摘要：定量工程生物学是一门前沿交叉学科,通过设计-合成-测试-学习-再设计路线将不同的生物元器件组合,形成可以执行特定功能的基因线路,再经过不断优化获得稳定的、可控的基因线路,最后将设计优化后的线路引入不同的生命体,以达到预设的目的.这种变革性的方法可以创建一些能够灵敏感知和响应各种环境的工程系统,但在其中的功能检测环节,化学蛋白质组学技术则成为了测试工程改造生物功能和探究其作用机制的重要工具.随着以非天然氨基酸嵌入、生物正交化学、高分辨率质谱等技术为手段的化学蛋白质组学方法的发展,在复杂环境中解析工程生物的蛋白质组时空动力学变化成为可能,为探究工程改造菌或工程改造细胞的工作原理及其在生物体内的作用机制提供了必要的技术支撑,也为定量工程生物学研究中所需的深度功能测试提供了有效方法.本文主要是概述化学蛋白质组学技术在定量工程生物学研究中的潜在应用.

摘要：人体肠道具有复杂的生理环境,存在肠上皮细胞形成的绒毛结构以及流体剪切力、肠道蠕动等力学条件,且肠道中与人体共生着大量微生物,这些与人类的健康息息相关。对于肠道的研究,传统的体外细胞培养手段不能完全模拟肠道复杂的生理环境,具有局限性。该研究设计了一种基于微流控技术的肠道器官芯片,通过将肠细胞培养于绒毛状基膜,结合流体剪切力来模拟人体肠道的结构与功能。结果显示,该肠芯片重现了肠道的绒毛结构与屏障功能,提高了黏液的表达量,并实现了肠道菌在肠芯片上的实时观察,可以成为在体外研究肠道微生物与宿主相互作用的有力工具。

摘要：当下微生物研究存在两个趋势,一是随着大量肠道微生物相关研究的开展,研究者们越来越认识到肠道微生物尤其是大量厌氧菌与人类健康息息相关,因为肠道本身在某种程度上也属于厌氧环境,故对肠道细菌的细胞生理学研究需要建立在厌氧培养环境的基础之上;二是仅依靠经典的微生物群体培养方法已经难以满足对细胞异质性的研究,需要发展多种方法在单细胞水平进行细菌生理学研究,以此深入研究被细胞群体所掩盖而被研究者忽略的生理规律。该研究开发了一种微生物在厌氧条件下的培养方法,包括相关培养装置设计与相应的实验方法流程,在稳定维持培养环境严格厌氧程度的基础上,使用微流控芯片对细菌进行长时间的单细胞培养,同时结合高分辨率显微镜延时成像技术,在培养的同时实现对生长动态的实时观测与数据采集。该方法为细菌细胞在厌氧条件下的单细胞分析提供了有力的技术支持。

摘要：肺是人体呼吸系统的重要组成部分,气道上皮是肺与外界接触的第一道屏障,参与抵御外来的颗粒物、病原体等,可将异物以痰的形式排出体外,对维护呼吸道正常功能起到至关重要的作用。常用的体外细胞培养模型和哺乳动物模型尚不能完全模拟人体肺-气道微环境,在人体细胞与病原体相互作用研究和药物研发应用方面具有一定的局限性。该研究设计制作了一种基于微流控技术的双通道肺器官芯片,通过改进制备工艺使其能够满足高倍镜极短工作距离的要求,用于高分辨率成像;实现了模拟人体肺-气道微环境的气液界面气道上皮培养,并且能够实时观察细胞与细菌的共培养过程,为体外研究气道上皮和病原微生物的相互作用提供一个有力平台。