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  •        近日,中国足球竞彩比分化学与分子工程学院李大为(David A. Leigh)教授团队在分子拓扑学方面取得突破性进展,相关研究成果8月26日以‘Tying different knots in a molecular strand’为题在线发表在国际著名学术期刊《自然》(Nature 2020, 584, 562-568.)(图1),中国足球竞彩比分为成果第一单位。图1:李大为教授团队利用单一股线构筑不同单分子拓扑结构(Nature 2020, 584, 562-568.)  “该篇工作最大的创新点是我们首次实现了利用单一分子股线通过模拟分子伴侣蛋白诱导蛋白折叠的过程,构筑了三种不同的分子拓扑结构,这一过程完全区别于该领域以前所报道的一种合成方法对应一种拓扑结构的策略,大大拓展了分子拓扑学在未来研究拓扑类蛋白功能及构象关系的潜力。”李大为教授介绍,“与此同时,值得一提的是,在我们所得到的三种拓扑结构中,存在对称度较低的52结这一结结构,这也是科学家首次报道该拓扑结构的合成策略。”  李大为教授在华东师大作主题演讲Nature关注:一条分子链,打出多种结  作为分子拓扑学方向的奠基者和开拓者,李大为教授在构筑纳米结构的分子结和探索其性质和功能方向做出了卓越的贡献。在此前的研究中,李大为教授课题组已经报道了很多利用不同金属模板的策略构筑不同复杂程度的单分子结,但仍然缺乏用一条分子链打出多种结的策略。针对这一科学问题,受伴侣蛋白(Chaperone)机制启发,李大为教授团队基于上述工作,在一条分子链上,利用过渡金属离子和镧系金属离子作为正交模板,通过点手性诱导构筑了具有单一拓扑手性的分子结52。此外,研究人员也能够利用该分子链选择性合成大环01(unknot)和分子结31另外两种拓扑异构体。这不仅提供了构筑复杂分子结的策略,同时也推动了分子拓扑学的发展。图2:分子结52的合成  分子结52的合成由四步制备得到(图2)。首先配体L1与Cu(I)配位高效率地形成两种金属络合物(ΛCu和ΔCu); 第二步,由于配体中点手性的诱导,只有其中的一种构型ΛCu络合物能够与三价镥离子形成开链的分子52结; 第三步,通过烯烃复分解锁定开链结构得到金属分子52结; 第四,脱去两种金属离子制备得到有机分子52结。需要指出的是,分子结52的合成不受热力学控制,不同的金属离子添加顺序会产生不同的结果。实验结果表明,仅在先添加Cu (I)然后添加Lu (III)的条件下可以得到正确折叠的主要中间体(ΛCu,ΛLu)-L1?[Lu] [Cu]。研究人员通过核磁共振氢谱证实了1?[Cu] [Lu]的合成,同时圆二色谱(CD)的信号表明产物的拓扑结构和立体构型是(+52)–1?[Cu][Lu]。  此外,分子链L1也能够通过大环化形成分子结01,或利用镧系金属离子形成分子三叶结31。质谱证实了这三种拓扑异构体具有相同的分子量,CD光谱表明三种拓扑异构体之间仅有微小差异,这表明在不存在金属离子的情况下,三种拓扑异构体之间不存在优势构象。然而,这三种拓扑异构体在NMR DOSY谱中显示出不同的扩散常数,从而从侧面证实了分子52结的结构(图3)。图3:无金属拓扑异构体的合成与表征  与此同时,由于该结构内部存在正交的金属配位位点,因此在所形成31结结构内,通过添加不同的金属模板,可以实现结结构的运动,由原先的Cu位点转移至Lu位点,而这也是首次在单分子结结构中实现结点的运动,为后续研究蛋白结结构运动提供了可行性方案(图4)。图4:分子31结内部结点运动行为  在该工作中,单分子股线构筑不同分子结结构在分子层面模拟了分子伴侣蛋白的诱导蛋白质折叠过程。而且,这种在DNA和蛋白质分子中存在的分子52结,是首次在实验室中被制备出来,填补了分子结周期表中的重要一环,对研究可以打结的DNA和蛋白质的结构和功能有重要的指导意义。“以最为挑战的科学问题来切入,以最优美的化学手段去实现”  “我们课题组一直秉持高效工作、独立思考的原则,是一个朝气蓬勃、充满快乐的团队。”在李大为教授的课题组里有一种定期举行的“茶歇假日”活动,以茶话会的形式来讨论课题组成员们关于自己未来学术追求和人生发展的规划。李大为教授认为,这样的交流使得团队成员都有明确的定位和工作计划,这也是支持帮助他们实现理想的最好办法。  