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关键词： 糖基转移酶   定向进化   天然产物   区域选择性   生物催化  

摘要： 糖苷类天然产物是一类结构复杂多样的小分子化合物,具备强大的生物活性。自然界中,大多是糖基化反应均是由糖基转移酶（UGTs）介导的,通过将活化的糖基供体转移到受体分子上,可显著改善其水溶性、稳定性、靶向性等。以天麻苷为例,作为从传统中草药天麻（Gastrodia elata Bl.）中提取的一种糖苷类化合物,其具有镇痛、抗炎、镇静等药理作用。然而,野生型酶在工业生产过程无法表现出最佳的催化效率,且常伴随较差的区域选择性,这阻碍了UGTs的实际应用。同时提高天然酶的催化活性与区域选择性仍是一项艰巨的挑战。本论文从一株底物谱较为宽泛的糖基转移酶UGTBL1出发,综合运用定向进化和半理性设计手段改造其糖基化的区域选择性,减轻酶活与选择性之间长期存在的“Trade-off”（权衡）现象。探究了调控区域选择性的分子机制,并建立全细胞催化体系,实现了天麻苷的高效生物制备。主要研究工作如下: （1）综合运用定向进化与半理性设计对糖基转移酶UGTBL1进行改造。构建双轮突变体文库,利用荧光信号强弱变化表征突变体催化活性。选取底物结合口袋附近6（?）范围内的6个loop区域引入随机突变,通过FACS实现对文库的高通量筛选。设置85%的活性阈值区间,拆分出32个潜在的阳性位点,检测各阳性单点对于酶活以及选择性的贡献度大小,锁定了改造选择性的关键残基:I62。并结合贪婪算法沿不同进化路径逐步构建组合突变体,最终获得一株活性与区域选择性均有所改善的六点突变体,以酚苷为主要产物（天麻苷:对羟基苯甲醇4’-O-β-葡萄糖苷=7.98:1）,减轻了长期存在于活性与区域选择性之间的“Trade-off”现象。 （2）检测了WT及突变体对不同结构底物的催化性能。在底物对羟基苯甲醇的基础上,额外选取了5种结构各异的底物,检测了催化能力及区域选择性偏好的变化情况。最佳突变体对于在以对羟基苯甲醇为底物时,产物天麻苷的比例为89%;以酪醇为底物时,产物淫羊藿次苷D2比例为78%;以白藜芦醇为底物时,产物白藜芦醇4′-O-β-葡萄糖苷的比例为90%,与WT相比均有不同程度的区域选择性提升。 （3）深入探究了调控区域选择性变化的分子机制。通过分子对接及分子动力学模拟手段解析在酶结合口袋中底物的锚定位置与区域选择性之间的关系,与WT相比,最佳突变体酚羟基与UDPG活化葡萄糖基之间距离缩小约0.7（?）,底物通道长度缩短约3.7（?）,底物通道曲率变小且直径增大2.1（?）。对接结果显示,不同底物在结合口袋内均发生了一定程度的旋转,推测正是这种锚定角度的变化导致区域选择性发生变化。 （4）构建糖基转移酶UGTBL1最佳突变体的全细胞催化体系并优化反应条件。在5m M对羟基苯甲醇,7.5 m M UDPG,20 m M磷酸盐缓冲液（p H 8.0）的反应体系中,30℃全细胞催化48 h可获得糖苷类天然产物天麻苷1066.2 mg·L-1。本实验是采用大肠杆菌（Escherichia coli）工程菌全细胞催化对羟基苯甲醇,糖苷产物分散于胞外培养液中,有利于后续产物的分离与纯化,降低下游分离的步骤与成本。

ISBN: (数字)9780323958578 ISBN: (纸本)9780323917490

摘要： Nanobiotechnology for Food Processing and Packaging covers nanomaterials' application as an eco-friendly, greener, cost-effective and easy handling and management approach that can help prevent various high-level physical, biological and chemical contamination in foodstuff. Written by experts from a multidisciplinary perspective, each chapter addresses nanomaterials' application as a sustainable tool for the management of uncountable food processing and packaging challenges. Sections focus on nanobiotechnology in processing and packaging, considering food quality, safety and management aspects. The book also highlights various preparative methods and antimicrobial/antifungal activities, including the mechanism of the antimicrobial action of various bionanocomposites and food toxin detection nanobiosensor nano additives. Other sections cover possible food toxin detection, food packaging, and materials such as nanomaterials, nanocomposites, carbon-based nanomaterials, polymer-based nanocomposites and various binary and tertiary nanocomposites and their mechanistic approach.

