分子生物學的案例
分子生物學實驗室設計方案
分子生物學實驗室廣泛應用于大專院校教學、科研機構以及醫療衛生機構的科學研究。在進行植物組織培養之前，需要全面了解所需的基本設備條件，以便靈活利用現有房屋或者進行新建、改建實驗室。實驗室的規模應根據工作目的和規模確定，避免規模太小影響效率，尤其是對于工廠化生產的目標而言。分子生物學實驗室的設計和規劃必須科學合理。中壹聯實驗室裝修公司小編將詳細闡述分子生物學實驗室設計的原則、各功能區布局及設備配置。
一、分子生物學實驗室設計原則
1.無菌操作保障：植物組織培養及大多數分子生物學實驗需要在嚴格的無菌條件下進行。實驗室設計的首要原則是確保無菌操作，從而防止污染。無菌操作不僅包括設備和器材的無菌，還涉及到操作環境的潔凈度。因此，在分子生物學實驗室設計時各區域的壓力控制和氣流組織形式必須科學合理，以防止交叉污染和氣溶膠傳播。
2.提高工作便利性：對分子生物學實驗室設計中實驗室布局要最大限度地提高工作的便利性和效率。合理的對空間進行利用和設備安排能減少實驗操作中的時間浪費和工作混亂，提高實驗的成功率和重復性。
3.資源節約與環境控制：植物組織培養需要人工控制溫度、光照、濕度等培養條件。在分子生物學實驗室建設時就應該要充分考慮到實驗室的節能環保，確保設備高效運作的同時，節省能源和資源。
二、分子生物學實驗室功能區布局
分子生物學實驗室由可以分為化學實驗室（準備室）、洗滌滅菌室、無菌操作室（接種室）、培養室、細胞學實驗室以及PCR實驗室等多個功能區。以下中壹聯實驗室裝修公司小編將詳細介紹每個功能區的具體設計和設備配置。
1.化學實驗室（準備室）
化學實驗室主要負責藥品的貯備、稱量、溶解、配制和培養基的分裝等工作。
展開 從高分子物理到合成生物學的金帆研究員：生命科學急需抽象的數學定理
來源：生輝SynBio
作者：鄭集楊
有這樣一位研究人員，他本科畢業于應用化學系，博士獲得的是高分子物理的學歷，而在 2011 年回國后，他卻轉而從事起了微生物學的相關研究，在此期間，他又得以
與合成生物學結緣
并于 2017 年正式投身到了合成生物學的研究之中。
從高分子物理到微生物再到合成生物學，這一擁有高度交叉學科背景的研究人員，便是來自于中科院深圳先進院合成生物學研究所的
金帆研究員
。
金帆研究員，2002 年 7 月畢業于中國科學技術大學應用化學系，2007 年獲得了香港中文大學高分子物理化學專業的理學博士學位，師從吳奇院士。在回國工作之前，其還分別在伊利諾伊斯州大學香檳分校和 UCLA 開展過博士后的研究。歸國后的2011-2019年，其先在中國科學技術大學擔任教授后于2019年加入到了合成所。
圖丨金帆博士（來源：受訪者提供）
從高分子物理跨向合成生物學，在兩門交叉學科之中進行轉變的過程，金帆切身感受到了這兩門學科在研究基礎框架上的顯著差異：
“高分子物理與生物學在研究上的最大區別，在于高分子物理有著一套
明確的基礎理論框架
，而這個在生物學中是沒有的。從基礎理論框架出發的研究結果是
理性的、可理解的
，而生物學科目前還在現象上疲于奔命。”
展開 Rev.》綜述：基于蛋白質生物材料的分子設計和人工生產
天然生物聚合物，在性能上可以與合成聚合物競爭，有時甚至超過合成聚合物。其中，基于蛋白質的材料是一類應用十分廣泛的可持續材料。
基于此，來自芬蘭國家技術研究中心的Pezhman Mohammadi以及南洋理工大學的Ying Yu、Ali Miserez團隊共同
對基于蛋白質的材料進行了全面綜述。
作者從歷史的角度開始這篇綜述，了解早期為獲得承載蛋白的主要序列所做的努力，然后是測序和蛋白質組學技術的最新發展，這些技術極大地加速了細胞外蛋白的測序。接下來，作者介紹了四大類蛋白質材料，即纖維材料、具有高可逆變形能力的生物彈性體、硬塊狀材料和生物粘合劑。在每一節中都專注于一級和二級結構級別的設計，并討論它們與機械響應的相互作用（圖1）。
相關綜述論文以“Protein-Based Biological Materials: Molecular Design and Artificial Production”為題于2023年1月24日發表在《Chem. Rev.》上。