李大为教授自2017年10月加入华东师大化学与分子工程学院,在不到三年的时间内,组建了以人工分子机器人及分子拓扑学为研究重点的科研团队,并一直致力于探究仿生分子机器运行原理及拓展单分子拓扑结构潜在功能及应用等方向的研究,领导华师大研究团队在以下几方面取得重要进展:(1)首次提出利用机械模拟与仿生模拟两种不同策略在构筑分子机器人过程中各自的应用优势,从而指导未来分子机器人的设计(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, 9397-9404. 图5a);(2)利用三金属环状中间体实现单一拓扑手性分子三叶结结构的高效构筑(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14249-14256. 图5b);(3)利用转金属化实现多种过渡金属分子五叶结结构的制备(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 3952-3958. 图5c)以及(4)首次利用实验探究分子打结过程对于分子理化性质的影响(Proc. Natl. Acad. Sci.USA 2019, 116, 2452-2457. 图5d)。相关研究成果均以中国足球竞彩比分为第一单位发表,上述工作的第一完成人张亮博士为中国足球竞彩比分化学与分子工程学院紫江青年学者。  基于李大为教授近期依托华东师大在纳米分子科技领域的研究成果,Nature杂志曾于2018年对李大为教授研究团队进行了重点报道(‘Small science grows large in new hands’ Nature 2018, 564, S65-S66. 图5e),认为相关合作已经成为推动中英友好科技合作的典型事例,为未来中英科技合作建立了新范式。图5:(a-d)李大为教授华师大团队近期研究工作回顾;(e)李大为教授与团队负责人张亮博士  “我们课题组的工作基本都是长线研究,我知道这一点并不‘讨巧’,但我还是坚持鼓励学生以最为挑战的科学问题为切入点,以最优美的化学手段去实现我们的目标。”李大为教授表示,“两边团队一直都在紧密合作、资源共享,真正做到了将中英两种文化、两种科研体系深度融合,我相信未来也会做的更好。”Nature原文报道:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2614-0图文、来源|化学与分子工程学院 部分文字来源于X一MOL资讯相关报道通联采访、编辑|吕安琪
  •       中国足球竞彩比分精密光谱科学与技术国家重点实验室荆杰泰教授团队利用前期发展的光学轨道角动量复用的连续变量纠缠源结合全光量子隐形传态协议,在国际上首次实验成功构建了多通道复用的全光量子隐形传态协议,为发展高容量连续变量量子信息协议奠定了重要的科学基础。该成果以“Orbital angular momentum multiplexed deterministic all-optical quantum teleportation”为题于2020年8月发表在Nature Communications上。中国足球竞彩比分为论文的第一完成单位,精密光谱科学与技术国家重点实验室的博士研究生刘胜帅和娄彦博为论文的共同第一作者,荆杰泰教授为论文的通讯作者。荆杰泰团队在Nature Communications上发表的成果  在量子信息科学中,量子隐形传态是最重要和极具吸引力的协议之一,利用该协议可以实现对未知量子态无实体地高保真异地传输。量子隐形传态的概念自1993年被提出以来,受到了全球众多科学家的广泛关注,并在实验和理论方面都取得极大的进展。尤其是近年来我国科学家在远距离星地以及光纤通道量子隐形传态方面更是取得了一系列突破性进展。  信息容量是衡量经典通信体系性能的一个重要指标,其对于构建量子信息体系也同样重要。荆杰泰教授团队长期致力于发展高容量量子信息体系。近年来该团队充分利用原子系综四波混频体系的空间多模特性,发展了光学轨道角动量复用的连续变量纠缠源,先后实现了十三通道两光束[Physical Review Letters 123, 070506(2019)]以及九通道三光束[Physical Review Letters 124, 083605(2020)]纠缠源。这些系列工作由于在单一体系中实现了多套量子纠缠源的并行产生,从而极大地提高了系统的纠缠容量,为发展高容量的量子信息体系提供了重要的量子资源。