高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 合成生物学技术在药物中的应用综述

一、概述合成生物学在药物生产中的应用正在快速发展，通过改造或设计生物系统来高效、精准地生产药物，具有成本低、环保、可定制化等优势。合成生物学作为一门融合生物学、基因组学、工程学和信息学等学科，正在引领着“新的生物科学变革”。合成生物学在医药领域的应用主要体现在以下两个方面：手性医药化学品的绿色制造、植物天然产物的微生物重组合成。其通过定向设计和理性改造生物体，为解决全球气候变暖、实现碳中和目标以及推动医药、能源、材料等行业的产业升级提供了新的途径。图片1-1：合成生物学制药图片1-2：合成生物学应用领域二、天然药物与复杂化合物的生物合成                       （一）青蒿素的合成及应用 通过合成生物学改造酵母菌，插入青蒿酸合成途径（如植物源基因CYP71AV1、ADS等），实现青蒿素的微生物发酵生产，替代传统植物提取，大幅降低成本（如Amyris公司与盖茨基金会合作项目）。青蒿素的生物合成技术原理涉及植物提取、化学合成与生物工程等多学科交叉：1.天然合成途径（1）植物来源与腺毛分泌青蒿素在黄花蒿叶片、芽和花表面的分泌性腺毛（GSTs）中合成，含量仅占干重的0.1%-1.0%‌。其生物合成途径已基本明确，以紫穗槐二烯（AMPD）为前体，

高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 基因治疗技术原理综述

一、概述基因治疗技术是一种通过引入、修正、替换或调控遗传物质（DNA 或 RNA）来治疗或预防疾病的‌革命性医学方法‌。通过基因转移技术，将外源正常基因导入人体靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷或异常引起的疾病，实现对致病根源的干预而非仅缓解症状。基因治疗是通过纠正或补偿缺陷基因来治疗疾病的技术，其核心原理是将正常基因或治疗性核酸序列导入靶细胞，以恢复或增强细胞功能。基因治疗正从单基因病扩展至肿瘤、慢性病等领域‌510，而定制化编辑（如首例体内个体化基因治疗‌7）和AI辅助设计‌将推动精准医疗发展。未来需突破载体递送效率、降低成本，并加强临床转化安全性验证。图片1:基因治疗概述二、基因治疗的两种主要策略（一）基因添加疗法：是将健康的基因拷贝导入患者细胞，以补充缺失或缺陷基因功能的一种基因治疗策略。1.核心原理与作用机制(1) ‌功能性基因导入‌通过病毒载体（如腺相关病毒AAV、逆转录病毒）或非病毒载体，将正常基因序列递送至靶细胞核内，使细胞持续表达所需功能蛋白，弥补基因缺陷导致的疾病。(2)‌载体类型‌：第一、‌AAV载体‌：常用血清型有AAV9（如治疗SMA的Zolgensma8）、AAV2（如治疗视网膜病变的Luxturna10），安全性较高且可长期表达。第二、‌慢病毒/逆转录病毒载体‌：适用于体外改造细胞（如干细胞），用于治疗ADA-SCID（Strimvelis10）与β-地中

高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 基因工程制药技术原理综述

一、概述基因工程制药是利用现代生物技术手段，通过改造生物体的遗传物质来生产药用蛋白或多肽的一类制药技术。基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去（包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞），在受体细胞不断繁殖，大规模产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质。图表1：基因工程制药主要步骤二、基本原理1.中心法则应用 （1）‌遗传信息传递机制解析基于DNA→RNA→蛋白质的遗传信息流动原理，通过外源基因的表达来生产目标蛋白药物。（2）‌疾病研究与治疗‌① ‌病毒学研究‌：RNA病毒（如HIV）通过逆转录酶将RNA逆转录为DNA，整合到宿主基因组中，这一过程是抗逆转录病毒药物的靶点。‌② ‌基因疗法‌：通过载体将正常基因导入患者细胞，利用中心法则的转录翻译机制补偿缺陷基因功能‌（3）‌生物技术应用‌① ‌基因工程‌：通过体外重组DNA技术，将外源基因导入宿主细胞，利用宿主细胞的转录翻译系统生产目标蛋白（如胰岛素）‌。② ‌RNA干扰技术‌：利用小RNA分子特异性降解目标mRNA，阻断基因表达，用于功能基因组学研究及疾病治疗‌。（4）‌进化与物种多样性研究‌2.分子克隆技术 ：分子克隆技术是分子生物学中的核心技术之一，其核心原理是通过体外重组将目标基因与载体结合

