摘要:纳米生物学与纳米酶学:从0到1之后

摘要:纳米酶作为一种具有类酶活性的纳米材料，与天然酶相比，具有制备过程简单、受外界环境干扰小、对酸碱和温度具有较好的耐受性等优点. 金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），即多孔配位聚合物，具有结构多样性、高比表面积、孔隙率可控等独特性质. 因有序框架的保护以及结构可调控的性质，基于MOFs构建的纳米酶受到研究人员的广泛关注.本文综述了不同类型的MOFs基的纳米酶，主要从原始MOFs、化学修饰的MOFs、MOFs基复合材料和MOFs衍生物等四大方面进行论述；随后，我们对四种类型的MOFs基纳米酶的构建特点和生化分析应用进行归纳和比较；最后对其当前面临的挑战和未来的发展趋势进行了讨论.

摘要:水解酶由至少200种单独的蛋白质组成，可催化一系列独特化学键的水解. 但是天然酶的固有缺点，如易变性、成本高、制备费力和回收困难，极大地限制了它们的实际应用. 为了克服这些缺点，研究人员长期以来致力于探索人工水解酶模拟物. 自从2007年发现Fe₃O₄纳米颗粒可以作为过氧化物酶模拟物，关于纳米酶的研究不断涌现. 与天然酶相比，纳米酶具有制备简单、可大规模生产、环境耐受性强、制备及储存成本低廉、可重复使用等优势. 纳米水解酶是指具有水解酶活性的纳米材料，金属有机框架材料、碳基纳米材料和金纳米粒子等的水解酶活性均已被报道. 近年来，纳米水解酶研究领域进入蓬勃发展期，然而至今尚未见关于纳米水解酶的综述. 本文首先根据水解底物的不同对纳米水解酶进行分类并分别讨论其催化机理，之后对影响纳米水解酶活性的因素及纳米水解酶的应用进行总结，最后概述和讨论纳米水解酶的当前挑战和未来前景.

摘要:随着纳米科学技术的发展，结构可控、表面多功能化、生物相容性良好的纳米材料在生物医药领域的各个方面都具有广泛的应用. 作为一种重要的血液生物学标志物，循环肿瘤细胞（CTC）是肿瘤转移的“种子”，活力较强的肿瘤细胞随着血液的流动可穿出血管在远端聚集形成微小的癌栓，对CTC的检测可用于癌症的早期诊断和转移的评估. 新型纳米材料以及纳米表征测量技术的应用对CTC分析技术的进步产生了巨大的影响. 近年来，基于纳米材料和微流控技术对CTC的捕获和检测已成为液体活检的研究热点，这一技术也被逐步推广到临床应用中. 本文对纳米材料与纳米技术在CTC的捕获和检测中所发挥的作用进行了综述，并展望了该领域生物分析的应用前景.

摘要:隧道纳米管（tunneling nanotubes，TNTs）是基于细胞骨架尤其是纤维状肌动蛋白形成的细胞间管道样结构，其功能主要是介导广泛的细胞间物质交换，包括各种信号分子、RNA、蛋白质、细胞器甚至病原体，在生理和病理过程中都发挥重要作用. 各种细胞类型中均发现有TNTs的形成，尤其在神经元细胞和神经胶质细胞中得到广泛关注. 神经元细胞间或神经元细胞与星形胶质细胞间形成的TNTs，能够介导电耦合，还参与神经退行性疾病相关致病蛋白质的转移和/或传播，进而在神经系统发育和疾病进展中发挥作用. 本文简要总结了在神经系统细胞间形成TNTs的研究进展，包括调节其形成的分子机制、功能和在神经系统疾病治疗中的潜在优势.

摘要:L-氨基酸氧化酶（LAAO）是一类生物体内参与氨基酸氧化代谢的重要氧化还原酶，能够以氧分子为电子受体催化L-氨基酸氧化脱氨，生成相应的酮酸、氨（NH₃）和过氧化氢（H₂O₂）. 近期发现有些LAAO能够专一性识别特定氨基酸，而不受其他种类氨基酸的干扰，因而在手性胺类化合物拆分、α-酮酸生物合成、临床样本、食品及氨基酸发酵过程中氨基酸含量检测等领域都发挥着重要作用. 本文重点综述目前研究报道的底物专一性LAAO，总结并比较这些酶的酶学性质、结构功能，以及家族进化规律等，并进一步讨论这些酶在生物催化及氨基酸检测中的应用. 本综述将为底物特异性LAAO的分子机制研究及产业应用研究提供重要的素材和指导.

