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代谢扩展生物的“旁中心法则”——对理解基因-糖-代谢-表观基因互作的意义

Albert Stuart Reece

《工程(英文)》 2023年 第26卷 第7期   页码 16-16 doi: 10.1016/j.eng.2022.07.011

摘要:

The central dogma of biology holds that the transcription of DNA into RNA and the translation of RNA into proteins forms the primary axis of biological activity [1]. Following major advances in the description of the complex glycan and lipid chains that are added onto these basic building blocks, the glycome and lipidome have recently been added to this doctrine as an exciting new extension named the ‘‘paracentral dogma” [2]. However, it has been pointed out that biological systems can include many layers, which are described in modern omics technology platforms relating to both cell-intrinsic and cell-extrinsic layers of control, including metabolomic, microbiomic, immunological, epigenomic, epitranscriptomic, proteomic and phosphoproteomic layers [3].

It is well known that stem and progenitor cells have a metabolism that is based on glycolysis and glutaminolysis [4]. Although this provides less energy to the cell than oxidative phosphorylation, it suffices for these cells’ needs, since such cells are generally relatively quiescent and normally suppress energy-intensive processes such as genome duplication and transcription. Moreover, it has been shown that the high intracellular lactate levels involved in such states not only inhibits the key gatekeeper enzymes of oxidative phosphorylation (i.e., pyruvate dehydrogenase and carnitine palmitoyl acyltransferase) but also actually covalently modifies them by lactylation in order to maintain this inhibited metabolic–epigenomic state [5]. In addition, intermediate metabolism and nutrients are the source of the very extensive library of post-translational modifications to DNA, RNA, and proteins, as well as supplying cellular energy for many of the required reactions. Hence, the metabolic state locks in and reinforces the epigenomic state, and the metabolome and epigenome thereby play mutually reinforcing roles. This self-reinforcing coordination explains why it is so difficult to generate induced pluripotent cells and is a contributory explanation for why the described protocols typically have such low cellular yields. 

These concepts become even more important when it is considered that cancer cells are de-differentiated, similarly rely on glycolysis and glutaminolysis, and are similarly metabolically–epigenomically–genomically synchronized. The disruption of this metabolic system is a key focus of mechanistic cancer research.

These important considerations imply that the descriptive and predictive power of the newly described ‘‘paracentral dogma” of biology may be usefully and meaningfully extended by including the metabolome, along with the genome, transcriptome, proteome, glycome, and lipidome, to describe cell-intrinsic regulation—not only in terms of another omics analytical layer but also as a fully predictive and interactive partner in the symphonic-like multilayer coordination that evidently comprises cellular regulatory layering.

人类蛋白质N-糖基化的十二年全基因关联研究 Review

Anna Timoshchuk, Sodbo Sharapov, Yurii S. Aulchenko

《工程(英文)》 2023年 第26卷 第7期   页码 17-31 doi: 10.1016/j.eng.2023.03.013

摘要:

Most human-secreted and membrane-bound proteins have covalently attached oligosaccharide chains, or glycans. Glycosylation influences the physical and chemical properties of proteins, as well as their biological functions. Unsurprisingly, alterations in protein glycosylation have been implicated in a growing number of human diseases, and glycans are increasingly being considered as potential therapeutic targets, an essential part of therapeutics, and biomarkers. Although glycosylation pathways are biochemically well-studied, little is known about the networks of genes that guide the cell- and tissue-specific regulation of these biochemical reactions in humans in vivo. The lack of a detailed understanding of the mechanisms regulating glycome variation and linking the glycome to human health and disease is slowing progress in clinical applications of human glycobiology. Two of the tools that can provide much sought-after knowledge of human in vivo glycobiology are human genetics and genomics, which offer a powerful data-driven agnostic approach for dissecting the biology of complex traits. This review summarizes the current state of human populational glycogenomics. In Section 1, we provide a brief overview of the N-glycan's structural organization, and in Section 2, we give a description of the major blood plasma glycoproteins. Next, in Section 3, we summarize, systemize, and generalize the results from current N-glycosylation genome-wide association studies (GWASs) that provide novel knowledge of the genetic regulation of the populational variation of glycosylation. Until now, such studies have been limited to an analysis of the human blood plasma N-glycome and the N-glycosylation of immunoglobulin G and transferrin. While these three glycomes make up a rather limited set compared with the enormous multitude of glycomes of different tissues and glycoproteins, the study of these three does allow for powerful analysis and generalization. Finally, in Section 4, we turn to genes in the established loci, paying particular attention to genes with strong support in Section 5. At the end of the review, in Sections 6 and 7, we describe special cases of interest in light of new discoveries, focusing on possible mechanisms of action and biological targets of genetic variation that have been implicated in human protein N-glycosylation.