高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 酵素在饮料中的技术原理综述

一、概述酵素饮料是以果蔬、谷物等植物原料为核心，经微生物（如植物乳杆菌、酵母菌）分阶段发酵制成的液态食品，其有效成分为发酵代谢产物，包括有机酸、糖、多酚及微量生物酶，属于食用酵素中的植物酵素亚类需符合《酵素产品分类导则》。酵素饮料通过微生物代谢转化植物活性成分，从基础消化辅助转向精准健康应用。图片1：酵素概念二、特点1. 酵素在饮料中的特点主要体现在促进消化吸收、调节肠道菌群平衡及改善代谢功能。部分产品结合膳食纤维（如野樱桃、草莓发酵汁），增强肠道蠕动效果，维持肠道微生态平衡。2. 相似碳酸饮料的清爽口感，降低人工添加剂使用；酵素气泡水水果加糖，密封发酵5-30天，生成天然气泡感及活性成分，保留原有水果风味‌。3. 家庭自制酵素饮品，容易污染杂菌、如；产生甲醇或黄曲霉素，食用时容易引发腹泻‌。自制酵素饮品活性衰减快，保存条件严苛‌，安全风险需警惕。图片·2：酵素饮料的特点三、技术原理1.酵素饮料的技术原理核心在于，‌微生物发酵代谢与酶活性，通过‌微生物群落接力发酵‌实现活性成分合成，生产过程涉及多阶段的生物转化及稳定性。2.酵素发酵过程中产生的γ-氨基丁酸（GABA）、超氧化物歧化酶（SOD）等成分，辅助调节血脂和胆固醇‌。3.工艺（1）原料处理① 选材标准‌：选用苹果、柠檬、刺梨等果蔬，要求可溶性固形物含量≥20%。② 材料处理‌：紫外线杀菌→预煮复水→粉碎过滤保留营养基础液。（

赵保路 ： 吃软骨对肿瘤有治疗作用吗？

虽然大家知道鱼翅作为中国传统的名贵食品之一，是山珍海味中的一种，鱼翅又称鲛鱼翅、鲛鲨翅、沙鱼翅、金丝菜等，具体指鲨鱼鳍中的细丝状软骨，由鲨鱼的鳍翅制成。根据中国的相关规定，不得在公务接待中提供鱼翅等保护动物制作的菜肴。鱼翅之所以能食用，是因为鲨鱼的鳍含有一种形如粉丝状的翅筋，其中含80%左右的蛋白质，还含有脂肪、糖类及其他矿物质，但很难吸收，因此吃个鸡蛋吸收的营养都比鱼翅多。因为暴利驱使，人们大量捕杀鲨鱼为了得到珍贵的烹调原料。但是很多人不知道鲨鱼是软骨鱼类，骨骼全部由软骨组成，没有硬骨骼。而且鲨鱼软骨中含有一种软骨素，可抑制新生血管的生成和抑制癌症。更不知道其它动物的软骨中是否也含有一种软骨素，能否预防肿瘤。本文就讨论一下吃软骨能否预防肿瘤及软骨对肿瘤细胞的抑制作用机理。一、鲨鱼不得癌研究发现鲨鱼不得癌症，其原因可能是鲨鱼是软骨鱼类。鲨鱼和硬骨鱼及陆上的脊椎动物有很大的不同，骨骼全部由软骨组成，没有硬骨骼。鲨鱼软骨提取的软骨素，可抑制癌细胞生成，用它制取抗癌药剂。此外，从软骨鱼类中提炼出软骨素与牛皮中提取胶原纤维共同制成人造皮肤薄膜，用它敷在烧伤病人皮肤上，可防止肌体感染及体液流失，软骨还可提取硫酸软骨素，用以治疗肝炎、高血脂等疾病。鲨鱼的许多部位，包括软骨和皮肤，都被用来制造药物。例如，鲨鱼软骨（如鲨鱼软骨素）常用于治疗骨关节炎、类风湿性关节炎等疾病（图1）。 [1]二、软骨对

