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关键词： 生物基因工程   医药领域   生物技术   DNA   分子生物学  

摘要： 近年来，在我国科学技术迅猛发展的同时，生物基因工程也在大力推广现代生物技术。作为现代生物技术的产物，生物基因工程在医药领域扮演着十分重要的角色，使医疗水平得到了极大提升，推动了医疗产业的发展，也为人们的健康生活提供了保障。本文首先对生物基因工程进行概述，其次总结了生物基因工程在医药领域的具体应用，并对生物基因工程应用的利弊进行了分析，最后对生物基因工程未来发展进行展望。

关键词： 早发型胃癌   临床病理特征   新辅助治疗   个体化治疗   生存率   早发型胃癌   基因组学   易感基因   蛋白组学   早发性胃癌(EOGC)   多组学   机器学习   铁死亡   ACVR1  

摘要： 第1章早发型胃癌的临床病理特征和新辅助治疗效果 目的:早发型胃癌(Early-Onset Gastric Cancer,EOGC)是一类主要在青壮年期间发病的恶性肿瘤。与非早发型胃癌(Late-Onset Gastric Cancer,LOGC)相比,EOGC的患者往往在症状显现时已经处于疾病的进展期,并且这类肿瘤通常具有较高的死亡率。因此,探究EOGC的早期发生机制,发展新型诊断标志物和治疗策略,以及深入理解其病理特性,对于改善EOGC患者的预后具有至关重要的意义。本研究旨在分析EOGC患者的独特临床病理特征,探索与EOGC治疗相关的分子标记物,评估新辅助治疗的效果,以及进一步研究这些因素对治疗策略和患者预后的具体影响。 方法:本研究采用回顾性分析方法,针对2017年1月至2020年5月期间在北京协和医院接受新辅助治疗并随后进行手术治疗的胃癌患者进行评估。根据诊断时的年龄,患者被分为早发型胃癌组(EOGC组,55岁及以下)和非早发型胃癌组(LOGC组,超过55岁)。同时,详细收集了患者的基本临床信息,包括但不限于年龄、性别、肿瘤位置、肿瘤分化程度、Lauren分类和淋巴结转移情况。此外,本研究收集了肿瘤分子标志物信息,如人表皮生长因子受体2、Claudin 18.2、错配修复蛋白状态、程序性死亡配体1、EBV状态等,并分析了新辅助治疗前后的肿瘤响应,包括病理完全缓解比例和肿瘤退缩分级(CAP系统)。本研究采用Kaplan Meier方法和Log rank测试比较了两组患者的总生存率和无疾病进展生存率,并且利用限制性立方样条(Restricted cubic spline,RCS)模型分析发病年龄与胃癌死亡风险的关系。 结果:本研究共纳入249例胃癌患者,其中EOGC组102例,LOGC组147例。EOGC组患者表现出独特的临床病理特征,如女性比例显著高于LOGC组(57%对21%,P<0.001),吸烟史和饮酒史较少。