摘要:国际基因工程机器大赛 (iGEM)，作为一项以合成生物学为主题，集合了多种交叉学科的学生科研赛事，已成为了当今生物科研领域属于年轻人的最具活力和影响力的舞台。近年来，许多来自国内的大学和高中队伍不仅在比赛中取得了优异成绩，还做出了具有创新性的科研成果。为此，我们特组织出版了此iGEM专刊，集中报道近年来国内多支iGEM参赛队的研究工作，同时关注、探讨iGEM大赛在中国的发展情况和对大学生科研能力培养的启示。

摘要:合成生物学研究常用基因开关来调控细胞的状态以实现相应功能。已有的基因开关往往需要持续的输入信号来维持特定的开关状态，开关功能的维持需要持续消耗能量，并且对扰动较为敏感。文中利用了位点特异性重组酶的倒位效应反转终止子，构建了一种转录层次的状态调控开关，使得脉冲信号即可触发开关状态改变，并在下一次信号来临前稳定维持当前状态。应用自下而上的工程化思想，文中先后对重组酶和终止子进行了单独表征和组合表征，探究了二者之间的相互影响，筛选出了相互兼容的组合，成功实现了细胞的单次、二次状态切换。最后，此开关成功地被用于构建生物七段译码器，显示出了其较好的应用潜力。

摘要:转录因子及启动子是基因回路的基础。相较于原核启动子，真核启动子作用机制复杂，增加了全新设计与改造的难度。目前有限数量的真核转录因子及启动子成为在哺乳动物细胞中设计并实现复杂基因回路以满足各类临床或工业应用需求的瓶颈。文中介绍了基于能够结合特定DNA序列的DNA结合结构域，通过柔性连接肽连接到转录抑制模块KRAB，构建抑制型转录因子以及通过在SV40启动子下游插入结合序列构建对应启动子的方法。而后，在哺乳动物细胞系中通过流式细胞术对其抑制转录的强度、不同转录因子及启动子对之间的正交性进行了测定。文中提供了一套标准化的、可调节的转录因子及启动子的全新设计与构建方案。基于该方案所构建的5对抑制型转录因子及启动子对能够在哺乳动物细胞中起到不同程度的抑制效果且相互正交。文中构建的哺乳动物转录因子及启动子对扩充了哺乳动物生物元件库，为构建复杂真核基因回路打下了基础；运用该设计方法能够根据需求构建更多正交的人工转录因子及启动子对。

摘要:外源基因的表达及其对细菌种群的影响对于群体感应系统和合成生物学产业的研究具有重要意义。然而，人们对于表达外源蛋白的细菌本身的行为模式仍然知之甚少。为了研究菌落生长和外源基因表达的过程究竟受到哪些因素的影响，文中测量了受Lux类受体调控的外源基因在N-酰基高丝氨酸内酯 (N-acyl homoserine lactone，N-AHL) 信号分子诱导下的表达，并模拟了其对细菌种群动态的影响。文中建立了一个假设性的数学模型，对信号分子诱导表达下细菌种群生长受影响的现象进行了分析。先前的研究通常将细菌种群生长受群体感应系统影响的现象归咎于合成群体感应信号分子的消耗与N-AHL信号分子的毒性，文中提供了对于这种生存压力的另一种可能的解释。

摘要:利用工程改造过的肠道微生物进行无创、便宜便捷的肠道炎症检测、治疗可有效应用于医药行业。肠道炎症通常伴随着肠道中硫代硫酸盐和连四硫酸盐的增加，双组分系统ThsSR和TtrSR是两套分别检测这两种小分子的生物感受器系统。采用荧光蛋白作为指示剂需要复杂的测试仪器，不适用于家用检测环境，而肉眼可见的色素蛋白和有色小分子作为指示剂将可能扩大ThsSR和TtrSR的应用前景。两套系统分别被转入大肠杆菌Escherichia coli Top10和益生菌E. coli Nissle 1917中，sfGFP信号表达效果证明了这两套系统可用。考虑实际应用，sfGFP被一系列色素蛋白和显色小分子替换，在E. coli Top10中，一系列色素蛋白和紫色杆菌素前体protoviolaceinic acid的显色效果明显，表明了该系统具有用于实际肠道炎症检测的可行性。结果表明，改进后的ThsSR和TtrSR系统能够针对不同浓度的肠道炎症标记物作出相应程度的反应，具备用于家庭环境人体肠道炎症检测的潜力。