关键词： 碱回收   扩散渗析   阳离子交换膜   聚乙烯醇   杂化膜  

摘要： 扩散渗析（DD）是碱性废液处理的主要方法之一,其中阳离子交换膜（CEM）是影响扩散渗析过程的核心组分,因此,制备高性能阳离子交换膜尤为重要。本研究分别制备了聚乙烯醇/纳米纤维素膜、聚乙烯醇/介孔氧化硅膜这两类有机-无机杂化阳离子交换膜,其中纳米纤维素带有羧基或磺酸基,介孔氧化硅带有磺酸基。对这两类膜进行了性质表征和性能评价,探讨了不同材料配比的膜对碱式扩散渗析的影响。主要研究结果如下: （1）以聚乙烯醇（PVA）为基体,添加纳米纤维素(羧基化纤维素纳米纤维（CNF）或磺化纳米纤维素晶须（CNC）)和硅烷偶联剂(（3-巯丙基）三乙氧基硅烷（MPTES）或乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）),流延法制备聚乙烯醇/纳米纤维素膜,探究纳米纤维素和硅烷偶联剂种类对膜碱回收性能的影响,优选最佳组分并深入研究不同配比产生的影响。结果表明,当铸膜液组成为PVA、CNF、MPTES,且质量比为90:10:5时,所得膜M1的扩散渗析性能最佳,其OH-的渗析系数为0.0087 m/h、WO42-渗析系数为0.00026 m/h,分离因子为33。膜在65℃碱液中溶胀度为220%,质量损失率16.3%。 （2）以聚甲基氢硅氧烷为硅源,将正硅酸乙酯（TEOS）、（3-巯丙基）三乙氧基硅烷（MPTES）共聚缩合制备出巯基化的介孔氧化硅材料,再利用强氧化剂对巯基处理得到磺酸基团,最终合成带有磺酸基官能团的介孔氧化硅MS-S。通过红外光谱分析材料所带的基团、透射电镜观察材料的结构、氮气吸附-脱附计算材料的比表面积和孔径,最终确定该功能材料MS-S为带有磺酸功能基团的介孔氧化硅材料,其比表面积为302.8368 m2/g,平均孔径为4.35 nm。以PVA为基体,将功能材料MS-S制成悬浮液,按照不同的质量配比共混制备出聚乙烯醇/介孔氧化硅膜（PVA/MS-S膜）。扩散渗析测试表明,随着功能材料MS-S的含量由0增加到4%时,膜的OH-渗析系数由0.0066m/h增长至0.008 m/h,分离因子先升高至峰值后降低,MS-S占总质量的4%时膜性能最优,OH-的渗析系数为0.0074 m/h,分离因子为28.5,在65℃碱液中的溶胀度为166%,质量损失率13.7%。

关键词： Biotechnology  

ISBN: (数字)9780443141133 ISBN: (纸本)9780443141126

摘要： Microbial Biotechnology for Bioenergy presents emerging biotechnological and microbiological approaches in bioenergy and their economic, social, and environmental implications. Section 1 of this book includes an overview of bioenergy, global statistics and projections for future bioenergy development, the role of biotechnology and bioprocesses in bioenergy, feedstock sources, challenges, decarbonisation, and emerging innovations and technologies. Section 2 examines biotechnology and microbiology for bioenergy, including chapters on bioconversion of biomass energy and biological residues, utilizing organic waste, the biotechnology of biofuels including bioethanol, biodiesel, and biohydrogen, the sustainability of cellulosic ethanol energy and artificial photosynthesis, Power-to-X and integrating energy storage innovation, and microbial fuel cell sustainability. Finally, Section 3 explores policy and environmental aspects, providing a global perspective and impact projections based on present-day global statistics. Combining fundamentals and cutting-edge data, Microbial Biotechnology for Bioenergy is a valuable reference for biotechnologists, environmental engineers, and microbiologists working in bioenergy. Also included are ideas for new product development and possible improvement of existing products, as are insights into the unique nature of graphene and its types, including morphology and thickness, mechanical properties, electrical conductivity, elastic properties of 2D and 3D structures, and more.

