检索结果-内蒙古大学图书馆

生物工程学报 2025年第3期41卷 917-933页

作者：刘保艳李帅苏浩盛翔中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学全国重点实验室天津300308 中国科学院大学北京100049

计算模拟驱动的生物元件、代谢网络乃至细胞系统的机理解析、定向改造和按需设计,可为解决不同层次的生物学问题提供新的技术方案,已成为生物制造的核心研究内容。在蛋白元件的计算模拟方面,基于物理原理的传统方法利用计算机软件和数... 详细信息

计算模拟驱动的生物元件、代谢网络乃至细胞系统的机理解析、定向改造和按需设计,可为解决不同层次的生物学问题提供新的技术方案,已成为生物制造的核心研究内容。在蛋白元件的计算模拟方面,基于物理原理的传统方法利用计算机软件和数学模型来模拟生物体系中蛋白行使功能的物理和化学过程,是理解复杂生物体系和指导实验设计的有力工具。随着生物系统模拟尺度的不断扩大,传统计算模拟技术面临计算精度和计算速度难以平衡的困境。近年来,生物数据量呈现爆炸式增长,使得构建高性能人工智能(artificial intelligence,AI)模型成为可能,为蛋白计算模拟带来了新思路和新契机,AI和物理原理融合驱动的蛋白计算模拟技术应运而生。本文对基于物理原理的传统蛋白计算模拟方法及其应用进行了详细介绍,并对融合AI和物理原理的最新计算模拟技术进行了梳理和讨论,进而提出在AI模型中结合严谨的化学知识和既定的物理原理,可有效提升数据处理和模式识别能力,从而提高计算效率和预测的准确性,使其具有更强的解释能力、通用性和稳健性。目前,AI与物理原理融合驱动的计算模拟技术已在生物催化领域展现出巨大的潜力和价值。本文聚焦于主流和先进的蛋白计算模拟技术,通过对这些技术的系统性回顾和前瞻性分析,梳理了蛋白质计算模拟技术的发展脉络,以推动其在酶催化机制解析、蛋白从头设计与理性改造等领域的应用,助力生物制造的发展。

关键词：人工智能计算模拟计算生物学分子对接分子动力学模拟量子化学计算

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从地球生物学到天体生物学

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地球科学 2025年第3期50卷 857-876页

作者：罗根明王畅殷宗军沈冰林巍屈原皋中国地质大学(武汉)地质微生物与环境全国重点实验室行星地质与深空探测湖北省重点实验室地球科学学院中国科学院南京地质古生物研究所古生物学与油气地层应用全国重点实验室中国科学院大学南京学院北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室地球与空间科学学院中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院地球与行星物理重点实验室中国科学院深海科学与工程研究所

我们在宇宙中是否独一无二？地球生命是在何处以及如何起源？这些全人类孜孜以求的重大科学问题正是天体生物学研究的核心问题.伴随着深空探测技术的提高和工程任务的开展，我们比以往任何时候都更有可能回答上述问题.地球是迄今为止唯... 详细信息

我们在宇宙中是否独一无二？地球生命是在何处以及如何起源？这些全人类孜孜以求的重大科学问题正是天体生物学研究的核心问题.伴随着深空探测技术的提高和工程任务的开展，我们比以往任何时候都更有可能回答上述问题.地球是迄今为止唯一确认孕育生命的星球，地球生物学的研究对地外生命的探寻具有重要的指导意义.为了更好地推动天体生物学的发展，本文介绍了地球生物学和天体生物学内涵和简要发展历史.在此基础上，围绕天体生物学所关注的宜居性和生命的形成与演化这两个不同层次的核心科学问题，阐述了天体宜居性所要满足的条件，分析如何判断宜居环境是否孕育了生命.最后提出了地球生物学需要加强的3方面研究，分别为早期地球宜居性演化、极端环境的生命特征和记录，以及生命信号的构建.