摘要:合成生物学是一门新兴的交叉学科，为培养合成生物学后备人才，国际基因工程机器（iGEM）大赛应运而生。2007年中国首次有5支队伍参加iGEM大赛，至今已经有11年的历史。然而，目前尚无全面总结中国iGEM队伍的相关文献。文中全面梳理和总结了iGEM大赛在中国的发展历程，包括参赛队伍的数量、地理分布、竞赛成绩、中国iGEM社群CCiC的发展情况，以及iGEM大赛对中国高等教育的促进和借鉴作用，并深度思考了iGEM大赛在中国的发展前景，提出了发展建议。随着我国高等教育“双一流”战略的实施，iGEM大赛在我国的发展具有光明的前景，可为培养新一代科学家作出更大的贡献。

摘要:近年来，国际基因工程机器大赛 (International genetically engineered machine，iGEM，简称iGEM大赛)在全球迅猛发展。仅2017年iGEM大赛全球注册队伍就达到了史无前例的313支，中国地区有98支iGEM团队报名参赛并取得了优异成绩。与国内已有的诸多大学生创新项目、科研培养项目不同，iGEM的组织模式是以学生为主体的研究型学习。该模式取得了丰富的教育效果，体现了新的教育理念，对于我国高校组织本科生课外科研训练有较大的借鉴意义。文中以北京大学参加iGEM大赛为线索，介绍国际基因工程机械大赛 (iGEM) 的背景和基本情况并以一个参赛周期为序再现北京大学iGEM团队组织和参赛的主要过程。通过与其他本科生科研训练的组织模式进行比较，探讨iGEM对本科生科研训练意义，并总结iGEM的组织经验和对本科生科研能力培养以及组织本科生科研学术竞赛的启示，希望能为国内高校的iGEM活动组织以及本科教育改革提供借鉴。

摘要:非洲猪瘟是由非洲猪瘟病毒引起的一种接触传染性、广泛出血性猪烈性传染病，最急性和急性感染死亡率高达100%。自2018年8月我国发生首起非洲猪瘟疫情后，3个多月内，已有18个省份累计暴发69起，给我国养猪业造成了沉重打击。从目前非洲猪瘟全球流行态势及世界各国防控经验来看，我国非洲猪瘟防控和根除面临的形势不容乐观，亟需安全有效的疫苗用于该病的防控。文中结合当前非洲猪瘟病原学最新研究成果，系统总结了非洲猪瘟防控策略、疫苗研究进展及其面临的挑战，重点分析了疫苗研发历程、存在的问题、未来发展方向以及商业化应用所面临的关键科学问题，以期为我国非洲猪瘟防控及病原和疫苗研究提供借鉴。

摘要:Bcr-Abl癌基因是由人类9号染色体的c-Abl基因与22号染色体的Bcr基因易位融合而成，其编码的融合蛋白Bcr-Abl可以诱导人类白血病的发生。Abelson鼠白血病病毒 (A-MuLV) 是一种逆转录病毒，其癌基因v-Abl可以诱导小鼠B淋巴细胞癌变。Bcr-Abl癌基因和A-MuLV病毒的共同特点是表达Abl癌蛋白 (Bcr-Abl和v-Abl)。Abl癌蛋白诱导肿瘤发生与多条信号转导通路的异常活化密切相关。这些信号转导通路主要包括JAK/STAT/Pim、PI3K/AKT/mTOR和RAS/RAF/MEK。此外，Abl癌蛋白诱导肿瘤发生也与重要信号分子的突变或异常修饰，以及关键长链非编码RNA (lncRNA) 的异常表达有关。文中对Abl癌基因如何激活主要的3条信号通路进行综述，并介绍参与细胞增殖、抗细胞凋亡等过程的重要蛋白及其与肿瘤发生的关系，为Abl阳性肿瘤的治疗提供了科学参考。