病理分析显示EOGC组中低分化肿瘤比例显著高于非EOGC组(66%对34%,P<0.001),弥漫型肿瘤在EOGC组中的比例也显著高于非EOGC组(54%对22%,P<0.001)。在治疗相关分子标记物方面,两组未展现出明显差异。新辅助治疗后,EOGC组治疗效果较差,处于CAP3级别的病理反应显著高于LOGC组(57%对35%,P=0.009)。生存率分析表明,EOGC和LOGC组的1年生存率无显著差异,但EOGC组的5年生存率略低于LOGC组(48.4%对55.7%),RCS模型表明胃癌的诊断年龄与死亡风险之间呈现出非线性U形剂量-反应关系(非线性检验P=0.0272)。性别分层后显示早发型女性胃癌患者的预后最差且病理完全反应率最低。 结论:本研究强调了EOGC作为与LOGC相比不同的疾病实体,展现了独特的临床病理特征和对新辅助治疗的反应性差异。特别是,EOGC以女性患者为主,其特点包括较低的吸烟和饮酒史比例、低分化和弥漫型肿瘤,以及较高的印戒细胞比例。EOGC患者对新辅助治疗的反应较差,尤其是在女性患者中更为显著。此外,胃癌发病年龄与死亡风险之间的非线性U形剂量反应关系揭示了 EOGC与LOGC间的生物学差异,尤其是在早发型女性胃癌患者中,预后表现尤为不佳。当前的治疗策略未能充分考虑这些差异,导致EOGC患者在临床试验中的代表性不足,亟需针对性的治疗方法以改善这一群体的治疗效果和生存质量。 第2章早发型胃癌的基因组学和蛋白组学研究 目的:本研究旨在深入探究早发型胃癌(EOGC)患者的遗传特征,特别关注胚系变异以及这些变异对新辅助治疗反应的影响。此外,研究利用临床和蛋白质组学数据集进行相互作用效应回归分析,旨在筛选出对治疗有敏感反应的生物标记物,以为更高效的个性化治疗策略提供科学基础。 方法:本研究纳入了2022年6月至2023年6月期间在北京协和医院就诊的经病理证实胃癌,且排除了其他类型的胃部肿瘤及遗传性肿瘤综合征患者的35名EOGC患者。采用EDTA抗凝真空采血管收集的外周血进行DNA提取,并通过NovaSeq6000平台进行全外显子组测序。进一步对数据进行质量控制和序列比对,Sentieon流程用于变异位点的识别与注释。筛选出质控分数超过150且在非肿瘤人群数据库中变异频率低于0.001的变异位点。同时评估变异位点导致的氨基酸改变对蛋白影响作用。此外,利用"WGCNA"包对来源于ProteomeXchange Consortium(PXD038214)的蛋白组学数据提取出EOGC样本进行分析,识别功能模块并注释,采用多种统计模型分析模块得分与病理特征的相关性,以筛选出潜在的化疗反应标志物。 结果:在本研究中,35例EOGC患者的全外显子组测序平均每个样本检测到84,739个变异,其中单核