圖1 蛋白質基生物材料的分子設計和人工生產
1. 細胞外蛋白質的測序：歷史視角
在過去十年中，下一代測序(NGS)和蛋白質組學技術及其相關生物信息學軟件的快速發展大大緩解了這些限制，提供了一系列加速發現的強大工具，尤其是在協同使用時。雖然這些先進的方法占據了蛋白質發現的中心舞臺，但仍然需要傳統的生化和分子生物學方法來識別調節蛋白質材料最終功能的重要分子特征，例如PTM或交聯化學。一旦獲得這些信息，再加上對序列-特性關系的深入了解，就可以將其轉化為通過DNA重組技術人工制造基于蛋白質的材料。
展開 結構生物信息學分子對接大師班--帶案例 ￥10
1-1 概述
2-1-蛋白質結構和功能組成
2-2-蛋白質結構和功能肽鍵和相互作用
2-3-蛋白質結構和功能α螺旋和β片
2-4-蛋白質結構和功能肽鍵和Ramachandran圖
2-5-蛋白質結構和功能結合能
2-6-蛋白質結構和功能蛋白質如何折疊
2-7-蛋白質結構和功能結構水平
2-8-蛋白質結構和功能功能水平
2-9-蛋白質結構和功能酶動力學基本概念
3-1-可用的蛋白質制備結構
3-2-制備的蛋白質制備結構
3-3-蛋白質制備同源性建模
3-4-蛋白制備穿線法
3-5-蛋白質制備α折疊
3-6-PDB結構的6-蛋白制備選擇
3-7-蛋白質制劑缺失殘留問題
3-8-蛋白質制備結構驗證
4-1-分子對接算法
4-2-分子對接類型
4-3-分子對接模式
4-4-分子對接軟件
4-5-分子對接自動對接VINA高分子制劑
4-6-分子對接自動對接VINA配體制備
4-7-分子對接自動對接VINA網格制備
5-1-自動對接VINA腳本
5-2-自動對接VINA分析-I
5-3-Autodock VINA分析- II
6-1-虛擬篩選為什么它很重要
6-2-虛擬篩選簡要信息
6-3-虛擬篩選大分子和配體的制備
6-4-虛擬篩選網格準備
6-5-虛擬篩選ADMET分析
6-6-虛擬篩查Lipinksi五規則
6-7-虛擬篩查結果分析
6-8-虛擬篩選腳本
7-1-故障診斷問題
7-2-出版質量圖制備
展開 
葡萄與葡萄酒工程專業
此外，該學科還擁有葡萄生理與分子生物學實驗室、葡萄基因組學實驗室、葡萄酒化學實驗室、葡萄酒分析與質量控制實驗室、國際標準的葡萄酒感官鑒評室和環境優雅的葡萄酒文化傳播中心等，既可滿足日常教學需要，又可為本科生開展科技創新活動提供保證。
培養目標 本專業培養具有生物學、化學、現代釀酒葡萄學和葡萄酒釀造學、葡萄酒鑒賞、食品工程學、企業管理和市場營銷學的基本理論和技能，能在釀酒葡萄栽培與管理、葡萄酒釀造、生命科學及相關領域從事科研教學、生產設計與管理、貿易營銷、新技術、新產品研發的高級科學與工程技術人才和管理人才。
專業特色 葡萄與葡萄酒專業綜合了園藝學、生物工程、機械設備、食品科學與工程、感官品評學科的特色，屬于理、工、農、人文交叉性的綜合學科專業，既具備了相關學科科學技術的前瞻性，又有獨特的工藝技術和深厚濃郁的文化內涵。
主干課程 普通生物學、普通微生物學、分析化學、有機化學、植物生理學、生物化學、分子生物學、葡萄酒微生物學、葡萄酒化學、葡萄酒分析與質量控制、釀酒葡萄品種學、釀酒葡萄栽培與生態學、葡萄酒釀造學、葡萄酒感官鑒評學、葡萄酒工程學、實用企業管理學、市場營銷學等。
所授學位 工學學士
就業方向 畢業后可從事酒類企業管理、葡萄酒生產、營銷貿易、文化推廣、新產品新技術開發等領域的工作，就業部門包括相關的國家機關、大專院校、科研院所、質量技術檢測監督、知識產權保護、產品策劃與設計、國際文化交流等。
深造情況 本學院擁有食品科學和工程一級學科博士學位授予點，設有6個二級學科博士學位授予點和7個碩士點，成績優秀者可免試推薦攻讀研究生，部分可以碩博連讀或與國外大學聯合培養。
展開 中國細胞生物學學會細胞工程與轉基因生物分會/陜西省細胞生物學學會2018年年會在陜西師范大學成功召開