关键词： 影像组学   肺结节   肺腺癌   计算机体层摄影   机器学习   人机竞赛   计算机体层摄影   肺腺癌   预后预测   影像组学   影像基因组学   深度学习   肿瘤微环境   计算机体层摄影   肺腺癌   影像基因组学   深度学习   EGFR突变   KRAS突变   DCA曲线   校准曲线  

摘要： 第一部分:鉴别肺腺癌谱病变病理侵袭性的影像组学模型的探索和比较 目的:探讨预训练影像组学模型对肺腺癌谱病变的病理侵袭性的诊断效能,并客观比较预训练分类器与年龄、感兴趣区域体积、高年资放射科医生的诊断效能。通过探究不同特征筛选方法和建模算法的不同组合,找到所探究方法中的最优方法及其组合,并将其与预训练模型进行更具体的比较。最后,进一步在一定范围内探究逻辑回归模型的最佳纳入特征数量。 方法:对经手术病理证实的172例5-30mm肺腺癌谱病变患者的术前CT影像进行回顾性分析。由两位放射科医生间隔六个月的时间分别进行感兴趣区域勾画。使用Pyradiomics包提取术前CT图像病灶的影像组学特征,通过组间相关系数和带L2惩罚项的逻辑回归进行特征筛选,并根据所选特征建立三种预训练分类器模型,绘制ROC曲线。两位高年资放射科医生在不知道病理结果的情况下对结节的侵袭性概率进行评分。采用Delong检验将预训练分类器的诊断效能与年龄、ROI体积、高年资医生的诊断效能进行比较。进一步基于各模型参数分别探究4种特征筛选方法和11种建模算法中的最优侵袭性二分类方法以及两者的最优组合。然后对预训练模型和优化模型通过混淆矩阵和校准曲线进行具体比较。最后探究不同特征数量对逻辑回归模型效能的影响。 结果:共有169例肺腺癌患者纳入研究,共172个结节,患者平均年龄为(51.87±11.06)岁。Delong检验显示,三种预训练分类器之间的诊断效能无显著差异,且三种预训练分类器与ROI体积和高年资医生在诊断效能上亦无显著差异。在所探究的算法中,最优特征筛选方法为互信息法,最优建模算法为极致梯度提升。最优的特征筛选-建模算法组合为递归特征消除联合极致梯度提升,该模型与预训练极致梯度提升模型相比具有相似的混淆矩阵。优化预训练模型的特征筛选方法后,模型的校准 曲线稳定性有显著提升。在(5,25)范围内,逻辑回归模型的最优特征数量为19或20。 结论:影像组学分类器模型在肺腺癌谱病变的术前病理诊断中具有较高的准确性,其诊断效能与ROI体积以及高年资医生相当。针对此问题最优的特征筛选方法是互信息法,最优建模算法为极致梯度提升,最优的组合模型为递归特征消除联合极致梯度提升。在一定范围中间存在逻辑回归模型最佳纳入特征数。 第二部分:预测肺腺癌患者预后的影像组学模型与2.5D深度学习模型的探索和比较 目的:构建对肺腺癌患者进行危险分层的影像组学模型和2.5D深度学习模型,并比较两者的效能。探究影像组学特征与肿瘤微环境的关系并构建结合深度学习评分与临床特征的预后预测诺莫图。 方法:本研究为对TCIA数据库中的NSCLC-Radiogenomics数据集的再分析。原始研究共包括211名非小细胞肺癌患者,经纳排共114名肺腺癌患者被纳入模型构建分析。完成对纳入的肺腺癌患者术前CT图像的分割后,使用Pyradiomics包提取影像组学特征。结合无病生存期资料,通过单因素COX回归-LASSO回归-多因素COX回归的连续过程构建预测肺腺癌患者术后预后的影像组学模型,获得所有患者的Rad-score。同时通过Resnet 50深度学习算法提取每例患者的最大ROI截面及其上下各两层的矩形区域的深度学习特征,并通过主成分分析法对特征降维。通过LASSO回归-多因素COX回归构建2.5D深度学习模型,得到各患者的DL-score。分别根据两种风险得分的中位值将患者分为高、低风险两组,通过生存曲线分析高低风险组的生存差异。随后将多种临床因素和两种模型纳入多因素COX回归模型,得到临床-影像组学混合模型以及临床-深度学习诺莫图。并通过时间ROC曲线下面积比较影像组学模型、混合模型、T分期、G分期以及2.5D深度学习模型的预后预测效能。最后,基于肿瘤样本的转录组测序资料得到ESTIMATE打分和CIBERSORT分析结果,进而比较影像组学高低风险组肿瘤样本的肿瘤细胞纯度,以及分析影像组学特征与免疫细胞浸润比例的相关性。 结果:影像组学方法从每个感兴趣区共提取得到863个影像组学特征。2.5D深度学习方法对每例结节共提取5240个特征,进一步降维至110个特征。分别根据Rad-score和DL-score中位值划分的高低风险组之间,生存均具有显著差异。构建的影像组学模型、临床-影像组学混合模型以及2.5D深度学习模型三年ROC曲线下面积分别为0.728、0.739、0.819。基于DL-score和N分期、M分期以及是否接受放疗构建了生存预测诺莫图。基于Rad-score的高风险组相较于低风险组有显著更高的ESTIMATE评分。影像组学高风险特征可能与更高的调节性T细胞浸润比例以及更低的树突状细胞、活化的CD4记忆T细胞浸润比例相关。 结论:2.5D深度学习模型相较于影像组学模型对于