关键词：宜居性生命信号早期地球极端环境地质微生物天体生物学生态系统

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线粒体RNA结合蛋白AMG-1/SLRP-1复合体开拓生殖发育研究新视野

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科学通报 2025年第12期70卷 1678-1681页

作者：常占鑫王鹏苗龙北京师范大学生命科学学院细胞增殖与调控生物学教育部重点实验室北京100875 中国科学院生物物理研究所中国科学院生物大分子卓越研究中心RNA生物学重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

在哺乳动物中,线粒体是细胞的能量工厂,通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)产生ATP,为精子运动和顶体反应提供必需的能量.精子的鞭毛运动依赖于大量的ATP,线粒体在精子中集中分布于中段,为鞭毛的摆动提供能量支持.Setia... 详细信息

在哺乳动物中,线粒体是细胞的能量工厂,通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)产生ATP,为精子运动和顶体反应提供必需的能量.精子的鞭毛运动依赖于大量的ATP,线粒体在精子中集中分布于中段,为鞭毛的摆动提供能量支持.Setiawan等人[1]的研究表明,在线粒体中,氧化磷酸化是生成ATP的主要途径,尤其是在需要大量能量的情况下,如精子激活过程中氧化磷酸化生成的ATP支持鞭毛的运动,这是精子游动所必需的.

关键词： SLRP-1复合体 RNA结合蛋白线粒体 AMG-1

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从制造到智造:维生素B_(12)与合成生物学的不解之缘

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科学通报 2025年第1期70卷 44-59页

作者：康倩吕荣玉张大伟中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学重点实验室天津300308 天津科技大学生物工程学院天津300457

合成生物学以生命科学为基础,辅以工程化思维,融合了物理学、化学、计算机科学等学科知识,旨在改造、设计、构建新型的生物体系.维生素B_(12)作为横跨医学、化学和生物学三学科的“明星小分子”,近百年来一直备受研究人员的重视,其生物... 详细信息

合成生物学以生命科学为基础,辅以工程化思维,融合了物理学、化学、计算机科学等学科知识,旨在改造、设计、构建新型的生物体系.维生素B_(12)作为横跨医学、化学和生物学三学科的“明星小分子”,近百年来一直备受研究人员的重视,其生物制造在合成生物学发展的推动下不断创新.本文探讨了自1926年维生素B_(12)小分子被发现至今的重要研究成果和内容,其中囊括在早期医学、化学研究时期,维生素B_(12)相关研究的重要诺奖级成果;天然合成维生素B_(12)菌株挖掘、催化途径解析及遗传工具开发;人工重组合成维生素B_(12)菌株和体系的构建及优化等重要内容.聚焦近30年来,合成生物学系统研究方法的提出和推进对维生素B_(12)生物制造有显著促进作用.这些进展推动了维生素B_(12)从简单的天然菌种“制造”过程走向更具设计性、智能化的人工菌种与人工体系的“智造”过程转变.此外,维生素B_(12)复杂的天然合成途径成为经典的研究范本,为合成生物学发展提供了优秀的经典案例,与合成生物学的发展结下“不解之缘”.

关键词：合成生物学维生素B_(12) 生物制造细胞工厂无细胞合成

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基于个人计算机的进化生物学分析新时代:以eGPS为例新时代多功能软件探讨

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遗传 2025年第2期47卷 271-285页

作者：虞达浪杨佳宁张建威张皖豫李海鹏国科大杭州高等研究院生命与健康科学学院浙江省系统健康科学重点实验室杭州310024 中国科学院上海营养与健康研究所中国科学院计算生物学重点实验室上海200031 中国科学院大学北京100049

各种多组学技术所产生的大规模数据,提出了如何快速、准确地分析这些数据的重要科学问题。如何在发展创新性新理论和数学模型的基础上,基于软件工程开发出能够让用户高效且精确地处理大规模生物学数据的便捷工具,是生物信息学和计算生... 详细信息