郭红锋 ： 太阳系有多大？

太阳系有多大？在人类认识太空的不同时代因探测水平的限制而有不同的认识。早期人类用肉眼观天，看到天空中有很多星星好像镶嵌在一个巨大的天幕上，虽然天幕在不停地转动（后来知道是地球自转的反映），但镶嵌在其上的星星却不相互运动，也就是他们之间的位置恒定不动，所以称之为恒星。但天空中有七个星体不是恒定不动的，而是在恒星的背景里有规律地移动（或者说穿行），他们就是太阳、月亮和水、金、火、木、土，五颗行星。一、 早期认识的太阳系哥白尼以前的人们接受了以地球为中心的学说，但他们却不能完美地解释日、月和行星在恒星背景里穿行的规律。哥白尼以后的科学家接受了以太阳为中心的学说，认为行星（包括地球）都是在围绕太阳转动，这样就很完美地解释了日月星辰在天空中各自运动的规律和现象。后来的科学发展，使得科学家可以很准确地计算出行星运动的轨道以及他们各自距离太阳的远近。因此早期的太阳系就是从太阳到最远的目视可见行星---土星的范围。历史性的事件出现在1781年，英国天文学家赫歇耳使用他自己制作的天文望远镜发现了一颗新行星（后被命名为天王星），使得人类认知的太阳系范围扩大了一倍（注：土星离太阳平均距离约9.5AU，天王星离太阳平均距离约19.2AU，参考表1）。从此人类开始了对太阳系到底有多大，这个命题的科学探索，并不断取得新的成果。二、 现代认识的太阳系目前已知的太阳系是以太阳为中心，包括太阳和

高银相 张根宇 魏大为 林志刚 ： 酵素技术发展阶段综述

酵素是以动物、植物、菌类等为原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分（如多糖类、寡糖类、氨基酸、维生素、有机酸及酶类。图片1：酵素概述中国的酵素产业发展历史可以追溯到传统发酵工艺，但现代意义上的工业化酵素生产起步相对较晚，大致经历了以下几个阶段：一、第一阶段：古代传统发酵阶段中国早在古代就有利用微生物发酵的技术。1.中国酵素的历史源远流长，其起源与发展贯穿了数千年的发酵技术演进‌远古至先秦时期（起源与技术雏形）。酵素起源于中国，我们的祖先远在4000多年前就知道利用酵母菌的淀粉酶来酿酒，我国是世界上第一个使用酶的国家。现代酵素产品兴起于日本，后传至中国台湾和大陆。(1) ‌夏禹时代（约4000年前）‌：中国已掌握酿酒技术，利用微生物发酵谷物制作酒类饮品，这是发酵技术的早期实践。(2) ‌商周时期（3000年前）‌：在商周时期，中国人已经学会了利用麦曲将淀粉转化成麦芽糖，这一技术为后来的酵素发展奠定了基础‌。这种技术不仅展示了当时人们对发酵和酶作用的初步认识，也为后来的食品加工和医药应用提供了重要基础‌。(3) ‌春秋战国（2500年前）‌：春秋战国时期的中国人已经开始巧妙地运用酒曲来治疗肠胃疾病。同时探索水果发酵技术，为贵族制作延寿饮品，发酵与医疗开始结合。(4)商周时期的酿酒技术（曲霉、酵母）。酒类发酵是酒精饮料生产的核心环节，依赖微生物（主要为酵母菌）在特定条件下将糖类转化

高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 基因工程科研进展及成果综述

一、概述基因工程（Genetic Engineering）是利用现代生物技术对生物体的遗传物质（DNA、RNA等）进行定向改造的一门科学。近年来，基因工程在基础研究、医疗、农业、工业及环境治理等领域取得了显著进展。基因工程被称为基因拼接技术或 DNA 重组技术，是以分子遗传学为理论基石，借助分子生物学和微生物学的现代技术手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种 DNA 分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。基因编辑是基因工程中的关键核心概念之一，它是指对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。通过精确地删除、插入或替换基因组中的特定 DNA 片段，科学家能够实现对基因功能的调控，纠正遗传缺陷，甚至创造新的遗传特征。重组 DNA 技术则是基因工程的核心操作技术，它通过将外源 DNA 片段与载体 DNA 分子连接，构建成重组 DNA 分子，然后将其导入宿主细胞中进行复制和表达。这一过程如同搭建积木，将不同的遗传元件组合在一起，创造出具有新功能的遗传物质。例如，将人类胰岛素基因与大肠杆菌的质粒载体连接，构建重组 DNA 分子，再导入大肠杆菌细胞中，大肠杆菌就能表达出人类胰岛素，用于治疗糖尿病。图片1：基因工程概述二、基础研究进展1.CRISPR-Cas9 基因编辑技术的优化（1）CRISPR-Cas9 仍然是基因编辑的