关键词:     聚糖     N-糖基化     基因     遗传     基因关联研究    

基因的发展助力古DNA研究

Sarah C.P. Williams

《工程(英文)》 2023年 第26卷 第7期   页码 9-11 doi: 10.1016/j.eng.2023.05.003

分子标记的开发和系统发育基因实操班

会议日期: 2019年06月27日

会议地点: 山东济南

主办单位: 北京中科云畅应用技术研究院

第五届国际农业基因大会

会议日期: 2019年11月21日

会议地点: 广东深圳

全国小麦基因及分子育种大会

会议日期: 2019年08月26日

会议地点: 中国/山东/烟台

主办单位: 中国作物学会

新孢子虫病——分子流行病及发病机制综述 Review

Asis Khan, Jahangheer S. Shaik, Patricia Sikorski, Jitender P. Dubey, Michael E. Grigg

《工程(英文)》 2020年 第6卷 第1期   页码 10-19 doi: 10.1016/j.eng.2019.02.010

摘要: 虽然分子流行病研究尚处于起步阶段,但核糖体小亚单位RNA(small subunit ribosomal RNA, ssuRNA)和犬新孢子虫物种特异性DNA探针(pNc5)中的18S rRNA和ITS1虽然这些重复区域比管家或抗原基因具有更高的敏感性和特异性,但它们具有较低的区分能力,无法捕捉物种内部的多样性。只有一株名为N. caninum Liverpool(Nc-Liv)的虫株被进行基因测序,并与其近亲弓形虫(Toxoplasma gondii)进行了比较。因此,需要基于全世界多个虫株的全基因序列进行详细的群体基因研究,以便更好地了解新孢子虫目前的种群遗传结构,最终
确定能够更有效对抗牛新孢子虫病的疫苗候选者。本文的目的是概述我们目前对新孢子虫的分子流行病基因的理解,并将其与密切相关的顶复门寄生虫哈蒙球虫和弓形虫结合起来。

关键词: 新孢子虫病,分子流行病,群体遗传基因,宿主反应,疫苗    

第七届国际昆虫生理生化与分子生物论坛及第四届国际昆虫基因大会

会议日期: 2019年07月02日

会议地点: 中国/重庆/北碚

主办单位: 中国昆虫学会、西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室

肝脏移植术后糖尿病患者肠道微生物的变化 Article

凌琪, 韩玉秋, 马越, 王晓森, 朱铮, 王靖宇, 曹佳莹, 林笑含, 王军, 王保红

《工程(英文)》 2023年 第31卷 第12期   页码 98-111 doi: 10.1016/j.eng.2023.09.006

摘要: 因此,本研究通过高通量鸟枪法宏基因测序和代谢学分析相结合的方法,对PTDM和非PTDM的肝脏移植受者队列中的肠道微生物(IM)进行了表征,并破译了IM、TAC剂量和PTDM之间的潜在关联。通过与非 PTDM 和经典II型糖尿病(T2DM)进行对比分析,确定了PTDM患者的肠道微生物代表性特征为:变形菌门富集和拟杆菌门减少。总之,PTDM患者的粪便微生物和代谢发生了显著变化,且与 TAC 剂量相关。 这项研究是首个探索PTDM患者的细菌分类组成变化和细菌基因功能变化,以更好地理解IM对PTDM的影响。

关键词: 移植后糖尿病     他克莫司     基因     代谢    

材料基因计划与先进材料

陈立泉

《工程(英文)》 2015年 第1卷 第2期   页码 169-169 doi: 10.15302/J-ENG-2015056

基因测序成本将再次降低

Robert Pollie

《工程(英文)》 2023年 第23卷 第4期   页码 3-6 doi: 10.1016/j.eng.2023.02.002

深古菌门的核心代谢功能和热环境起源 Article

冯晓远, 王寅炤, Rahul Zubi, 王风平

《工程(英文)》 2019年 第5卷 第3期   页码 498-504 doi: 10.1016/j.eng.2019.01.011

摘要: 本研究对来自10个不同亚群的15个新获得和36个已经发表的深古菌基因进行了比较基因分析,揭示了深古菌门的核心代谢特征,即蛋白质、脂质、芳香族化合物降解,糖酵解途径和Wood–Ljungdahl它们广泛分布于热液(泉)环境中,并编码超嗜热适应性特征的标记基因逆促旋酶(reverse gyrase, rgy)。