各种多组学技术所产生的大规模数据,提出了如何快速、准确地分析这些数据的重要科学问题。如何在发展创新性新理论和数学模型的基础上,基于软件工程开发出能够让用户高效且精确地处理大规模生物学数据的便捷工具,是生物信息学和计算生物学的重要研究方向。本文主要介绍了生物信息学相关软件的发展历史、基于进化生物学的应用场景和进化与组学多功能分析软件平台eGPS、计算机使用的3种方式和软件编程的3个范式,以及如何基于Conda、R语言生态与eGPS软件平台分析单基因、通路和基因组水平的数据。针对不同科学目标的用户群体,提出了软件开发、使用、维护的新思路,并对进化生物学软件应用领域的未来发展进行了展望。最后,本文提出使用个人计算机进行进化与多组学分析不仅是时代所需也是未来发展的趋势,在生物信息学分析中扮演越来越重要的角色。

关键词：个人计算机进化生物学分析多组学分析 eGPS软件平台软件开发

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数据驱动的生物制造过程多组学分析与建模

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生物工程学报 2025年第3期41卷 1152-1178页

作者：朱岩张志丹覃培斌申杰孙际宾中国科学院天津工业生物技术研究所系统生物学中心天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308 低碳合成工程生物学全国重点实验室天津300308

生物制造是新质生产力的重要代表,是通过工程细胞或无细胞体系实现物质高效转化的创新生产方式。其生产过程具有时空异质性、复杂性及动态性,给过程系统认知、优化调控带来了显著挑战。本文总结了生物过程多组学数据获取及分析的关键技... 详细信息

生物制造是新质生产力的重要代表,是通过工程细胞或无细胞体系实现物质高效转化的创新生产方式。其生产过程具有时空异质性、复杂性及动态性,给过程系统认知、优化调控带来了显著挑战。本文总结了生物过程多组学数据获取及分析的关键技术,归纳了基于多组学数据的生物过程建模方法,深入探讨了多组学和建模在过程参数调整、发酵控制、环境应激机制解析、营养供给优化及生产实时监测等关键环节的实际应用,详细阐释了多组学数据深度整合及模型构建在提升生物过程操作精度方面的巨大潜力。此外,本文讨论了目前生物过程优化面临的若干挑战,并探索了可能的解决策略。未来通过克服这些挑战,可以更好地理解和控制复杂的生物过程,推动生物制造领域的快速发展。

关键词：生物过程多组学数据科学数字细胞模型整合分析

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细胞生命过程数学刻画建模

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生物工程学报 2025年第3期41卷 1052-1078页

作者：朱岩孙际宾中国科学院天津工业生物技术研究所系统生物学中心天津300308 低碳合成工程生物学全国重点实验室天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308

生物制造是使用工程细胞实现化学品、医药、能源、材料产品的规模化生产,也是应对全球环境危机,实现“双碳”目标,推动经济社会绿色转型的一种新兴生产力。高效设计并构建工程细胞需要精准、全面的数字细胞模型。测序仪、质谱、光谱、... 详细信息

生物制造是使用工程细胞实现化学品、医药、能源、材料产品的规模化生产,也是应对全球环境危机,实现“双碳”目标,推动经济社会绿色转型的一种新兴生产力。高效设计并构建工程细胞需要精准、全面的数字细胞模型。测序仪、质谱、光谱、微流控等前沿装备的迭代升级,数据科学、人工智能、自动化等高新技术集群的突破性进展,使得细胞组分动态变化的精确测量、海量生物数据的快速获取、细胞过程数理模型的精准构建成为可能。本文系统归纳了系统生物学中细胞建模的数理框架:首先从网络拓扑、随机过程、动力学方程等维度剖析了常见数学模型架构及其使用范围,继而分类评述了生长分裂、形态发生、DNA复制、转录调控、生化代谢、信号转导、群体感应等单一细胞过程的建模策略,重点探讨了整合多个细胞过程构建全细胞模型的研究进展,最后讨论了数据不足、机制解析不充分、多维数据整合困难、计算复杂度指数增长等限制细胞生命过程数学刻画的若干关键挑战。本文汇总了系统生物学中细胞生命过程精确模拟的数理基础,增进了对细胞运作分子机制的理解,对未来工程生物的设计与构建具有重要意义。

关键词：生物制造细胞生命过程数学模型系统生物学全细胞模型

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菌物及其真菌界的三种生存方式

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菌物学报 2025年第3期44卷 1-8页

作者：魏江春中国科学院大学北京100049 中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室北京100101

