端粒研究论文

瑞拉菌素产生菌的诱变选育及发酵条件优化研究 【摘要】： 瑞拉菌素(zuelacmycin)是本实验室从秦岭山区土壤中分离筛选的一株放线菌产生的氨基糖苷类农用抗生素。该菌株属于委内瑞拉链霉菌秦岭变种。前期研究表明瑞拉菌素对多种植物病原真菌均有较强的抑制作用,但由于其发酵活性产物含量太少,限制了对其进一步的研究应用。为了提高其发酵液的生物活性和有效成分含量,本试验从三方面对其进行研究:一是以委内瑞拉链霉菌秦岭变种RL-2(Streptomyces venezuelaevar. qinlingensis RL-2)为出发菌株,分别采用紫外线、氯化锂及紫外线加氯化锂的复合诱变方式对其进行诱变选育;二是对高产菌株的发酵条件优化进行研究;三是对瑞拉菌素抑菌机理进行了初步研究。主要研究结果如下: (1)三种不同诱变法对RL-2菌株处理后,共挑出354株突变菌株。通过对354株突变菌株进行初筛和复筛结果表明:复合诱变是一种相对有效的育种手段,在复合诱变的紫外线照射时间为45s和氯化锂浓度为的情况下,获得一株瑞拉菌素的高产突变菌株UVL-108且连续传接7代其遗传特性较稳定。生测试验结果表明:突变株UVL-108对小麦赤霉病菌、烟草赤星病菌、苹果轮纹病菌、番茄灰霉病菌和稻瘟病菌等5种植物病原真菌和枯草芽孢杆菌、白菜软腐病菌等细菌的抗菌活性相比出发菌株均有显著提高。其中,UVL-108发酵液对上述5种植物病原真菌的毒力分别是出发菌株的、、、和倍,其中对瘟病菌的抑菌活性挺高最大。对枯草芽孢杆菌和白菜软腐病菌相对效价分别提高了68%和;采用活体组织法,测定了出发菌株和突变株UVL-108对油菜菌核的防效,结果表明突变株UVL-108的对油菜菌核病的防效明显好于出发菌株,发酵原液在稀释10倍的浓度下,其相对防效较出发菌株提高了。 (2)对高产菌株UVL-108发酵优化的研究结果表明,其最佳液体培养基组成为淀粉1%,黄豆饼粉,葡萄糖,碳酸钙,磷酸氢二钾;最佳发酵条件为:初始pH值,接种量6%,发酵时间为为72h-96h,培养温度为28℃,摇床转速为150r/min。 (3)本论文对UVL-108的活性产物抑菌机理作了初步研究,以稻瘟病菌为指示菌,结果表明其活性产物能强烈抑制病原菌菌丝的生长和孢子的萌发,引起病原菌菌丝生长畸形,菌丝扭曲或膨大、分枝增多等。

决定一个人生命长短的，其实是心理健康，一个人心里如果很健康很阳光的话，你会会发现这个人会心情很好，寿命也会很长。

伊丽莎白·布莱克本博士（Elizabeth Blackburn），于2009年获得诺贝尔生理学或医学奖，她在一篇论文开头这样说道： “人保持年轻的秘诀不是哀悼、担忧，或预期麻烦，而是明智认真地活在当下。” 伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn）博士从小开始就对生命如何运作着迷。生于1948年，她在澳大利亚的塔斯马尼亚岛上一个海边的偏远小镇长大。在那里，她从花园里收集蚂蚁，从海滩上把水母带回家。当开始科学研究生涯时，她转向在分子水平分析生命系统。 ▲2009年诺贝尔生理学或医学奖得主 伊丽莎白·布莱克本博士 在上世界70年代，布莱克本博士在耶鲁大学发现在染色体顶端存在一种重复DNA结构，这种结构像一个保护帽，在细胞进行分裂，DNA复制时保护染色体的顶端。这种结构称为 端粒 （telomere）。 端粒 (telomere) 是保护染色体的“帽子”，简单比喻，我们身体里的端粒就像一具“生命时钟”，它的缩短就是细胞衰老的生物学标记。 在上世纪80年代，布莱克本博士与她的研究生Carol Greider女士在加州大学伯克利分校发现了 端粒酶 ， 这种酶能够保护和重建端粒。 端粒酶可以比喻成“生命时钟”的维修工，它负责维修并增加它的寿命。你看到的没错，衰老这一过程也是可逆、可逆、可逆的（重要的事情说三遍）， 博士后来的研究中发现练习正念就能做到这一点 。布莱克本博士对端粒和端粒酶的研究让她在 2009年 获得了 诺贝尔生理学或医学奖 。 布莱克本博士正是通过端粒 / 端粒酶的途径，将正念冥想与抗衰老结合在一起，并得出延缓衰老结论的。 