低浓度H2O2情况下有效促进小鼠伤口感染模型中伤口的愈合。  该研究由中国科学院生物物理研究所阎锡蕴课题组与北京化工大学刘惠玉课题组合作完成。其中,生物物理所研究员阎锡蕴、副研究员范克龙和北京化工大学教授刘惠玉为该论文的共同通讯作者。此外,国家纳米中心研究员施兴华团队、扬州大学教授高利增团队均对该工作做出了重要贡献。该研究获得国家自然科学基金、中科院先导项目、中科院前沿重点项目、青年人才托举工程等的资助。  文章链接 ZIF-8衍生的Zn单原子纳米酶用于伤口抗菌示意图

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  1月15日,国际学术期刊CellDiscovery在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所丛尧研究组与中国科学院上海巴斯德研究所黄忠研究组的合作研究论文“CoxsackievirusA10atomicstructurefacilitatingthediscoveryofabroad-spectruminhibitoragainsthumanenteroviruses”。该工作解析了人柯萨奇病毒A10(CV-A10)成熟病毒和空心颗粒的原子分辨率冷冻电镜结构(达到2.84埃),揭示了该病毒VP1疏水口袋中脂质pocketfactor的结构。基于结构信息筛选得到一种对人肠道病毒具有广谱抑制效应的化合物,促进广谱的人肠道病毒抑制药物的研发。  手足口病(hand-footandmouthdisease,HFMD)在亚太地区的婴幼儿中每年都有广泛流行。在中国,每年约有上百万婴幼儿感染手足口病,严重影响儿童健康。手足口病主要由肠道病毒感染导致,人类肠道病毒有A、B、C、D四个种属,来自A种属的CV-A10是主要的致病原之一,常与其他致手足口病的肠道病毒共传播,它引起的感染目前尚无有效的预防疫苗或治疗药物。  丛尧研究组与黄忠研究组密切合作,依托国家蛋白质科学研究(上海)设施的冷冻电镜设施,解析了分辨率为2.84埃和3.12埃的CV-A10的成熟病毒和空心颗粒的冷冻电镜结构,揭示了CV-A10的疏水口袋和pocketfactor的原子分辨率结构细节。通过与中科院上海药物研究所朱维良研究组合作,在结构信息基础上进行了针对此位点的高通量药物筛选,并进行后续细胞实验,从四百万个小分子化合物中成功筛选得到四个能在体外有效抑制CV-A10感染的化合物。其中化合物ICA135对小鼠体内的CV-A10也能起到抗病毒作用,且对人类肠道病毒的数种代表性病毒毒株都有抑制效应,是极有前景的指导人类肠道病毒抑制药物开发的先导化合物。该项研究解析了CV-A10病毒颗粒的原子分辨率结构,促进了广谱的人类肠道病毒抑制药物的研发。  丛尧组博士陈进寰,黄忠组博士后叶晓华、博士研究生张雪阳,及朱维良组博士研究生朱正诞为论文共同第一作者,丛尧与黄忠为论文共同通讯作者。该研究得到国家蛋白质科学研究(上海)设施的冷冻电镜系统及数据库与计算分析系统的大力支持。参与该研究的还包括普渡大学教授江文。该研究得到国家自然科学基金委、国家科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)和上海市科委等的资助。  文章链接 图:人柯萨奇病毒CV-A10的原子分辨率冷冻电镜结构解析,及基于结构筛选得到的对人肠道病毒有广谱抑制效应的化合物IC135