菌物包括真菌界的真菌、管毛生物界中的假菌,亦即卵菌门、丝壶菌门和网菌门(并系类群)以及原生动物界中的黏菌网柄菌门、黏菌门、集胞黏菌门及其类似生物(复系类群)。真菌界的3种生存方式包括共生、噬生和腐生。

关键词：菌物管毛生物原生动物真菌界共生噬生腐生

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深层土壤有机碳储量、稳定性以及对人类活动响应的研究进展

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中国生态农业学报(中英文) 2025年第3期33卷 435-448页

作者：王高起袁丹吴萍秦树平胡春胜中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄050022 中国科学院大学北京100049

土壤是陆地生态系统最大的有机碳库,对全球气候变化有着重要的调节作用。目前,大部分关于土壤有机碳储量与周转方面的研究仅关注0~1 m土层土壤,对1 m以下的深层土壤有机碳储量、稳定性及其对人类活动的响应还缺乏系统总结。鉴于此,本文... 详细信息

土壤是陆地生态系统最大的有机碳库,对全球气候变化有着重要的调节作用。目前,大部分关于土壤有机碳储量与周转方面的研究仅关注0~1 m土层土壤,对1 m以下的深层土壤有机碳储量、稳定性及其对人类活动的响应还缺乏系统总结。鉴于此,本文系统总结了深层土壤有机碳储量、来源、组成、稳定性及其对人类活动的响应规律等方面的最新研究进展。在全球范围内,深层土壤有机碳储量为29.9~219.6 t·hm^(−2),占土壤有机碳储量的15%~84%。深层土壤有机碳的年龄为4800~28100 a,周转时间为1000~4285 a。深层土壤有机碳的稳定性显著高于表层,主要原因是深层土壤中的氧气含量远低于表层,另外深层土壤有机碳大部分被矿物保护,其化学组成更趋惰性。影响深层土壤有机碳稳定性的关键因素包括:氮肥过量施用、种植制度转变和地下水位波动。虽然深层土壤有机碳的矿化速率显著低于表层,但人类活动导致的硝酸盐淋失、种植制度转变以及地下水位波动已在一些区域显著降低了深层土壤有机碳的稳定性,对全球气候变化可能造成深远影响。未来亟需:1)评估区域/全球深层土壤碳库储量及其稳定性;2)阐明深层土壤有机碳库储量及其稳定性对人类活动的响应机制;3)量化人类活动导致的深层土壤有机碳释放对全球变暖的贡献。

关键词：全球气候变化深层土壤有机碳碳储量碳稳定性人类活动矿化

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基于人工智能的CRISPR-Cas系统的设计、挖掘与改造

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生物工程学报 2025年第3期41卷 949-967页

作者：毛雨丰储光芸梁庆玲刘叶杨毅廖小平王猛中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308 低碳合成工程生物学全国重点实验室天津300308

随着合成生物学的兴起,CRISPR-Cas系统作为基因编辑的核心工具在医药、农业和工业生物技术等领域展现了巨大潜力。本文综述了人工智能(artificial intelligence,AI)技术在CRISPR-Cas系统设计、挖掘与改造中的应用进展。AI技术,特别是机... 详细信息

随着合成生物学的兴起,CRISPR-Cas系统作为基因编辑的核心工具在医药、农业和工业生物技术等领域展现了巨大潜力。本文综述了人工智能(artificial intelligence,AI)技术在CRISPR-Cas系统设计、挖掘与改造中的应用进展。AI技术,特别是机器学习,通过分析高通量测序数据,优化sgRNA设计、提升编辑效率、预测脱靶效应。本文讨论了AI在单链引导RNA(single guide RNA,sgRNA)设计与评估中的应用,并对基于机器学习的CRISPR阵列、Cas蛋白的注释与挖掘,以及AI在CRISPR相关的基因编辑关键蛋白改造中的潜力也进行了重点探讨。这些研究不仅提高了基因编辑的效率和精确性,还为基因组工程开辟了新的可能性,也为实现智能化和精准化的基因组编辑奠定了基础。

关键词：合成生物学基因编辑 CRISPR-Cas 单链引导RNA设计酶的挖掘与改造

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