关键词： 缨翅目   蓟马科   基因重排   线粒体基因组   系统发育关系  

摘要： 蓟马科Thripidae隶属于昆虫纲Insecta缨翅目Thysanoptera锯尾亚目Terebrantia,是锯尾亚目中物种数量最为庞大的一个科,其中包含290余属2100余种,该科包括四个亚科,蓟马亚科Thripinae、针蓟马亚科Panchaetothripinae、棍蓟马亚科Dendrothripinae和绢蓟马亚科Sericothripinae,其中蓟马亚科是最大的亚科。蓟马科物种多为植食性类群,少数类群为捕食性。无论是在传统分类学还是分子生物学研究中,该科内物种的系统发育关系一直存在争议,其中蓟马亚科未曾解决其单系性,导致蓟马科内部的系统发育关系仍不明确。本研究通过对蓟马科昆虫线粒体基因组数据的分析研究来进一步揭示蓟马科物种的系统发育关系,为后续蓟马科内部各亚科及属团关系提供一定的数据支持。 截至2023年11月,从Gen Bank数据库共统计到32种33条缨翅目昆虫线粒体基因组数据,其中蓟马科共21种22条分子数据,为了获得更多的线粒体基因组数据,更好地揭示蓟马科内系统发育关系,本研究测定了蓟马科7属9种昆虫线粒体基因组,分别为:芒缺翅蓟马Aptinothrips stylifer、饰棍蓟马Dendrothrips ornatus、棕翅棍蓟马Dendrothrips stannardi、蔗腹齿蓟马Fulmekida serrata、新绢蓟马Neohydatothrips sp.、间齿蓟马Odontothrips intermedius、菜豆齿蓟马Odontothrips phaseoli、榆敏蓟马Oxythrips ulmifoliorum和二色缺缨针蓟马Phibalothrips peringueyi,并对获得的九种线粒体基因组进行了结构分析、比较基因组学及系统发育研究,主要研究结果如下: 1.所测得的蓟马科物种线粒体基因组多数为37个基因,且该基因组均为闭合环状双链DNA分子,所测得的蓟马科物种线粒体基因组长度均较为稳定,在14,882 bp～16,448 bp之间;部分物种的线粒体基因组中缺少t RNA基因:榆敏蓟马Oxythrips ulmifoliorum缺少trn S1、trn T基因;二色缺缨针蓟马Phibalothrips peringuey和新绢蓟马Neohydatothrips sp.缺少trn V基因。 2.蓟马科物种线粒体基因组具有明显的AT碱基偏向性,且多数物种的AT偏斜值均为正值,仅有部分物种的AT偏斜为负值,表明在蓟马科物种中,相对于T碱基,该物种类群更偏向于使用A碱基。 3.蓟马科物种所有的蛋白编码基因中,多数在环境压力下选择了同义突变,受到了纯化选择,但多数物种的atp8基因均收到了正选择,其基因进化速率加快。常用的起始密码子为:ATA、ATT、ATG,部分物种使用TTG、ATC以及AAA作为起始密码子;常用的终止密码子为TAA、T、TAG,极少数物种使用TA、A作为终止密码子。蓟马科物种多数t RNA均具有稳定的四叶草二级结构,但在trn S1和trn V中经常出现缺少DHU臂的情况,极少数还会出现缺少TΨC臂,如新绢蓟马Neohydatothrips sp.的trn Y基因缺少TΨC臂。蓟马科9条物种均存在控制区,控制区长度在171～878 bp之间。 4.在本研究中的9条蓟马科线粒体基因组数据均出现了基因重排现象,与节肢动物祖先基因序列进行比较,我们发现保守基因簇atp8-atp6、nad5-trn H-nad4-nad4L仅在二色缺缨针蓟马Phibalothrips peringuey中没有出现,相反的该物种这两个基因簇均发生了异位倒置。所有的rrn S和rrn L基因都发生了异位倒置且并没有相互接近,而是相互远离。 5.基于40条蓟马分子数据所构建了两种数据集,构建ML和BI树,各数据集的拓扑结构一致。两种系统发育树都支持了各科的单系性,在对蓟马科内各亚科的单系性,两数据集的系统发育结果稍有偏差,蛋白编码数据集不支持棍蓟马亚科的单系性,而全线粒体基因组数据集支持了棍蓟马亚科的单系性,且支持度较高,这与传统分类学观点一致;支持了本研究中蓟马亚科的并系以及其中各属团的单系性,但蓟马属团内部的系统发育关系并未得到很好的解决,主要是蓟马属的单系性未得到解决,且本研究推测腹齿蓟马属是直鬃蓟马属的异名,应均归为蓟马属。 本研究得到的蓟马科内各类群系统发育关系如下:((小管丰针蓟马+二色缺缨针蓟马)+腹突皱针蓟马))+((玉米黄呆蓟马+(芒缺翅蓟马+榆敏蓟马))+((茶棍蓟马+(饰棍蓟马+棕翅棍蓟马))+桑伪棍蓟马))+((((花蓟马+(西花蓟马+Frankliniella panamensis))+((普通大蓟马+(间齿蓟马+菜豆齿蓟马))+贡山喙蓟马))+((((