在學會第四屆理事會第一次會議上，邊惠潔理事長對新一屆理事會的工作進行了部署，向積極參加科普活動的各單位頒發了“陜西省細胞生物學學會科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書，并主持討論通過了成立學會第一個專業委員會的議題。崔洪勇副秘書長進行了中國細胞生物學學會2018年“諾貝爾獎解讀”活動的動員。
會議期間，中國細胞生物學學會細胞工程與轉基因生物分會召開了第三屆委員會第三次會議。分會會長、空軍軍醫大學邊惠潔教授向委員們匯報了近年來分會的工作和取得的成績，傳達了中國細胞生物學學會對分會工作的要求，向積極參加分會活動的各單位頒發了“科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書。分會秘書長孔令敏副教授傳達了中國細胞生物學學會的科普工作精神和要求。
資料來源：中國細胞生物學學會官網，11月5日
展開 環境監測生物技術
（三）可檢測化學制劑和生物制劑的生物傳感器
美國田納西大學（位于美國田納西州諾克斯維爾）的研究人員利用由生物工程技術制成的、存在雜質時會發出藍綠輝光的微生物，開發成功一種基于芯片的環境生物傳感器樣品。這種被稱為生物發光型生物指示器IC（bioluminescent bioreporter IC，簡稱 BBIC）的器件技術可在眾多的應用（從航天器到反恐）中巧妙地檢測出氨、鋅等各類化學物質。
（四）光纖化學/生物傳感技術
光纖技術與光譜分析技術的有機結合就構成了光纖傳感技術。光纖傳感技術突破了光譜分析的傳統模式，光可由光纖直接導入樣品，而樣品不必放入光譜儀中就能進行測定。特別適用于環境污染物、生物藥物， 以及生產過程的原位、在線監測和對樣品的無損測定。早在十幾年前，人們就曾經預言：光纖傳感技術的出現將不可避免地引起分析實驗室及分析控制儀器的又一次革命。隨著環境科學與生命科學的發展，對各種與人類生存環境密切相關的化學物質的測定和變化過程的監測，已顯得特別突出和重要。由于 FOC&BS 具有實時、在線及遠距離自動監測和對樣品無損測定等特點，人們對它在海洋環境監測中的應用給予了較多的關注，特別是在溶解氧、pH、濕度和水質毒性等監測要素的應用中。
三、生物大分子標記物
生物大分子標記物是指生物體內的一些對外界環境變化敏感并能產生一些可檢測變化的大分子物質，這些大分子物質能夠反映環境變化對生物體的影響。隨著社會對環境保護的日益重視和分子生物學技術的發展，將生物大分子標記物的檢測應用到環境監測中已經成為一種趨勢。生物大分子標記物檢測由于其測定指標全面、準確、系統且具有特異性等優點，近十幾年來作為污染物暴露和毒性效應的早期預警工具已被廣泛應用于環境評價中。
展開 Discovery Studio 藥物發現與生物大分子計算模擬平臺
Discovery Studio? (簡稱DS), 是基于Windows/Linux系統和個人電腦、面向生命科學領域的新一代分子建模和模擬平臺。它服務于生命科學領域的實驗生物學家、藥物化學家、結構生物學家、計算生物學家和計算化學家。為科學家提供易用的生物大分子模擬和藥物設計工具。通過高質量的圖形、多年驗證的技術以及集成的環境，Discovery Studio（DS）將實驗數據的保存、管理與專業水準的建模、模擬工具集成在一起，為研究隊伍的合作與信息共享提供平臺。
Biomacromolecules：富含巰基的多功能高分子交聯劑用于生物打印
高分子科技?會及時推送，并同時發布在中國聚合物網上。
歡迎加入微信群 為滿足高分子產學研各界同仁的要求，陸續開通了包括高分子專家學者群在內的幾十個專項交流群，也包括高分子產業技術、企業家、博士、研究生、媒體期刊會展協會等群，全覆蓋高分子產業或領域。目前匯聚了國內外高校科研院所及企業研發中心的上萬名頂尖的專家學者、技術人員及企業家。
鋁對人體生物毒性新分子機制獲揭示
中科院上海應用物理所科研人員與中國石油大學教授黃方等合作，采用量子計算、經典分子動力學模擬與同步輻射能譜等譜學實驗相結合的方法，研究了鋁對蛋白結構的影響，提出了一種鋁對人體生物毒性的新分子機制。相關成果日前作為首頁插圖發表于德國《應用化學》雜志。