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  近十几年来,洞穴石笋由于定年准确、沉积连续、分布广泛、分辨率高等优点,逐渐成为古气候和古环境重建的“第四大支柱”。古气候学家通过亚洲季风区的石笋记录,重建了晚第四纪以来亚洲夏季风的变化情况。然而,随着研究的深入,关于中国石笋氧同位素的气候环境意义解读在国内外引起了广泛讨论。一部分学者将中国石笋氧同位素与季风强度或者季风降雨相联系,而一部分学者认为中国石笋氧同位素指示了不同水汽来源相对贡献的变化。另外,Pausata等(2011)根据模拟结果,认为在Heinrich事件的时候中国季风区的石笋氧同位素受控于印度季风强度的变化,也即印度季风减弱,印度降雨的氧同位素偏重,相应输入到中国的水汽氧同位素也偏重。其模拟结果也显示,在Heinrich事件的时候,从印度到中国,降雨氧同位素的变化幅度逐渐减小。意味着中国石笋氧同位素代表了印度夏季风而不是东亚夏季风强度的变化。这一观点也得到了部分古气候学家的支持。   为了验证中国石笋氧同位素是否仅受控于印度季风强度的变化,中科院地球环境研究所“一带一路”气候环境研究中心谭亮成研究员团队,分析了陕南祥龙洞石笋(XL15)氧同位素在25.5–10.9kaBP期间的变化。研究显示在千年尺度上(包括H2,H1,BA和YD事件),XL15氧同位素记录与格陵兰冰芯以及亚洲季风区其他石笋记录具有相似变化,且与南美季风区的石笋记录具有半球间的反相位关系,这体现出全球季风的一致性特点。然而,当对比Heinrich事件期间XL15和印度石笋氧同位素的变化幅度时,发现与Pausata等(2011)的模拟结果不同,Heinrich事件期间印度到中国的石笋氧同位素的变化幅度并没有显示出减小的趋势。而且在H1事件的突变模式上,中国石笋氧同位素显示出了三阶段(增加-稳定-增加)的突变模式而印度石笋氧同位素则显示出了持续增加的突变模式。此外,在冰期-间冰期和十年尺度上,中国石笋氧同位素与印度季风区石笋氧同位素也存在一定的差异性,认为和中国东部石笋氧同位素同时也受到太平洋的影响有关。   为了提取出H1事件期间纯太平洋的信号,研究人员将受印度洋和太平洋共同影响的XL15氧同位素记录减去仅受印度洋控制的印度Mawmluh洞石笋记录,发现其与西太平洋暖池海表温度显著负相关关系。西太平洋暖池海温升高会增强菲律宾周围区域上空对流活动,导致西太副高和雨带北移,来自单一太平洋水汽(此处已经排除印度洋的水汽)的雨量效应导致XL15石笋氧同位素偏负。以上研究结果表明中国石笋氧同位素不仅仅只是受控于印度季风变化,印度夏季风和东亚夏季风都会对其产生影响。   该成果于2月12日在线发表于知名学术期刊《ClimateDynamics》上,第一作者为博士生李东(DongLi,LiangchengTan*,YanjunCaietal.2019.IsChinesestalagmiteδ18OsolelycontrolledbytheIndiansummermonsoon?ClimateDynamics.https://doi.org/10.1007/s00382-019-04671-x)。   本项工作得到了国家重点研发计划(2017YFA0603401)、陕西省杰出青年科学基金(2018JC-023)以及中科院青促会和西部之光人才培养计划的资助,是中科院地球环境研究所“一带一路”计划的系列研究成果。   论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-019-04671-x      XL15记录(绿色)和葫芦洞记录(红色),宋家洞记录(紫红色),Bittoo洞记录(紫色),Timta洞记录(橙色)以及Mawmluh洞记录(棕色)氧同位素变化幅度的对比   从XL15记录中提取出的太平洋信号与热带西太平洋暖池海表温度重建记录的对比。   (a)标准化后的XL15氧同位素记录,(b)标准化后的Mawmluh洞石笋氧同位素记录,(c)热带西太平洋暖池海表温度记录,(d)XL15减去MWS-1的结果

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  记者从厦门大学获悉,该校细胞应激生物学国家重点实验室周大旺教授团队发现和鉴定了血液中存在的一种细胞因子,能够通过特定机制调控胆汁酸代谢,进而控制肝脏再生、尺寸大小及癌变,为调控肝脏再生临床应用及预防肝癌产生提供了重要理论依据。该最新研究成果日前在国际期刊《发育细胞》上发表。  近年来,Hippo信号通路成为国内外研究的热门领域,该通路被认为对组织再生、器官大小以及肿瘤发生起着重要调控作用。在此次研究中,周大旺教授团队首先利用小鼠连体共生实验及先进的质谱技术,发现了血清中的一种细胞因子能够活化Hippo信号通路的关键激酶进而激活该通路,并抑制肝脏的生长。他们进一步研究发现,该种机制能够调控胆汁酸代谢使其处于稳态,当Hippo信号通路失能后,会导致小鼠胆汁酸代谢异常而使体内胆汁酸大量积累,高水平胆汁酸能够促进肝脏变大并最终产生肿瘤。而当饲喂小鼠能降低其体内胆汁酸水平的消胆胺时,则可以有效缓解肝脏过度生长及肿瘤的形成。

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  记者从哈尔滨工业大学获悉,该校生命学院教授黄志伟课题组完成的一项课题《高保真SpCas9变体的结构基础》,日前发表在最新一期国际期刊《细胞研究》上。该成果不仅首次揭示了高保真的Cas9基因编辑系统的分子机制,而且为改造SpCas9以及其他Cas核酸内切酶,使之成为更高效、更特异的基因编辑工具夯实了关键结构基础,具有指导改造新型基因编辑系统的应用价值,有望治疗遗传性疾病和疑难病。  CRISPR-Cas9系统作为最广泛使用的基因编辑工具被应用于生物、医学等领域,可以对基因进行编辑。目前,通过全球基因编辑领域科学家的努力,还在Cas9基础上产生了高保真的SpCas9突变体,这些突变体都能成为更高效、更便捷的基因编辑工具和系统。但脱靶效应成了这一高效基因编辑工具的最大伤害,会带来意想不到的突变,让人类难以精确调控基因编辑工具在什么时间、什么位置进行编辑。  上述研究一方面通过结构生物学手段阐述了SpCas9变体识别底物的高兼容性和高保真性的分子机制;另一方面合理设计了更多的突变体,以进一步提升底物的兼容能力与保真性。

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