关键词： 拜登政府   生物安全政策   “竞赢”战略   生物经济   生物技术  

摘要： 埃博拉、非典和新冠病毒等全球性生物安全危机愈发具有安全含义,一些国家逐渐开始从国家安全的视角来应对生物安全问题。换而言之,生物安全问题呈现出被安全化的趋势。作为全球生物安全治理领域的重要利益攸关者,美国的生物安全政策充分表明了“安全化”逻辑。多年以来,美国历届政府不断推进生物治理的安全化进程。然而,在特朗普政府执政期间,其对于生物安全治理的治理失控导致了多重危机,包括新冠肺炎疫情对美国构成的史无前例的生物安全危机、特朗普政府时期失灵的生物安全治理机制和美国在生物安全治理领域式微的国际领导力,这都成为拜登政府生物治理安全化的缘由,使得拜登政府不断出台新的生物安全战略,以应对日趋严峻的美国生物安全治理现状。 在2021年拜登政府上台后,其发布的《新冠应对和大流行防范的国家战略》《国家生物技术和生物制造倡议》和《国家生物防御战略和实施计划》等聚焦于生物安全的系列文件和倡议,标志着生物安全战略已经上升为美国政府的重要政策议程。拜登政府通过调整国内生物安全治理机制、加大生物安全领域的投资和开展卫生外交三种路径来推行其生物安全战略,使得美国的生物安全治理体系得以重新整合。总体而言,拜登政府的生物安全治理战略呈现出三大特点,即“伪多边主义”“地缘政治化”和“全社会”,其目标在于:以促进美国生物安全来强化美国整体国家安全、以生物安全为议题来重塑美国国际领导力、以发展生物产业来巩固美国生物技术霸权。 同时,本文还针对拜登政府生物安全治理体系下中美两国在这一领域的竞争与合作关系进行分析。在美国已确立对中国实施全面“竞赢”战略的背景下,生物安全治理领域不可避免地成为中美竞争的场域。这种竞争主要体现在全球生物安全治理制度竞争、生物技术经济竞争以及地缘政治竞争三个方面。拜登政府基于地缘政治考量和以“竞赢”为基调的生物安全战略使得中美生物安全合作前景黯淡。

关键词： 全钒液流电池   离子交换膜   离子选择性   超分子交联网络  

摘要： 随着可再生能源供应需求的不断增加,大规模电池储能系统在满足能源消费需求方面变得越来越重要,高效电能转化与规模性储能装置——全钒液流电池（VRFB）受到广泛的研究。离子交换膜作为VRFB储能系统中的关键材料,起到传输质子,阻隔正负极电解液交叉污染的作用。目前商业化常用于液流电池系统的离子交换膜,以Nafion系列全氟磺酸树脂膜为主,但存在合成工艺复杂导致价格昂贵,稳定性衰减导致钒电解液渗透等问题。本论文研究制备全碳非氟烯烃聚合物,以聚降冰片烯疏水主链与亲水侧链（羟基侧链、两性离子侧链）聚集诱导微相分离结构,构建离子传输通道,氢键协同质子传输;超分子交联（氢键交联）、阳离子基团与钒离子Donnan效应降低钒离子渗透;调节聚合物中功能性侧链含量,系统地探究聚合物膜结构与性能之间的构效关系。具体研究内容如下: 首先,合成侧链含有羟基的系列阴离子交换膜（PNOH-QA）,全碳聚降冰片烯主链结构使聚合物具有良好的加工性,膜的拉伸强度达25 MPa以上,并且化学稳定性与尺寸稳定性良好,耐久性测试120小时无明显钒渗透现象。随着聚合物中功能侧链含量增加,聚合物中阳离子基团与电解液中带有正电荷的钒离子通过Donnan效应协同作用使钒离子渗透率明显降低,其中最大为19.52×10-9 cm2/min。其次,聚合物结构中疏水的主链骨架与亲水柔性侧链形成微相分离,构建连续的亲水相通道,起到传输离子的作用,同时PNOH-QA聚合物侧链亲水的羟基基团在水环境中形成氢键协同传输离子,并随着功能单体含量增加,质子传导率呈上升趋势,最大为59 mS/cm。单电池性能测试,PNOH-QA系列膜的电压效率（VE）均低于商用Nafion212膜,但优异的阻钒性能使PNOH-QA-1/2膜具有较高的库伦效率（CE）,在高电流密下,CE达到95.6%左右,在电流密度80 mA/cm2下,自放电性能优于Nafion212膜。 针对PNOH-QA系列膜的离子传导率低的问题,进一步优化膜结构,保留PNOH-QA聚合物骨架和羟基侧链,同时引入直接传导质子的磺酸基团,得到一系列两性离子交换膜（PNOH-SQA）。侧链羟基与磺酸基团在水环境中形成超分子交联网络,随着两性功能单体含量增加,膜内部结构的致密性显著升高,同时有效提高膜离子传导率（95 mS/cm）。羟基协同两性离子交换膜的设计既保证了膜阻钒性能又提高了膜的离子传导率,其中PNOH-SQA-1/4表现出优异的离子选择性（43.59×10～5 S min/cm3）,在高电流密度下CE可达95%以上。PNOH-SQA系列膜中综合性能最好的PNOH-SQA-1/2膜的各项性能均达到或优于商用需求,进一步说明所制备的降冰片烯基聚合物膜具有良好的商业化应用价值。