上世紀90年代，有研究證實鋁對人體有害，長期攝入可能導致老年癡呆癥等神經系統疾病，甚至影響兒童的生長、發育和智力。但鋁如何與蛋白作用導致生物毒性的分子機理尚不清楚。
上海應物所研究員宋波、高興宇、方海平等，根據鋁具有的離子鍵和共價鍵共存化學特性，提出鋁離子能與神經退行性疾病相關的蛋白骨架上的氮原子、氧原子同時形成化學鍵，導致環狀結構，進而破壞蛋白二級結構，使蛋白產生不可逆的變性和積聚。
研究人員以PGK蛋白為例，通過同步輻射能譜、X射線光電子譜（XPS）、圓二色譜（CD）、核磁共振譜（NMR）等實驗證明了該推斷：CD實驗顯示，鋁離子可使PGK蛋白產生不可逆變性、積聚；同步輻射能譜和XPS實驗表明，蛋白積聚物上的鋁離子被顯著還原，與理論計算得到的鋁離子性質相一致；NMR實驗顯示，積聚物的蛋白骨架上存在氮原子與鋁離子的共價鍵。
專家認為，鋁離子與蛋白結合、在蛋白骨架上誘導的環狀結構，作為一種新的作用形式，為理解金屬離子與生物分子的作用機理提供了新視角，也對揭示大腦相關疾病的分子機制有重要意義。
宋波表示，該研究成果有望在相關疾病的預防、藥物設計以及生物納米技術、環境治理等領域得到廣泛應用。
展開 生物工程在我國的發展現狀
所謂基因工程，就是把一個生物體的基因或新合成的DNA分子轉移到另一個生物體中，以便定向地改變生物體的基因型，使它表現出新的遺傳特性來。例如，我們把人類的胰島素基因轉移到細菌細胞內，利用細菌細胞大量生產胰島素，從而避免了人類使用來自如豬胰等動物材料生產的胰島素來治病，發生異體蛋白質排斥反應的危險。有些禾谷類作物，如玉來、高梁等，賴氨酸含量較低，基因工程技術就可使這些作物的賴氨酸含量提高，蛋白質質量提高等。人類的遺傳性疾病，巳知有3而。種以上，其中有100多種是因缺失專一性酶所引起。如果我們用病毒作為載體，把正常墓因帶進去，校正患者的突變基因，就能達到治療目的。以上幾個例子說明基因工程巳成為大有發展前途的工作。
2.細胞工程所謂細胞工程，是指有計劃地改變細胞遺傳基礎的技術，或者說，是利用細胞生物學和分子生物學手段，設計和改造細胞的技術。它包括基因水平上的基因轉移、染色體層次上的染色體導入。核質層次上的細胞拆合，以及細胞層次上的細胞培養和細胞融合等。被人們稱為當今生物科學技術兩大法寶一單克隆抗體技術和DNA重組技術，也是細胞工程中的重要技術。
單克隆抗體技術是細胞生物學與分子免疫學兩者結合的產物。它基于產生抗體的B淋色細胞與能瘋長和不滅的腫瘤細胞的融合，經過篩選，獲得能生產特定單克隆抗體的雜交癌細胞。由于單克隆抗體特異性強，對于診斷和治療疾病(特別是腫瘤)將有廣泛的應用前景。DNA重組技術基礎上的遺傳基因工程，
實際上是基因工程與細胞工程重疊的領域，目前巳獲得重大成果。例如，人胰島素、人干擾素、人生長激素等的工業生產，實際上都依賴于人類特定的基因在其他物種細胞中的表達。在植物領域內，抗除草劑基因和熒光素酶的基因也都已在植物細胞中表達，業已再生成植株。
嚴格的細胞工程范圍內的基因轉移，還是DNA導入細胞技術。
展開 
快速動態多孔海綿涂層實現定制化生物活性分子負載
▲圖1：兩親性三嵌段聚合物動態多孔涂層的制備：通過水分子的滲透溶脹、冰晶生長致孔、冷凍干燥制備得到孔徑分布均勻的多孔涂層。
▲圖2：兩親性三嵌段聚合物動態多孔涂層溫度響應自愈合過程。
▲圖3：兩親性三嵌段聚合物動態多孔涂層實現高效可控生物活性分子負載。多孔涂層可實現定制化的生物活性分子負載；并且，通過調節吸附溶液的濃度可實現生物活性分子可控負載，而多孔結構閉合有利于延長生物活性分子的釋放行為。
文獻鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961218307609
展開 我國科學家揭示黃瓜苦味合成調控機制
2014年11月29日，從中國農業科學院蔬菜花卉研究所和深圳農業基因組研究所在京聯合舉行的新聞發布會上獲悉，由蔬菜所研究員、基因組所副所長黃三文領導的科研團隊通過歷經5年的研究發現了黃瓜苦味合成、調控及馴化的分子機制。這項研究揭開了黃瓜變苦的秘密，為將來培育無苦味黃瓜新品種和開發合成抗癌藥物——苦味物質葫蘆素邁出了關鍵一步。最新一期的國際頂級學術期刊《科學（Science）》雜志以長篇幅論文的形式發表了這一研究成果。