关键词： 黑老虎   质体基因组   遗传多样性   SSR位点   系统发育  

摘要： 【目的】发掘我国重要资源植物黑老虎（Kadsura coccinea）的叶绿体基因组高变异区域及SSR变异位点，为其遗传多样性及种质资源评估奠定基础。【方法】获取5个黑老虎个体的叶绿体基因组，通过基因注释，采用生物信息学方法开展核苷酸多态性、简单重复序列（simple sequarce repeat, SSR）分析，并以2个五味子属植物为外类群分析南五味子属的系统发育关系。【结果】黑老虎完整叶绿体基因组为典型的四分体环状结构，长度为145 413～145 903 bp。其中，大单拷贝区的长度范围为94 457～94 757 bp,小单拷贝区的长度为18 032～18 047 bp,重复区为16 431～16 552 bp。黑老虎叶绿体基因组编码125个基因，蛋白编码基因、tRNA基因、rRNA基因分别为82、35、8个；总G（鸟嘌呤）和C（胞嘧啶）的碱基数占总碱基数的比例（GC占比）为39.7%。采用滑动窗口法分析发现黑老虎叶绿体基因组上petN-psbM和trnS-GCU-trnG-UCC具有很高的核苷酸多态性（Pi> 0.03）。该物种叶绿体基因组上共有212个SSR位点，其中24个SSR位点在5个黑老虎个体间存在多态变异，具有应用前景。系统发育分析表明，此次研究中黑老虎个体聚成一支，与同属其他物种关系较远。【结论】本研究首次系统比较了多个黑老虎个体的叶绿体基因组，发掘出基因组内的高变异区域及变异SSR位点，为其遗传多样性及种质资源评估奠定了基础。

关键词： 哮喘   过敏   过敏性致敏   免疫球蛋白E   参考区间   哮喘   免疫球蛋白E   年龄组   起病时间   相关因素   哮喘   免疫球蛋白E   儿童   蛋白组学   基因组学   哮喘   免疫球蛋白E   细菌、真菌   微流控芯片   儿童  