关键词： 戊二醇   2-甲基四氢呋喃   酸碱协同催化   1,3-戊二烯   反式异构体  

摘要： 1,3-戊二烯作为最简单的不对称双烯烃,广泛应用于橡胶、胶粘剂、树脂、香料以及药物合成等领域,在聚合物和精细化工领域都表现出巨大的应用潜力。目前,1,3-戊二烯主要来源于石油裂解制乙烯产生的C5馏分,面临着化石能源的过度消耗、环境污染以及分离过程的高能耗和高成本等系列问题。在“碳达峰、碳中和”背景下,大力发展生物质能的开发与利用技术,有利于生态系统的可持续发展。此外,工业合成的1,3-戊二烯顺反异构体含量各不相同,只有反式-1,3-戊二烯才能够进行共聚合反应,这严重限制了其在基础化工材料领域的发展应用。因此,开发高产率的1,3-戊二烯合成技术,特别是反式-1,3-戊二烯,具有很高的经济效益和社会价值。本论文以C5生物质衍生物为原料,设计1,3-戊二烯的绿色、高效合成新方法,并实现反式-1,3-戊二烯的定向生产。开发了系列适应性的催化剂,研究了催化剂的表面结构、性质与催化反应活性、产物选择性之间的关系,并探究了可能的催化反应路径及反应机理。 论文的主要研究内容和结果如下: (1)以乳酸衍生的2,3-戊二酮为原料,经加氢、脱氧两步合成1,3-戊二烯。在Pt/Ce/Al2O3催化剂上实现了温和条件下2,3-戊二醇的高效加氢合成。在脱水实验中,研究了 3D-类海胆状磷酸镧催化剂的晶型结构、表面酸碱性质与催化性能、产物选择性之间的关系。2,3-戊二醇在酸碱位点的协同作用下生成1,3-戊二烯,在单独酸位点作用下则会发生频哪醇(Pinacol)重排副反应。布朗斯特(Br?nsted)酸位点的存在可以有效抑制Pinacol重排的发生,同时也是1,3-戊二烯生成的关键条件。提出了以E2机理为主,E1和Elcb为辅的独特脱水机理。此外,在研究中还发现了磷酸镧催化剂活性位点的原位自再生行为。受Pinacol重排副反应的影响,1,3-戊二烯的收率最高为62.6%。 (2)为了获得更高收率的1,3-戊二烯,以糠醛衍生的2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)为原料,研究了其在稀土磷酸盐催化剂上开环脱氧生成1,3-戊二烯的反应。通过一系列控制实验、催化剂表征以及DFT计算等,探究催化剂表面各种活性位点的作用及影响。2-MTHF以多位点平行模式吸附在稀土磷酸盐催化剂的表面,通过路易斯(Lewis)酸碱位点的协同作用开环脱氧直接生成戊二烯,规避了逆-普林斯(retro-Prins)缩合副反应的发生。Br?nsted酸位点的原位自再生特性,促进了 1,4-戊二烯的异构化,助力1,3-戊二烯的高效生产。提出了 2-MTHF在稀土磷酸盐表面开环脱氧合成1,3-戊二烯的全新反应途径。在优化反应条件下,1,3-戊二烯的收率最高可达97.2%,是目前已报道的最高值,但反式结构最高仅占68%。 (3)为了实现反式-1,3-戊二烯的定向生产,以葡萄糖衍生的2,4-戊二醇为原料,经不饱和戊烯醇合成反式-1,3-戊二烯。研究了 CeO2催化剂的晶面效应、表面性质与催化性能之间的关系。以(110)晶面为主的纳米棒CeO2表现出最好的催化性能,其表面的氧化还原性能(Ce4+(?)Ce3+)是催化2,4-戊二醇选择性脱水合成反式-3-戊烯-2-醇中间体的关键因素,催化剂表面的酸碱位点则会影响副反应的发生。在含Br?nsted酸位点的P/SiO2催化剂上实现了反式-3-戊烯-2-醇中间体到反式-1,3-戊二烯的高效定向生产。在双床催化体系下,1,3-戊二烯收率到达89.6%,其中反式结构占比高达89.9%,并且规避了1,4-戊二烯异构体的产生。