比如说，布莱克本博士团队，招募志愿者，然后让这些志愿者去北科罗拉州的香巴拉山静修，那些完成了为期3个月静修的志愿者，他们的端粒酶水平远比正在等待静修人群高出了30%。 一次偶然的开启 在2000年，一次意想不到的会面改变了她研究的方向。前来造访她的是Elissa Epel博士，当时是UCSF心理学系的博士后。 心理学家和生物化学家 通常没有很多共同语言，但是Epel博士对长期精神压力对身体的损伤非常感兴趣，而且她有一个非常前卫的提议。 （Elissa Epel博士和布莱克本博士） Epel博士如今是UCSF衰老、代谢和感情中心主任。她一直对意识与机体之间的关系感兴趣。对她影响很深的学者包括整体健康大师Deepak Chopra先生和生物学先驱Hans Selye博士。 他们在上世纪30年代第一次描述 长期精神压力可以在大鼠身上导致慢性病的发生。 “ 任何压力都会留下一个无法磨灭的疤痕，生物体经受压力环境付出的代价是它们会变得老一些 。”Selye博士说。 在2000年的时候，Epel博士想要发现那个“疤痕”。“我对这个想法非常有兴趣：如果我们仔细观察细胞，我们可能可以测量每天经受的压力给细胞带来的磨损。”她说。在阅读了布莱克本博士关于衰老的研究之后，她觉得端粒可能符合这些条件。 怀着面对著名资深科学家的忐忑，当年的博士后向布莱克本寻求帮助进行一项实验。这项实验的对象是照顾患有慢性病儿童的母亲，她们可能经历着人生中压力最大的日子。 Epel博士的设想是检测这些妇女感受到的精神压力的程度，然后看看她们的精神状态和端粒的状态之间有没有相关性。 她在犹他大学的合作者可以测量端粒的长度，而布莱克本的团队将检测端粒酶的水平。 到那时为止，布莱克本博士的研究都是在实验中精密控制的优雅实验。而Epel的研究对象，则是现实中复杂的人，拥有现实而复杂的人生。“对于我来说，这完全是另一个世界。”布莱克本博士说。最初，她很怀疑精神压力和端粒之间会不会有任何有意义的联系。基因本认为是最可能决定端粒长度的因素。测量环境因素，而且还是个心理因素对端粒的影响，在当时是非常有争议的。但是作为一个母亲，布莱克本博士被那些受到精神压力折磨的母亲的困境所吸引，她说：“你无法不心生怜悯。” Epel和布莱克本博士花了 4年 时间，终于做好准备从58名母亲那里获得血样。这是一个小型的试点研究，想要获得有意义的结果，在实验组和对照组的妇女需要尽量相似。她们有类似的年龄、生活习惯和背景。Epel在选择实验对象方面可谓费尽苦心。然而，布莱克本说，她一直觉得这个实验不过是个可行性研究，直到有一天Epel博士打电话来，告诉她“你肯定不敢相信！” 结果非常清晰明了—— 母亲汇报经受的压力越大，她们的端粒越短，而且她们的端粒酶水平越低。 研究结果及延展 数据结果在这项研究中 压力最大的妇女 与 压力最轻的妇女 相比 ， 端粒长度上的表现就 好像她们衰老了10年 ， 而且 端粒酶的水平也减半 。“我激动极了。”布莱克本博士说。她和Epel将现实生活的经历与细胞内的分子机制连接在了一起。 这是第一次证据表明 精神压力不但损害我们的健康，它实实在在地让我们衰老。 意外的发现很自然地引起别人的怀疑。布莱克本和Epel博士最初很难找到一家杂志愿意发布她们的跨界论文。当这篇论文最终在 2004年12月 在《PNAS》发表后，它激起了广泛的媒体关注和称赞。 斯坦福大学压力研究先驱Robert Sapolsky博士将这项合作描述为“飞跃广阔的跨学科峡谷”。 这项研究触发了这一研究领域的大爆发：研究人员们随后发现感受到的精神压力与健康女性中更短的端粒长度相对应。照顾阿兹海默病的亲属，家庭暴力的受害者，以及抑郁症和创伤后应激障碍患者身上的端粒都会变短。“ 10年过去了，现在我可以很肯定地说环境对端粒长度会有一定影响。”在约翰·霍普金斯大学医学院研究端粒疾病的临床医生兼遗传学家Mary Armanios博士说。 关于机制的研究也出现了进展。实验研究表明， 应激激素皮质醇能够降低端粒酶的活性，而氧化应激和炎症这两种心理压力的生理后果，则能够直接侵蚀端粒。 这似乎对我们的健康有着灾难性的后果。与年龄相关的多种疾病，包括骨性关节炎、糖尿病、肥胖症、心血管疾病、阿兹海默病和中风，都被发现与更短的端粒有关。 