在本研究工作中,该团队充分利用这些量子纠缠源的高容量特性,并与全光量子隐形传态协议相结合,在单一体系中同时构建了九套并行的量子隐形传态通道。在此基础上,实验演示了两个相互独立且正交的轨道角动量模式的同时隐形传送。该工作为确定性地实现多通道并行量子通信协议开辟了道路,并为构建高容量全光量子通信网络奠定了基础。  在实验中,该团队首先利用原子系综四波混频过程制备了多通道光学轨道角动量复用的连续变量纠缠源,并分发到参与量子隐形传态协议的发送方(Alice)以及接收方(Bob)。Alice利用一个高增益光学参量放大器,把待传输态与她所拥有的量子纠缠资源进行模式匹配的参量放大,并将放大后的光学输出无测量地通过一个全光通道传输给Bob。Bob在收到全光信号之后,利用一个线性光学分束器,将其与自身所拥有的量子资源进行相干操控,从而实现待传态的高保真复现。通过利用光学轨道角动量模式对待传态进行编码,实现了九通道量子隐形传态保真度对经典极限的突破,演示了单一体系中九个量子隐形传态通道的同时构建。  全光量子隐形传态体系示意图   为了在实验上演示这一全光体系所具有的量子隐形传态并行处理能力,该团队在输入端用光学轨道角动量同时编码了两个模式独立且正交的待传态,利用上述构建的全光量子隐形传态体系,在输出端实现了这两个待传态突破经典极限的高保真复现,展示了该体系在信息容量提升方面的独特优势。全光量子隐形传态体系同时传送两个轨道角动量模式编码的相干态  审稿人指出:“这是一个及时且技术上令人兴奋的想法”(This is a timely and technologically exciting idea);“这是一个重要的结果,因为(据我所知)这是首次实验演示全光隐形传态协议”(this is an important result, since (to my knowledge) that's the first time that the AO teleportation protocol has been experimentally demonstrated);“这项工作的结果会使这样一种另外的隐形传态方式为领域所广泛了解”(The results of this work can potentially make this alternative way to perform teleportation widely known to the community)。荆杰泰教授团队  本次发表在Nature Communications的论文,第一作者均是荆杰泰教授团队的博士研究生,其中刘胜帅博士刚刚以副研究员留校并加入该团队。荆杰泰教授长期从事量子光学、原子分子物理方面的实验和理论研究,近年来在基于原子系综量子光源的实验产生及其在量子通信和量子精密测量的应用方面取得了系列研究成果。相关成果相继以通讯作者身份发表在本领域国际重要学术期刊上,包括Nature Communications以及Physical Review Letters等,相关研究成果受到国际国内同行研究组的广泛关注。荆杰泰教授曾主持国家自然科学基金委重大研究计划重点支持项目,先后入选教育部新世纪优秀人才等。截至目前,荆杰泰教授指导的研究生先后共有10人次获得“研究生国家奖学金”,5人次获得“上海市优秀毕业生”,2人次获得“王大珩高校学生光学奖”。  成果链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17616-4图文、来源|光谱实验室 编辑|梁儒铭 编审|吕安琪
  •        近年来,越来越多的多肽药物被用于治疗糖尿病、细菌感染、肿瘤等疾病。与传统小分子药物相比,多肽药物具有更好的特异性和生物相容性。然而,多肽在体内极易被酶降解,致其体内半衰期短,难以达到治疗效果,阻碍了多肽药物的广泛应用。此外,由于大多数多肽不能穿透细胞膜,因此目前的多肽药物仅局限于细胞外靶点,如细胞表面的受体、离子通道和分泌性蛋白等。开发高效、安全的多肽胞内递送技术对于生物医药的发展具有重要的意义。近日,中国足球竞彩比分生命科学学院程义云团队开发了一种氟标签技术用于多肽胞内递送。这种方法相对传统技术具有更好的胞内递送效率,能够很好地维持多肽分子的生物活性,并提高其酶稳定性。该成果近日发表于Science Advances(2020, 6, eaaz1774)。