摘要:大多数古生菌及半数细菌都含有成簇有规律间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）和CRISPR相关（CRISPR-associated，Cas）蛋白质构成的适应性免疫系统，来抵御外界噬菌体的入侵. 而噬菌体为了对抗这种免疫系统，也进化出许多抗CRISPR （anti-CRISPR，Acr）的蛋白质，使得CRISPR-Cas系统受到抑制. 来自牛眼莫拉氏菌（Moraxella bovoculi）的AcrVA2是目前发现的可抑制V-A型CRISPR-Cas系统效应蛋白Cas12a发挥切割活性的Acr蛋白之一，其作用机理尚不清楚. 本文解析了自由状态的AcrVA2和MbCas12a^620-636-AcrVA2复合物的晶体结构，发现AcrVA2蛋白采用了一种新的α-β折叠结构，且只与自由状态的Cas12a结合. 此外，AcrVA2与MbCas12a^620-636的结合主要依靠氢键和盐桥的相互作用力，并通过疏水界面得到进一步稳定. 这些结果提示，AcrVA2是通过与自由状态的MbCas12a结合来发挥抑制活性的，这对进一步理解Acr蛋白抑制V-A型CRISPR-Cas系统的多样化机制有重要意义.

摘要:嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）是益生菌，前期研究发现Lactobacillus acidophilus GIM1.208所产生的β-葡萄糖苷酶（BGL）具有较高活性，为探明其结构与特性，本研究采用PCR体外扩增技术获得Lactobacillus acidophilus GIM1.208 BGL的目的基因，并在大肠杆菌中成功表达，经镍亲和层析等蛋白质纯化技术获得纯度达90%以上的蛋白质样品，进而通过圆二色光谱法（CD）和同源建模法对BGL的二级结构和三级结构进行测定分析并研究其酶学性质. 结果表明，Lactobacillus acidophilus BGL的分子质量为52 ku，纯化后浓度为1.88 g/L，二级结构包括15.9% α螺旋、44.1% β折叠、18.1% β转角、27.2%无规则卷曲，其三维结构显示，该蛋白质有8个β折叠和8个α螺旋，整体呈圆锥形. Lactobacillus acidophilus BGL具有良好的葡萄糖耐受性与NaCl耐受性，最适反应温度为47℃，最适反应pH为5.6，在20℃~50℃范围内和pH2.2~6.0间有较高的稳定性，且乙酸乙酯、甲醇对酶活性抑制作用明显，Fe³⁺、Fe²⁺对酶有显著激活作用. 上述研究结果为Lactobacillus acidophilus BGL后续功能发掘和应用研究提供了重要参考依据.

摘要:外泌体在细胞生理病理活动过程中起着重要的调控作用，研究外泌体的行为特性对于揭示生命活动及疾病发生发展的内在机理具有重要的基础意义. 然而由于缺乏合适的观测手段及方法，目前对于活体状态下外泌体结构及特性的认知仍然很不足. 原子力显微镜（AFM）的发明为研究溶液环境下天然状态生物样本提供了强大的技术工具，已成为生物学重要研究手段. 本文利用AFM对单个活体状态外泌体的纳米结构及机械特性进行了研究. 通过多聚赖氨酸静电吸附作用将从淋巴瘤患者骨髓中分离的外泌体吸附至基底，在溶液环境下实现了对单个活体状态外泌体的高质量AFM形貌成像并通过与空气中成像结果进行对比揭示了空气干燥处理对外泌体形貌的影响. 在此基础上，分别利用AFM压痕试验和多参数成像技术实现了对单个活体状态外泌体机械特性的定量测量和可视化表征. 最后基于所建立的方法技术揭示了化学处理后外泌体结构和机械特性的动态变化. 研究结果为研究纳米尺度下活体状态外泌体的结构及特性，以更好理解天然状态外泌体的生理行为提供了新的方法和思路，对于外泌体研究具有潜在积极的意义.