研究人员现在面对的问题是：端粒只是与年龄相关损伤的一个无害标志物（比如白头发），还是本身对造成这些健康问题产生重要影响。 在编码端粒酶的基因上携带突变的人群中，他们的端粒长度比正常值更低，而这些人会患上衰老加速综合征，他们的器官会逐渐衰竭。但是Armanios博士想要解决的问题是因为经受压力而导致端粒长度的小幅度减少是否和健康相关，尤其是在端粒长度本身非常多样的情况下。 布莱克本博士指出，有些基因突变影响端粒的维持，它们虽然对端粒的影响不如Armanois博士研究的综合征那么严重，但是还是会增加在生命晚期出现慢性疾病的风险。有些研究表明我们的端粒能够预测未来的健康水平。 例如， 一项研究表明，在两年半的时间里端粒长度减短的老年男性，在未来9年里死于心血管疾病的风险，是那些在同样时间里端粒长度没有变化或变长的男性的3倍。 布莱克本博士正在进行更大规模的研究，包括与北加州的Kaiser Permanente医疗系统合作，检测100,000人的端粒。这项研究的目标是将志愿者的端粒长度数据与他们的基因组数据和电子病例结合在一起，从而发现端粒长度与疾病之间的联系，以及影响端粒长度的基因突变。这项研究已经揭示了端粒长度和长寿之间的关系，布莱克本博士说。 通常随着人们年龄的增加，平均端粒长度会变短，但是，当年龄增长到75-80岁时，平均端粒长度反而上升，这是因为端粒长度短的老人们都去世了。 这意味着那些拥有更长端粒的老人确实活得更长。 在布莱克本和Epel发表最初研究后的10年里，精神压力通过端粒让我们加速衰老的理念已经渗透到了大众文化之中。除了获得很多科学奖项以外，布莱克本在2007年被时代周刊评为“世界上100位最具影响力人物”之一。 新问题：如何保护端粒 随着端粒缩短导致机体损伤的证据越来越多，她开始思考一个新的问题：如何保护端粒。 世界上有上百种内观的方法，而来自东方 佛教的一种正念修习方式让人们关注于当下的感受 。端坐在垫子或椅子上，只是简单地觉察到不同思绪的发生和消退，不去评价它们或者对它们做出反应，只是全然的体验当下所发生的内在外在的一切。对练习者来说这是一种精神上的追求，通过让不重要的思绪、感受、情绪消退，他们希望能够更接近现实的真正面目。 布莱克本同样对现实的本质非常感兴趣，不过将整个职业生涯用来关注能够测量和量化的事物之后，正念最初既不能引起她的个人兴趣，也不能激发她的职业兴趣。“ 10年前，如果你这样告诉我，我会说我们之间有一个人脑子有问题。 ”在2007年她接受纽约时报的采访时候这样说。然而，她对端粒的研究将她带到了正念。自从与Epel合作的最初研究问世之后，这两位科学家与世界各地多达50-60个研究团队进行了合作。其中很多团队聚焦于寻找保护端粒不受压力影响的方法。 大量不同的试验表明，身体锻炼，健康饮食和社会支持都有帮助。但是最有效的干预方法之一是正念冥想，它不但能够减缓端粒的磨损，甚至可能增加端粒的长度。 目前大多数研究规模都比较小，但是它们的结果都指向同一个方向。例如，布莱克本博士和她的合作者让志愿者去北科罗拉州的香巴拉山静修。 那些完成了为期3个月的静修课程的志愿者的端粒酶水平比等待静修的人群高30%。 在2013年，UCLA的Irwin博士发表的一项研究中，实践 一种古老的名为Kirtan Kriya的冥想的志愿者，与听放松音乐的志愿者相比，端粒酶水平显著升高。 在最新的研究中，Epel和布莱克本博士在对180名母亲进行随访。她们中间有一半人的孩子有自闭症。这项试验会在两年中检测这些妇女的精神压力程度和端粒长度，然后检测一种短期正念培训的效果。 在一项包含239名健康女性的研究中，那些思绪游走更少的女性（正念冥想的主要目的）的端粒长度显著长于那些思绪乱飞的女性。“虽然我们报道的只是相关性，然而有可能正念的思想状态可以促进健康生化环境的产生，从而促进细胞寿命的延长。”研究人员表示。 关于正念如何提高端粒长度和端粒酶水平的假说有不少种，但是大多将原因归咎于精神压力的减轻。 正念（mindfulness）通过一种以不评判的方式，对当下所发生的内在、外在身心体验保持觉察的方法，如对呼吸的觉察、对身体的扫描练习等，可以帮助我们放松身体，让我们从战斗或逃跑的自动化反应中解脱出来。它可能同时有减轻心理压力的作用。