摘要： 第一部分基于NHANES数据库对下一代IgE参考区间在哮喘识别中的应用价值分析 背景:总IgE(total IgE,tIgE)参考区间(reference interval,RI)在哮喘识别中的应用价值一直存在争论,主要是由于哮喘和非哮喘个体有着大范围的tIgE水平重叠。少量研究显示,通过tIgE RI识别过敏性致敏的准确性是可以接受的。然而,目前缺乏基于过敏原特异性IgE(allergen-specific,s IgE)的tIgE RI,也缺乏随年龄变化的下一代RI。 目的:本研究旨在探讨现有tIgE RI在识别哮喘和过敏性致敏方面的应用价值,建立基于病史与s IgE的下一代tIgE RI,并进一步探讨tIgE RI应用于哮喘及过敏性疾病诊断策略中的可行性与潜在获益。 方法:本研究分为两个阶段。第一阶段将美国2014年tIgE RI与美国营养与健康调查(National Health and Nutrition Examination Survey,NHANES)2005～2006数据库相结合,计算灵敏度(sensitivity,Sen)、特异度(specificity,Spec)、阳性预测值(positive predictive value,PPV)、阴性预测值(negative predictive value,NPV)、κ系数和曲线下面积(area under the curve,AUC)来评估2014 tIgE RI的应用价值。第二阶段在美国临床与实验室标准协会(Clinical and Laboratory Standards Institute,CLSI)推荐方法的基础上,利用NHANES2005～2006数据库确定参考人群,建立基于病史与s IgE的下一代tIgE RI并评估其应用价值。此外,进行情景假设分析,探讨tIgE RI能否用于临床实践中。 结果:本研究共分析7988名调查对象,其中2118(26.5%)人被确定为参考人群。2014 tIgE RI在识别哮喘(Sen 0.26,Spec 0.89,PPV0.32,NPV 0.86,κ0.17,AUC 0.58)或过敏性致敏(Sen 0.27,Spec 0.97,PPV 0.89,NPV 0.59,κ0.25,AUC 0.62)的准确性不够理想。基于病史与s IgE建立的新RI可以提高tIgE RI在识别哮喘(Sen 0.47,Spec 0.75,PPV 0.27,NPV 0.88,κ0.19,AUC 0.61)和过敏性致敏(Sen 0.53,Spec 0.90,PPV 0.83,NPV 0.68,κ0.44,AUC 0.72)的准确性。情景假设分析显示,将新建立的tIgE RI应用于临床实践时,4288名有相关症状的疑似哮喘/过敏性疾病患者中有1523(35.5%)人可以启动抗过敏治疗,其中1335(87.7%)人在随后的s IgE检测中证实了过敏性致敏的存在。 结论:tIgE RI识别致敏的应用价值高于识别哮喘,在其它过敏性疾病中同样如此。未来在建立tIgE RI时需要考虑参考人群的s IgE状态,以及对下一代RI的需求。此外,将新tIgE RI应用于哮喘/过敏性疾病的策略中可使大约三分之一的患者获益。 第二部分基于NHANES数据库对IgE在不同年龄过敏性哮喘患者中的特征及相关因素分析 背景:过敏性哮喘(allergic asthma,AA)儿童患者和成人患者的临床特征有所不同,抗IgE治疗的临床获益也不同,提示AA患者临床特征的年龄相关差异可能与IgE有关。然而,现有资料多来自于儿童或成人的独立研究,需要进一步联合分析不同年龄组IgE的特征及其相关因素的差异。 目的:本研究旨在联合分析IgE在儿童和成人AA患者中的特征与相关因素,并根据起病时间进一步分组,比较不同患者的差异。 方法:本研究将NHANES 2005～2006数据库中的AA患者分为三组:儿童AA患者(第1组)、儿童期起病的成人AA患者(第2组)和成年期起病的AA患者(第3组)。分析比较3组患者tIgE和15种s IgE的特征、tIgE与s IgE的关系、以及不同s IgE之间的关系,并进一步分析比较IgE与室内过敏原浓度、环境化学物质、哮喘相关问题之间的关系。 结果:本研究共分析424名AA患者,其中第1组187(44.1%)人,第2组132(31.1%)人,第3组105(24.8%)人。第1组tIgE水平(268.0 k U/L)高于第2、3组(224.0、165.0 k U/L),且第1、2组致敏率高于第3组,尤其是链格孢s IgE(3.0～3.3倍)和曲霉菌s IgE(2.3～2.7倍)。在第1组中,花粉s IgE与室内过敏原呈负相关,但这种负相关在第2、3

关键词： 近视   机制   蛋白质组学   基因组学   代谢组学   微生物组学  

摘要： 作为全球性的公共卫生难题, 近视可导致黄斑病变、青光眼等不可逆转视觉损伤性眼病的发生, 且近视的患病率仍处于不断攀升中, 为社会及家庭带来沉重的负担。因此近视防控的重点应是降低近视患病率, 防止其引起的未矫正屈光不正和视力的不可逆损害。然而近视的发生发展机制十分复杂, 至今仍未完全阐明。近年来, 随着科技与信息技术的进步, 组学技术的出现为疾病的机制研究提供了更有效的手段, 其中基因组、蛋白组、代谢组及微生物组学等技术均已应用于近视的相关研究中。而明确近视导致机体改变的生物化学途径和某些潜在的致病生物标记物对于近视的防控防治可能具有重大意义。现就不同组学技术在近视机制研究中的应用进行综述, 旨在协助临床制定更有效的预防和治疗措施。