关键词： 雪豹   全基因组重测序   种群历史动态   近交   突变负荷  

摘要： 雪豹（Panthera uncia Schreber 1776）是一种仅在中亚3 600～6 000 m高山地区活动的珍稀大型猫科动物,也是全球关注的焦点物种之一。全球数量在7 000只左右,面临着栖息地丧失与退化、盗猎、人兽冲突等多方面因素威胁。由于雪豹机警、独来独往且远离人迹,因此野外研究较为困难。目前有关雪豹遗传学研究匮乏,对种群内部的遗传结构及全基因组水平的风险评估尚不系统。因此,本研究对105个由实验室在执法鉴定和行业监管中收集的雪豹组织样品进行全基因组重测序,结合2只已发表的雪豹全基因组测序数据,探究当下雪豹种群的遗传结构、基因组水平遗传多样性、种群历史、近交以及突变负荷等。主要结果如下: （1）107份雪豹样本共5354Gb全基因组重测序数据,平均测序深度22.06×±6.49×,平均基因组覆盖度99.45%±0.18%。基于基因组数据进行变异检测,通过一系列质控后,最终保留224万个高质量SNP位点用于后续分析。 （2）PCA分析结果显示:107份雪豹聚类成三簇:西部（W1）、北部（N1与3份本研究采集样本）及中部（剩余102份样本）。结合样品来源地判断,本研究中所采集的样本有3只来源于北部,102只来源于中部。 （3）种群结构分析表明:基于当前证据,建议全球雪豹归为西北部和中部两个种群。以家猫为外群构建最大似然树中,西部和北部5个样本聚为一支;PCA分析结果显示,中部、西部,北部样本分别聚为一簇;在Admixture分析中,当K设置为3到9时（假定祖先成分数量）,西部和北部5个样本祖先成分一致,均呈现与中部样本分离的趋势。西部和北部种群之间存在的基因交流要明显大于西部和北部种群之间的基因交流,由此也支持了通过种群结构分析判断得到的雪豹分为两个种群的合理性。 （4）种群历史动态重建的结果显示:从距今200万年开始,种群始终呈现缓慢下降趋势,且与其它几种大型猫科动物（狮子、豹、虎、美洲豹）的种群历史动态相比,雪豹种群数量基本处于最低水平。中部种群与西北部种群分化时间在1.5-2.5万年之间。 （5）雪豹两个种群的杂合度显示:中部种群He为0.00014±0.00001,西北部种群He为0.00014±0.00001,与其它大型猫科动物（狮子、豹、老虎、美洲豹）相比,均处于最低水平,表明该物种遗传多样性较低。 （6）雪豹种群的近交水平结果显示:在大于100k的ROH中,西北部种群的FROH为43.64%±4.32%,中部种群的FROH为40.65%±8.68%,两个种群均呈现近交严重的现象,与长期小种群有关。 （7）突变负荷结果显示:在雪豹两个种群基因组上均存在功能缺失突变（LOF）,错义突变（Missense）和有害非同义突变（dns SNP）。结果表明,西北部（22.80±3.70）和中部（24.36±2.23）种群的LOF数量无显著差异（P=0.40）;西北部（351.00±5.38）和中部（394.17±15.57）种群的错义突变数量之间有显著差异(P=4.15×10-7);西北部（22.40±2.50）和中部（28.53±3.46）种群的有害非同义突变数量有显著差异(P=3.8×10-3)。 群体基因组分析表明,长期处于下降趋势的两个雪豹种群均有较低的遗传多样性,同时,一定程度的近交水平和有害突变的积累可能在雪豹未来长期生存上存在风险。本研究为全球雪豹的保护基因组分析提供了借鉴和参考。