让我们可以后退一步，发现那些负面或者让我们感到有压力的念头并不见得是真实世界的反映，而是短暂并且终将过去的事件。它也可以帮助我们珍惜当下，而不是为过去而懊悔，或者为未来而担忧。 “ 能够专注于当下的活动是非常宝贵的 ，”Epel博士说：“我认为我们的社会普遍存在注意力分散的问题，尤其是当人们精神压力很大，并且没有资源让他们能够专注于当下。” 一位诺奖获得主将正念作为研究课题无疑会带来不少非议。有些布莱克本博士的怀疑者虽然对正念练习的健康效果有怀疑，但同时也不得不承认她的研究方法的科学性。当然也不乏有学者觉得这些早期研究的结果被过分宣扬和解读。 “人们对mindfulness的概念非常不舒服。”布莱克本博士说。她把这归结于对正念的不了解和正念与宗教实践的联系。“我们从来都是尽可能的谨慎，一直说‘ 这是初步结果，这是一个试点试验。 ’但是人们都不去读这些话，他们只是看到了头条标题，然后就慌了。” 不过现在情况正在改变，得益于NIH的资助，研究人员可以开发与宗教无关的基于正念的降压疗法，并且发现它们可以提供一系列健康益处，包括降低血压、提高免疫反应，和预防抑郁症。过去几年中， 多项神经科学研究表明即使是短暂的正念也可以改变大脑的结构。 “现在大脑数据和这些临床数据的发布，让人们更容易接受正念，”哈佛大学的神经科学家Sara Lazar博士说：“但是总会有一些人不会相信它有任何好处。” 布莱克本博士对正念的观点是： 它是一个可以被研究的课题 ，只要研究方法足够强大。所以当她的研究结果指向这个方向时，她并没有因为这些研究可能对她的名声不好而退缩。 而且，她自己尝试了正念练习，加入了在圣巴巴拉的一个为期6天的集训。“我很喜欢。”她说。她仍然会抽空进行短暂的冥想，她说这会帮助她让思维更为清晰，避免忙碌和分散的思维状态。 其实，从另一个角度也说明，无论科学是否走到如今这个阶段，在东方传统智慧文化中，佛教、道教都认为正念冥想可以帮助人员获取健康和长寿，甚至帮助人们进一步的发现生命的真相和奥秘，而布莱克本博士和她的同事们的研究只是再一次验证古老智慧的正确性。 你身边有练习正念的人吗？尝试去问一问，去观察一下，甚至自己也可以尝试一下，看看是否可以带来不一样的体验和感受。 文：源自“药明康德”，一心正念适当删减、调整 图：来自网络参考资料： [1] Can meditation really slow ageing? Retrieved November 19, 2018, from [2] Elizabeth Blackburn on the telomere effect: ‘It’s about keeping healthier for longer’. Retrieved November 19, 2018, from [3] The Telomere effect. Retrieved November 19, 2018, from [4] The science of cells that never get old. Retrieved November 19, 2018, from

如何保护染色体：端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成的，染色体末端沿着5'到3' 方向的链富含 GT。在酵母和人中，端粒序列分别为C1－3A/TG1－3和TTAGGG/CCCTAA，并有许多蛋白与端粒DNA结合。端粒DNA主要功能有：第一，保护染色体不被核酸酶降解；第二，防止染色体相互融合；第三，为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。同时，端粒又是基因调控的特殊位点, 常可抑制位于端粒附近基因的转录活性（称为端粒的位置效应，TPE）。在大多真核生物中，端粒的延长是由端粒酶催化的，另外，重组机制也介导端粒的延长。 端粒与人体衰老挂上了钩：第一、细胞愈老，其端粒长度愈短；细胞愈年轻，端粒愈长，端粒与细胞老化有关系。衰老细胞中的一些端粒丢失了大部分端粒重复序列。当细胞端粒的功能受损时，就出现衰老，而当端粒缩短至关键长度后，衰老加速，临近死亡。第二、正常细胞端粒较短。