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简单系统实验室

研究方向

重建基本的细胞代谢生化振荡器并将其应用于合成细胞的制造

Логотип лаб простых систем.jpg 这个基础项目的主要目标是回答有关生命系统的结构和组织原理的基本问题。为寻找代谢反应的“核心”蛋白,工作中将软体动物纲细菌鸡毒支原体(Mycoplasma gallisepticum) 作为主要的模型研究对象。多年来我们致力于这种细菌的多组学研究,事实上,它是各种扰动模型中的最小细胞模型。

所获成果使我们可以将注意力集中在一系列能振荡的代谢反应上。糖酵解是活细胞中最重要和最广泛的途径,其反应具有振荡能力。在影响代谢反应的定性和定量组成的同时,改变振荡的频率和幅度,从而导致细胞的“化学心脏”的启动或停止。 查明此类反应是重建人造细胞的关键任务。

为了实施该项目,既可使用数学计算方法、建模,也可以使用实际操作细菌模型并利用细胞提取物或重组蛋白在脂质体中体外构建代谢途径,分析细胞中单独复合物存在的可能性- 糖酵解酶体 -研究这种结构中糖酵解酵素的性能机制。

除了基础作用外,该项目还具有应用作用:创建具有一组已知功能和指定属性的分子机器。


这些分子机器可用于各种目的

  • 制造用于生产或处置化合物的微生物。现有微生物具有先天的特性和局限。比如,化合物激活体可能出现在生产条件下代谢低下。通过重新合成微生物,可以避免此类限制。
  • •创建生物传感器。合成平台不仅可以设计整个基因组,还可以设计单独的功能模块。借助该模块可以获得不存在于自然界中的蛋白质或蛋白级联。例如,根据某些传感器的信号创建人工DNA 信息记录系统。此类传感器可植入患者或动物模型收集正在进行过程的信息,然后读取它。
  • 创建新的治疗剂运送工具。人造微生物可现场转化为运送或生产治疗剂的工具。为此人造有机体失去了分裂的能力。 同时必要的酶途径也被添加到它的基因组中。
  • 基因的设计和组装。
  • 利用生物传感器诊断人类、动物和植物疾病。
  • 创建用于活性筛选的蛋白质库。通常具有新特性的蛋白质(比如新培养基特异酵素)是在已有蛋白质的基础上获得的。

寻找具有最小基因组的细胞适应和调节的新机制

高可塑性、耐受性、快速有效地在群体水平而不是在细胞水平上产生对抗菌药物和毒素的耐药性的能力,尽管装置简单且支原体属细菌退化让人产生存在调节和适应这些微生物替代机制的想法。 由于缺乏刚性的细胞壁,支原体可能的适应性策略之一可能是通过改变细胞质的大小和/或密度、蛋白质复合物的重排来调节细胞体积。 为此,我们的科学团队使用不同的物理、生化和微观分析方法。 此外,作为替代研究对象,为了理解所研究的细胞调节替代机制的“普遍性”,我们使用了生物学家的经典模型——不同状态(杆状、丝状、原生质球状)的大肠杆菌(Escherichia coli)。

研究严重急性呼吸道综合征冠状病毒2型(简称SARS-CoV-2) 单独蛋白对新冠并发症发展的影响

COVID-19疫情的后果表明,从体内消除病原体固然重要,分析感染新冠后出现的并发症机制也很重要。

研究单独的病毒蛋白对大型生物的影响使我们能够更详细地研究感染模式,同时找出涉及哪些代谢环节和结构成分。 这种方法将使我们能找出病毒发病机制中的新环节,从而使病毒可以被药物靶向。 此外,这项研究还将能够回答 SARS-CoV-2 病毒亚单位疫苗在多大程度上导致并发症发生的问题。

实验室所使用的方法

  1. 蛋白质组分析方法(一维和二维凝胶电泳、蛋白水解、质谱、蛋白质印迹、磷酸化肽段富集、蛋白质复合物分析)。
  2. 在细菌表达系统中获得重组蛋白的方法。
  3. 分离DNA、RNA的方法,获取DNA的方法,选择引物的方法。
  4. 从生物体中分离代谢物的方法。
  5. 细菌制剂(鸡毒支原体 Mycoplasma gallisepticum、莱氏无胆甾原体 Acholeplasma laidlawii、大肠杆菌 E. coli)的培养方法,与真核细胞一起使用(病原体-宿主模型的研究)。
  6. 转录分析方法(RT-PCR、全基因组和全转录组测序方法)。
  7. 显微镜(光学、荧光、电子)。
  8. 用于分离细胞区室(核糖体、细胞核和核苷酸、线粒体)、细菌囊泡的超离心法。
  9. 人工脂质体的形成方法。
  10. 体外(in vitro)转录和翻译方法
  11. 数学和生物信息学建模方法。

发表的作品


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