华东师大程义云团队成果刊发于Science Advances  课题组在之前的研究中发现,氟化修饰可以显著提高阳离子高分子的基因(Nat. Commun., 2014, 5, 3053)和蛋白质胞内递送(Nat. Commun., 2018, 9, 1377)性能,含氟烷基链具有由于极低的表面能,其修饰的材料容易通过自组装成纳米结构。考虑到多肽胞内递送与蛋白质递送的相似之处,研究人员推测可以利用含氟烷基链优异的自组装以及跨膜性能,将其标记到多肽分子上,进一步自组装形成纳米结构,从而破除多肽胞内递送过程中存在的多重屏障,并提高多肽的稳定性。在该研究中,研究人员分别在不同分子量、等电点和疏水性的多肽末端修饰含氟烷基链,均可以形成稳定的纳米颗粒,并且高效地将多肽分子递送到细胞内(图1)。与TAT和R8等经典的细胞穿膜肽相比,氟标签技术具有更好的胞内递送效率和酶降解稳定性。若把含氟烷基链替换为不含氟的碳氢基烷基链,则多肽大部分停留在细胞膜表面,无法进入胞内,这是由于碳氢基烷基链容易与细胞膜融合,而使得连接的肽滞留在细胞膜表面。利用这一技术可以高效递送活性多肽如促凋亡肽KLAKLAKKLAKLAK进入胞内,标记后的肽在体外和体外均展现了优异的抗肿瘤活性。该研究为多肽的胞内递送提供了一种简便、高效的新策略。氟标签技术用于多肽分子的胞内递送  该论文的第一作者为中国足球竞彩比分生命科学学院博士生荣广玉和华南理工大学的博士后王长平,通讯作者为程义云教授。中国足球竞彩比分为该论文的第一单位。该研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金、科技部重点研发计划等项目的经费支持。论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eaaz1774.full图文、来源|生命科学学院 编辑|饶欣雨 编审|郭文君
  •        继7月10日在Science Advances 上发表远红光调控的分割型split-Cas9基因编辑系统后,7月24日,中国足球竞彩比分生命科学学院,中国足球竞彩比分医学合成生物学研究中心叶海峰研究员团队再次在Nature Communications上发表题为“A non-invasive far-red light-induced split-Cre recombinase system for controllable genome engineering in mice”的最新研究成果,利用光遗传学与合成生物学理念设计开发了一套远红光调控的分割型Cre-loxP重组酶系统(简称FISC系统)。该研究成果是继远红光控制细胞命运(FACE系统),远红光控制基因编辑后(FAST系统)的又一大重要应用,极大地拓宽了光遗传学的应用领域。叶海峰研究员团队在Nature Communications上发表成果  Cre-loxP重组酶系统是一种位点特异的基因重组技术,可以迅速而有效地实现各种生理环境下的基因定点插入、删除、替换和倒位等操作。传统的Cre-loxP重组酶系统存在早期胚胎致死和长期表达的毒性问题。近年来,科学家将合成生物学理念融入Cre-loxP重组酶系统中,开发出了一系列调控式的Cre-loxP重组酶系统,但是这些诱导系统仍然具有一定程度的毒性,且组织穿透性差,这些都极大地限制了Cre-loxP重组酶系统在动物体内的应用。  为了解决以上科学问题,该研究以低强度的远红光外部照射作为控制手段(730nm,LED光源),借助于远红光本身的组织器官通透性高优势,很好地解决了上述的组织穿透性差和毒性大的问题,实现了非侵入性的安全有效远程无痕控制。在课题组多年的研究经验和积累之上,研究团队将响应远红光和合成c-di-GMP的光敏蛋白BphS,响应c-di-GMP的BldD蛋白以及Cre重组酶进行合理拼接组装,开发了一套远红外光调控的分割型Cre-loxP重组酶系统。该系统主要是将Cre重组酶分成CreN59(第1–59个氨基酸)和CreC60(第60–343个氨基酸)两部分,其中CreN59与Coh2蛋白融合被组成型启动子表达,CreC60与DocS蛋白融合被远红光诱导表达。两部分分割的Cre重组酶在DocS与Coh2蛋白自发相互作用下重新形成有功能的完整Cre重组酶,进而识别报告基因中loxP位点切除阻止基因表达的STOP序列,从而启动目的基因表达(图1)。