據黃三文介紹，科研團隊在5年的時間里，先后開展了24000個黃瓜基因測序，查找到400萬個變異位點，逐個品嘗了20畝黃瓜地中的6萬株黃瓜的瓜葉、瓜藤、瓜果的味道，從1噸瓜葉中提煉出數毫克的苦味元素。通過深入挖掘基因組學數據并結合代謝組學、遺傳學、分子生物學等多種研究手段，揭示了9個基因負責苦味物質生物合成的代謝路徑，同時發現這9個基因由兩個“主開關”基因（Bl和Bt）直接控制，Bl控制葉片苦味，Bt控制果實苦味。在野生黃瓜向栽培黃瓜馴化過程中，Bt基因受到選擇，導致無苦味黃瓜的出現。但這個馴化過程并不完全，黃瓜在逆境條件下生長仍然會變苦。
進一步研究發現，Bt啟動子區域有一個新的突變體——SNP-1601，能夠使Bt基因在逆境中不表達，可控制黃瓜不會變苦，從而徹底避免苦味對黃瓜品質的影響。通過精確調節果實和葉片中Bt和Bl的表達模式，可以確保黃瓜果實中不積累苦味物質，保證黃瓜的商品品質；同時提高葉片中的葫蘆素含量用于抵御害蟲的侵害，減少農藥的使用。育種專家們正在利用這個分子育種方案培育新型黃瓜品種。
黃瓜苦味物質葫蘆素具有很好的藥用價值。最早在《本草綱目》中就記載富含葫蘆素的甜瓜瓜蒂具有催吐及消炎的功效。現代醫學研究還發現葫蘆素能夠抑制癌細胞的生長，可與其他抗癌藥物一塊用于癌癥治療。
展開 《綠色化學·綜述》生物分子合成仿生納米復合水凝膠用于止血和傷口愈合
參考文獻：doi.org/10.1039/D0GC03010D
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基于GROMACS的小分子自組裝分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動力學；回轉半徑
背景介紹
小分子自組裝過程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀機理關乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現以及功能納米結構的穩定性。相比僅觀察宏觀現象，分子動力學（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機理，直觀體現其自組裝過程，從而為藥物，納米材料設計提供理論依據。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過程。
初始模型構建
首先利用Packmol構建匹格列酮四聚體模型，盒子大小為3*3*3，packmol輸入文件如圖1所示：
圖1 Packmol 輸入文件
所構建的匹格列酮四聚體初始模型結構如圖2所示：
圖2 匹格列酮四聚體初始模型結構
首先進行能量最小化：
gmx grompp -f em.mdp -c mix.gro -p top.top -o em.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm em
能量最小化后進行2 ns的平衡模擬:
gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p top.top -o md.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm md
模擬分析
經過2ns的平衡模擬后，可以看到四個匹格列酮小分子已經成功發生了自組裝，如圖3所示：
圖3 模擬2ns后匹格列酮四聚體結構
我們進一步分析匹格列酮四聚體的回轉半徑:
gmx gyrate -f md.xtc -s md.tpr -p
可以看到，在初始50ps的模擬過程中，分子間距離迅速收縮，表明自組裝過程已經在進行。
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