摘要:肝素酶是一类能够特定切割肝素或硫酸乙酰肝素中α-1,4糖苷键并将其裂解成有活性寡糖片段的酶，主要分为真核生物肝素酶 (Heparanase) 和原核生物肝素酶 (Heparinase)。由于原核生物肝素酶是一种高效绿色的生物催化剂，因此近年来在医药领域的应用性研究逐渐被重视。文中结合本课题组相关工作，归纳介绍了原核生物肝素酶通过作用于硫酸肝素蛋白聚糖 (HSPGs)生成肝素小分子，抑制肿瘤细胞增殖方面的应用；原核生物肝素酶在制备第三代创新型抗凝血药物低分子量肝素 (Low molecular weight heparin, LWMH) 和超低分子量肝素 (Ultra low molecular weight heparin, ULMWH) 方面的应用；原核生物肝素酶作为肝素拮抗药物等医药领域的重要应用；并展望了原核生物肝素酶的未来应用前景及挑战。

摘要:动物疫病流行广泛、传播迅速，严重危害养殖业的发展。疫苗接种是预防和控制动物传染病最有效的策略之一。目前，随着生物技术的发展和疫病防控的需要，安全、高效、广谱、用量少、具有标记特征的新型疫苗成为研发重点。文中就近年来出现的黏膜疫苗、长效与速效疫苗、嵌合疫苗、纳米颗粒疫苗等新概念动物疫苗的发展、应用及优缺点进行了评述，并提出了其发展方向，以期为动物疫苗的研发提供借鉴。

摘要:传统IgG抗体分子一般由轻链和重链组成，轻链包含1个可变区 (VL) 和1个恒定区 (CL)，重链包含1个可变区 (VH) 和3个恒定区 (CH1，CH2，CH3)。单域抗体 (Single domain antibody，sdAb)，是指缺失抗体轻链而只有重链可变区的一类抗体，因其分子量小，也被称为纳米抗体 (Nanobody)。20世纪90年代，单域抗体最早在骆驼科动物中被发现，之后在护士鲨、大星鲨和鳐鱼等软骨鱼纲动物中也发现了类似的抗体。单域抗体虽然结构简单，但仍然可以达到与传统抗体相当甚至更高的与特异抗原结合的亲和力。相比于传统抗体，单域抗体具有分子量小、稳定性强、易于重组表达等优点。近年来在生物学基础研究和医学临床应用方面均备受关注并被广泛应用。文中将从单域抗体的结构特征、理化性质、筛选方法及其在生物医学领域的重要应用进展进行综述。

摘要:本研究旨在探究猪圆环病毒2型 (Porcine circovirus type 2, PCV2) 能否借助rep基因启动子区的转录因子结合位点调控自身基因转录，并寻找参与这一调控过程的宿主因子。凝胶迁移实验证实rep基因启动子具有核蛋白结合活性。DNA-pull down联合液相-串联质谱分析鉴定到了可与rep基因启动子结合的猪源转录因子AP-2δ (Porcine transcription factor AP-2δ, poTFAP2δ)。双荧光素酶报告基因试验、实时荧光定量PCR、免疫印迹及间接免疫荧光等试验证明poTFAP2δ不仅可以特异性地增强rep基因启动子活性，而且可以在PCV2感染过程中促进rep和cap基因的转录、翻译及PCV2病毒滴度。文中揭示了PCV2利用宿主蛋白促进自身增殖的分子机制，为进一步从病毒与宿主互作角度阐明PCV2的致病机制提供新的研究思路，亦为PCV2高效疫苗的研制提供理论基础。

摘要:纤维素和木聚糖的充分利用对于生物燃料的生产是非常重要的。文中利用PCR的方法从嗜热子囊菌Thermoascus crustaceus JCM12803中克隆到一个新颖的双功能木聚糖/纤维素酶基因Tcxyn10a，并将其在毕赤酵母Pichia pastoris GS115中实现高效异源表达。经过蛋白纯化和酶学性质研究分析，TcXyn10A的最适pH值和最适温度分别为5.0和65?70 ℃，能够在酸性至碱性 (pH 3.0?11.0) 条件下和60 ℃下保持稳定；对榉木木聚糖、小麦阿拉伯木聚糖、羧甲基纤维素钠和地衣多糖均有降解活性，比活分别为(1 480±26) U/mg、(2 055±28) U/mg、(7.4±0.2) U/mg和 (10.9±0.4) U/mg；同源建模结构以及分子对接试验表明，双功能酶TcXyn10A只含有单一催化结构域，且木聚糖底物与纤维素底物共用一条催化通道。文中为探索双功能酶结构与其功能的关系提供了很好的素材。