赵保路 ： 抗癌神器——纳米机器人

大家在电视上经常看见挥舞着机械手臂的工业机器人，最近也见到了能够赛跑和进行拳击比赛的人形机器人。但是，很多人并不了解人类能够设计制造的最新的机器人——纳米机器人，不知道纳米机器人还可以用来治疗癌症。最近，在中国科学院老科协生物物理所分会举办的科学沙龙上，国家纳米科学中心副主任聂广军研究员带来了“融合技术赋能抗肿瘤药物创新”的主题报告，使我们领略了抗癌神器——纳米机器人的风采。经过长期探索和大量尝试，聂广军团队研发了多种医学纳米机器人，能够精确靶向和杀伤癌细胞，全面调控肿瘤微环境。团队发表了系列高质量研究论文，获得了多个发明专利，并开展了临床试验研究，获得北京市、中国生物材料学会和中国药学会等多项奖励。相关成果展现出巨大的应用潜力，有望为广大癌症患者带来福音！一、什么是纳米机器人1、纳米和纳米技术纳米是一个尺度概念，一纳米等于十亿分之一米（10⁻10米），比单个细菌的长度还要小几十倍。纳米材料是尺寸在1到100纳米范围内的材料。纳米科学与技术（简称纳米技术）是纳米材料的性质和应用的技术，也带动了很多相关新兴学科的发展。纳米材料具有传统材料所不具备的、新奇的物理和化学特性，例如：原本导电的铜材料小到某一纳米界限就不再导电，而原本绝缘的二氧化硅晶体在某一纳米界限时却开始导电了。纳米技术涉及现代科技的广泛研究领域，是众多学科的底层技术。可以说，纳米尺度是物质世界和生命世界功能实现的关键尺度

赵保路 ： 喝茶有助于预防癌症吗？

喝茶已经有几千年的历史，喝茶有益健康已经被证实为健康的生活方式，有益于多种疾病的预防。那么喝茶有助于预防癌症吗？流行病学调查发现，喝茶可以降低罹患癌症的风险。近年来，绿茶和红茶对健康的影响的研究取得了重要进展。科学研究表明，茶叶中的茶多酚对皮肤癌、肺癌、胃肠道癌等各类癌症都具有明显的抗癌作用。氧化应激和抗氧化剂在肿瘤生物学中的作用一直是科学家、医学界和公众关注的问题，特别是喝茶对肿瘤的预防和治疗作用引起很多人的关注，因为喝茶的人群数量巨大。大量实验提供了关于茶叶成分茶多酚作为抗氧化剂在癌症预防中的作用及其机理。一、 茶叶中的天然抗氧化剂研究发现绿茶和红茶有益健康主要成分是茶多酚。绿茶没有发酵，主要成分是四种绿茶多酚单体，EC、EGC、ECG和EGCG。红茶和普洱茶主要是绿茶多酚单体在发酵过程产生的聚合物茶黄素（图1）[1]图1、绿茶和红茶中的主要抗氧化剂成分绿茶多酚单体和茶黄素二、喝茶降低癌症风险的流行病学结果流行病学研究发现，喝茶可以降低罹患癌症的风险，包括肺癌、口腔癌、乳腺癌和结肠癌等。对于每天喝绿茶超过10杯的患者，可以延缓癌症发病时间。与每天饮用3杯以下的患者相比，每天饮用10杯以上绿茶在女性中的发病时间晚8.7年左右，在男性中的发病时间晚3.0年左右[2]。而且志愿者每天服用15杯绿茶（2.25克绿茶提取物、337.5毫克EGCG和135毫克咖啡因）6个月，没有任何严重的