关键词: 深古菌     基因     比较基因     超嗜热适应性    

宿主微生物内的基因突变——适应性进化或净化选择 Review

张家超, Rob Knight

《工程(英文)》 2023年 第20卷 第1期   页码 96-102 doi: 10.1016/j.eng.2021.11.018

摘要:

二代测序技术转变了人们评估宿主相关微生物区系和微生物的分类组成功能的能力。未来10 年将会开展更多的人类微生物研究,特别是那些探索微生物基因突变的研究。本文聚焦于微生物内菌株之间的共同进化,塑造了宿主肠道微生物种内和种间的菌株水平多样性。还探讨了微生物基因突变与常见代谢疾病之间的关联,以及病原体和益生菌在入侵和定植过程中的适应性进化。最后,讨论了注释和分析微生物基因突变方法和算法的研究进展。

关键词: 肠道菌群     基因突变     适应性进化     净化选择     单核苷酸变异    

信息科学应引领未来的生物医学研究 Perspective

Kenta Nakai

《工程(英文)》 2019年 第5卷 第6期   页码 1155-1158 doi: 10.1016/j.eng.2019.07.023

摘要: 与物理学不同,在生物中没有发现(或很少有)主导定律。因此,在生物中,“数据到知识”方法很重要。类似的方法可能有助于解决基因序列解释中的问题,如确定患者基因中的癌症驱动突变。最近,新一代测序(NGS)的爆炸性发展已产生大量数据,并且这种趋势将加速。

关键词: 数据科学     人工智能     下一代测序     脱氧核糖核酸     癌症基因     单细胞转录    

极地动物基因资源研究现状与发展战略

陈松林,徐文腾,陈张帆

《中国工程科学》 2019年 第21卷 第6期   页码 39-47 doi: 10.15302/J-SSCAE-2019.06.007

摘要:

本文主要从基因和转录层面分析了极地动物基因资源的研究现状,梳理了本领域研究中存在的问题,并提出了未来发展战略。极地动物基因测序起步较晚,迄今只完成了 13种极地动物的全基因测序。在转录研究方面,人们对极地的 31个物种进行了转录测序,并在以下四个方向重点开展了研究:环境适应性研究;污染物应激反应的分子机制研究;不同发育阶段或不同组织中的转录组分析;功能基因挖掘。本领域研究由于起步晚,研究广度和深度都有待加强,但极地动物的基因资源研究具有战略意义。建议国家设立“极地动物基因资源发掘与应用”重点研发计划专项,围绕极地渔业动物特殊性状遗传解析、特有基因功能分析和基因工程产品研发等开展研究。

关键词: 极地动物     基因,转录基因资源    

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代谢扩展生物的“旁中心法则”——对理解基因-糖-代谢-表观基因互作的意义

Albert Stuart Reece

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人类蛋白质N-糖基化的十二年全基因关联研究

Anna Timoshchuk, Sodbo Sharapov, Yurii S. Aulchenko

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基因的发展助力古DNA研究

Sarah C.P. Williams

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分子标记的开发和系统发育基因实操班

2019年06月27日

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第五届国际农业基因大会

2019年11月21日

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全国小麦基因及分子育种大会

2019年08月26日

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新孢子虫病——分子流行病及发病机制综述

Asis Khan, Jahangheer S. Shaik, Patricia Sikorski, Jitender P. Dubey, Michael E. Grigg

期刊论文

第七届国际昆虫生理生化与分子生物论坛及第四届国际昆虫基因大会

2019年07月02日

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肝脏移植术后糖尿病患者肠道微生物的变化

凌琪, 韩玉秋, 马越, 王晓森, 朱铮, 王靖宇, 曹佳莹, 林笑含, 王军, 王保红

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材料基因计划与先进材料

陈立泉

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基因测序成本将再次降低

Robert Pollie

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深古菌门的核心代谢功能和热环境起源

冯晓远, 王寅炤, Rahul Zubi, 王风平

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宿主微生物内的基因突变——适应性进化或净化选择

张家超, Rob Knight

期刊论文

信息科学应引领未来的生物医学研究

Kenta Nakai

期刊论文

极地动物基因资源研究现状与发展战略

陈松林,徐文腾,陈张帆

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