摘要:旨在探讨IFN-γ诱导乳腺癌细胞株MDA-MB-231表面程序性死亡配体 (PD-L1)的表达、对上皮间质转化的影响及其分子机制。用不同浓度IFN-γ作用MDA-MB-231细胞后，利用蛋白质免疫印迹检测PD-L1、细胞迁移相关蛋白 (E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白、波形蛋白)、ERK、p-ERK、Jak2及p-Jak2的表达水平；通过细胞划痕实验和Transwell实验检测细胞迁移能力；利用免疫荧光实验进一步检测细胞迁移相关蛋白的表达量。结果表明，IFN-γ可上调PD-L1的表达，使细胞划痕融合率显著增高，细胞迁移速率显著加快；波形蛋白和N-钙黏蛋白的表达量升高，E-钙黏蛋白表达量下降；ERK、p-ERK、Jak2及p-Jak2表达水平显著增加。加U0126后PD-L1、ERK及p-ERK表达水平下降，而加入AG490后，PD-L1、Jak2、p-Jak2表达水平下降。结果表明IFN-γ能上调乳腺癌细胞PD-L1表达水平，促进肿瘤细胞迁移，促使细胞从上皮向间质转化，而这一过程可能与ERK及Jak2-STAT信号通路相关。

摘要:利用噬菌体展示技术筛选特异性人源抗ICAM-1单链抗体（Anti-human ICAM-1 scFv）并进行生物学活性鉴定。应用Tomlinson I+J噬菌体抗体库，以P1抗原肽为包被抗原，经过4轮“吸附-洗脱-扩增”进行亲和富集筛选。以PCR反应、ELISA抗原交叉反应和Dot blotting实验进行阳性克隆的鉴定。scFv经原核表达和分离纯化后，以Western blotting实验、竞争ELISA实验和细胞黏附抑制实验对其生物学活性进行初步鉴定。Tomlinson I+J噬菌体抗体库经4轮亲和富集筛选，利用ELISA方法成功筛出4株阳性克隆。通过PCR鉴定反应、ELISA抗原交叉反应和Dot blotting实验，最终获得了1株既能与P1抗原肽特异结合又能与人ICAM-1抗原特异结合的阳性克隆J-A1。对scFv进行原核表达和亲和层析后获得了高纯度的目的蛋白。竞争ELISA实验和细胞黏附抑制实验证实纯化的scFv具有良好的亲和活性和抗细胞黏附活性。文中成功利用噬菌体展示技术筛选到特异性人源抗ICAM-1 scFv，为进一步探索该抗体在炎症相关性疾病治疗中的应用奠定了基础。

摘要:埃博拉出血热 (Ebola hemorrhagic fever, EHF) 由于其高感染性和高致死率特点，快速鉴别诊断并实施隔离是最有效的防止疫情扩散的措施。文中建立了一种可以快速、高灵敏筛查埃博拉病毒 (Ebola virus，EBOV)感染的现场检测技术，用碳纳米颗粒标记抗EBOV基质蛋白VP40兔多克隆抗体，组装成一种可在15 min内检测埃博拉病毒的胶体碳侧流免疫层析试纸条。将标记胶体碳颗粒的兔多抗喷涂于玻璃纤维素膜上制备碳标垫；以1 mg/mL的抗VP40单克隆抗体 (McAb，4B7F9) 和羊抗兔IgG，按照2 μL/cm的包被量印迹于硝酸纤维膜上，分别作为检测线与质控线，组装试纸条。该试纸条能够特异地检测EBOV重组VP40蛋白、EBOV病毒样颗粒(Virus-like particles，VLP) 和灭活EBOV，而与马尔堡病毒样颗粒 (MARV-VLP)、流感病毒A/PR/8 (IAV/PR/8)、黄热病毒 (YFV-17D)、登革热病毒2型 (DEN2) 无交叉反应，显示良好的特异性，对1 500份阴性血清进行检测，假阳性率为1.3‰，仅为WHO授权ReEBOV?胶体金试纸的1/100；该胶体碳试纸条检测灭活EBOV的最低检出限为100 ng/mL (相当于106 copies/mL)，远优于ReEBOV?胶体金试纸条检出限 (10 μg/mL，相当于108 copies /mL)。热稳定性评价显示试纸条可在室温稳定保存1年以上。文中建立的EBOV胶体碳免疫层析试纸条能够快速、超高灵敏、特异地检测EBOV，为现场快速筛查EBOV感染提供一种新方法。

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