细胞分裂会使端粒变短，分裂一次，缩短一点，就像磨损铁杆一样，如果磨损得只剩下一个残根时，细胞就接近衰老。细胞分裂一次其端粒的DNA丢失约30～200bp(碱基对)。第三、研究发现，细胞中存在一种酶，它合成端粒。端粒的复制不能由经典的DNA聚合酶催化进行，而是由一种特殊的逆转录酶——端粒酶完成。正常人体细胞中检测不到端粒酶。一些良性病变细胞，体外培养的成纤维细胞中也测不到端粒酶活性。但在生殖细胞、睾丸、卵巢、胎盘及胎儿细胞中此酶为阳性。令人注目的发现是，恶性肿瘤细胞具有高活性的端粒酶，端粒酶阳性的肿瘤有卯艇癌、淋巴瘤、急性白血病、乳腺癌、结肠癌、肺癌等等。人类肿瘤中广泛地存在着较高的端粒酶耥端挝酶作为肿瘤治疗的靶点，是当前较受关注的热点之一。分类：1.端粒酶是一种反转录酶，能以自身的RNA为模板合成端粒DNA。2.端粒酶（或端粒体酶）是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是RNA和蛋白质，其含有引物特异识别位点，能以自身RNA为模板，合成端粒DNA并加到染色体末端，使端粒延长，从而延长细胞的寿命甚至使其永生化。3.端粒酶是一种核糖核酸蛋白酶，能够利用自身RNA为模板合成端粒DNA，使端粒延伸并维持其稳定。端粒酶功能行使最低限度需要两个部分，RNA组成和催化亚单位。RNA组分（human telomerase RNA，hTR）为端粒酶合成端粒重复序列提供了模板，催化亚单位（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）含有保守的逆转录酶模体。 解读诺贝尔医学奖：什么是端粒和端粒酶近日，诺贝尔基金会宣布，将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予因发现端粒和端粒酶如何保护染色体的三位学者。什么是端粒和端粒酶呢？端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上，染色体DNA末端膨大成粒状，像两顶帽子那样盖在染色体两端，因而得名。在某些情况下，染色体可以断裂，这时，染色体断端之间会发生融合，或者断端被酶降解。但正常染色体不会整体地互相融合，也不会在末端出现遗传信息的丢失(被降解之类)。可见端粒在维持染色体和DNA复制的完整性有重要作用。真核生物双螺旋DNA双链复制时，会有一小段DNA引物连接在复制的起始部位，在合成酶的作用下，在引物后依次连接上A、T、C、G(脱氧核苷)，形成新的DNA链。复制完成后，最早出现的起始端引物会被降解，留下的空隙没法填补，这样细胞染色体DNA将面临复制一次就缩短一些的问题。这种缩短的情况在某些低等生物的特殊生活条件下可以观察到，但却是特例。事实上，染色体虽经多次复制，却不会越来越短。早期的研究者们曾假定有一种过渡性的环状结构来帮助染色体末端复制的完成，但后来却一直未能证实这种环状结构的存在。20世纪80年代中期，科学家们发现了端粒酶。当DNA复制终止时，端粒酶的作用下，通过端粒的依赖模版的复制，可以补偿由去除引物引起的末端缩短，因此在端粒的保持过程中，端粒酶至关重要。随着细胞分裂次数的增加，端粒的长度是在逐渐缩短的，当端粒变得不能再短时，细胞不再分裂，而会死亡。并且发现，体细胞端粒长度大大短于生殖细胞，胚胎细胞的端粒也长于成年细胞。科学家发现，至少可以认为在细胞水平的老化，和端粒酶的活性下降有关。因此，有人希望能把端粒酶注入衰老细胞中，延长端粒长度，使细胞年轻化，或者是给老人注射类似端粒酶的制剂，延长老者的端粒长度，达到返老还童的目的。但生物整体的老化，是一个非常复杂的问题，端粒的长度只是决定衰老的一个因素，因此端粒酶抗衰老，目前只具理论价值，连动物实验都很少，更别说应用于人了。不过，端粒的缩短，的确和很多疾病有关。许多研究发现，基因突变、肿瘤形成时，人体的端粒可表现出缺失、融合或序列缩短等现象。而且，在一些癌症细胞中，端粒酶活性增高，它与端粒之间有某种联系，所以这些癌细胞可以分裂很多次。某些特定的癌细胞，如果可以阻止端粒酶，端粒就会变短，癌细胞就会死亡。所以深入研究端粒和端粒酶的变化，是目前肿瘤研究中的一个新领域。