图1.FISC系统工作原理  按照预期设计系统元件后,研究团队人员在人胚胎肾细胞HEK-293中进行测试,发现结果并不理想,在黑暗条件下的背景过高。如何进一步降低本底的泄露至关重要,研究团队人员通过优化不同启动子,不同质粒量,蛋白间连接肽以及不同Cre重组酶作用序列,终于获得了最优版本的FISC系统。然后,研究团队人员在哺乳细胞中测试了FISC系统动力学表征,结果显示在不同的报告蛋白和不同的细胞系中,FISC系统均展现出良好的调控效果,并且具有光照强度和时间依赖性以及高度的时空特异性。  Cre-loxP重组酶系统在拟南芥、水稻、果蝇、斑马鱼、小鼠等多种高等真核生物体内均被广泛应用。这里,研究人员在小鼠体内测试了FISC系统的工作情况。利用流体动力学注射和电刺激两种不同方法将FISC系统递送至小鼠体内,同时与已发表的两套蓝光调控Cre-loxP系统进行比较,结果显示FISC系统在体内展现出更高效的重组效率,这也充分体现了远红光的组织穿透性优势,进一步证明了FISC系统在动物体内极具应用优势(图2)。图2.FISC系统在小鼠体内介导的DNA重组效果  随后,研究团队将FISC系统构建在腺相关病毒AAV载体上,利用AAV病毒将FISC系统递送到tdTomato转基因报告小鼠(Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze)。该转基因报告小鼠经过远红光照射后,在体内诱导合成的Cre重组酶会切割基因组上的loxP序列,切除STOP序列,表达tdTomato红色荧光蛋白。通过观察小鼠活体成像和肝脏成像发现,与黑暗组小鼠相比,光照组后小鼠荧光蛋白表达量更高。这充分说明利用AAV载体成功实现了FISC系统在小鼠体内的高效DNA重组。图3.AAV病毒将FISC系统递送到tdTomato转基因报告小鼠介导DNA重组  总之,研究团队研发的FISC系统成功在体内外实现了精准可控的基因改造,具有非侵入性,深度的组织穿透能力,低毒性以及空间特异性。FISC系统扩展了DNA重组的光遗传学工具箱,有望为细胞的命运图谱的研究、功能基因的研究以及动物模型的构建等研究提供一种新的策略和方法。  该论文的通讯作者为中国足球竞彩比分生命科学学院叶海峰研究员。2017级博士研究生吴嘉丽、王美艳副研究员和已毕业2018届硕士研究生杨雪平为该研究论文的共同第一作者。该研究受到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、上海市科委合成生物学重大项目以及国家自然科学基金的大力支持。  据悉,本研究是叶海峰课题组在光遗传学应用上的进一步的研究成果。2017年,课题组在Science Translational Medicine期刊上发表了一篇研究文章报道了一种远红光(730 nm,LED)调控的转基因表达控制系统,并实现了智能手机远程控制细胞释放胰岛素治疗糖尿病的目标。2018年,该课题组在美国科学院院刊PNAS上报道了远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录激活装置(FACE),可实现表观遗传操控以及诱导干细胞分化为功能性神经细胞。2020年,该课题组在Science Advances 上报道了一个远红光调控的分割型split-Cas9基因编辑系统(FAST),通过对小鼠肿瘤中的致癌基因进行编辑,成果实现了光控抑制肿瘤生长。该一系列系统性研究工作进一步拓展了光遗传学工具箱,为精准可控的细胞治疗和基因治疗奠定了研究基础,进一步推动了基于光遗传学的精准治疗和临床转化应用。原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17530-9延伸阅读:澎湃新闻 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_8416214科技日报 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_8448794科学网 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/7/443261.shtm来源|生命科学学院 编辑|林易 编审|吕安琪

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