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出生於湖北十堰房縣的科學院院士、武大和上海交大的科學家鄧子新

2024-01-27科學

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鄧子新,1957年3月出生於湖北省十堰市房縣,1982年從華中農業大學微生物學專業本科畢業並獲得學士學位。

1988年,鄧子新從英國東英吉利大學微生物學專業博士畢業並獲得博士學位後,回國在華中農業大學工作,先後擔任講師、副教授、教授。

2000年,鄧子新任上海交通大學教授;2005年當選為中國科學院院士;2010年任武漢大學教授。

鄧子新院士是中國著名的微生物學家,長期從事微生物代謝的分子生物學研究,尤其值得一提的是鄧子新院士率領的研究團隊,在DNA骨架上發現了硫修飾,由此開創了表觀遺傳學一個嶄新的分支領域,即硫化學基因組學。

今天我就來和大家一起分享鄧子新院士開創的硫化學基因組學,要想說清楚這個問題,我們需要了解什麽是硫修飾?什麽是DNA骨架上的硫修飾?鄧子新院士團隊發現DNA骨架上的硫修飾有什麽生物學意義?

首先我們來回顧一下鄧子新院士團隊在DNA骨架上發現硫修飾的過程;早在1987年,鄧子新在眾多細菌的DNA上首次發現一種新的修飾方式存在,直到2005年第一篇有關硫修飾論文被發表。

當鄧子新的研究在【分子微生物學】期刊上發表以後,立刻引起了科學界的廣泛關註;隨後,鄧子新和美國麻省理工學院生物化學家彼特·帝丹,在【自然-化學生物學】線上版上進一步報告了這種硫修飾發生在DNA的骨架上,並且公布了具有「R-構象的磷硫酰」的精細結構,這是迄今為止,科學家們在DNA骨架上發現的第一種生理性修飾。

鄧子新院士團隊的這個發現,被科學界評價為「開啟了一扇全新視窗」,被認為是繼DNA甲基化修飾後的又一重大發現。

同時,鄧子新院士團隊的這一發現,激起了科學家們對DNA大分子上眾多新謎團的探索激情,並入選了【環球科學】2007全球十大科學新聞。

什麽是硫修飾?

所謂的硫修飾,是指在DNA分子中透過添加一個硫原子,從而改變其化學結構和性質的過程;硫修飾的型別主要有2種,即硫代硫酸酯修飾(S-S bond)和亞硫酸酯修飾(S-O bond)。

硫修飾之所以重要,是因為它在生物體內具有重要的生物學功能,它不僅可以影響DNA的穩定性,而且會影響DNA的結構和功能。

例如在DNA中引入硫原子(硫修飾),可以改變DNA分子的電荷分布,從而影響DNA的雙螺旋結構和穩定性。

又如硫修飾還可以改變DNA分子上堿基之間氫鍵的形成,從而影響DNA的結構和形態。

再如硫修飾還可以影響DNA與其他蛋白質或小分子之間的交互作用,從而調控基因的表達和功能等等。

實際上,硫修飾最早是在細菌中被發現的,只不過在隨後的真核生物中,也得到了廣泛的研究。

細菌中的DNA硫修飾主要是透過DNA甲基化酶來實作的,這些酶能夠將硫原子與DNA堿基之間進行鍵合。

而在真核生物中,DNA硫修飾主要是透過一些特殊的酶來實作的,例如DNA硫轉移酶和DNA硫去氧核苷酸酶等。

鄧子新院士團隊對DNA硫修飾進行了深入的研究,並行現了一些與疾病相關的硫修飾位點。

例如,在某些腫瘤細胞中,鄧子新院士團隊發現了一種被稱為5-甲基胞嘧硫修飾(5-methylthymine)的修飾方式,這種修飾方式與腫瘤細胞的增殖和轉移能力密切相關。

此外,鄧子新院士團隊研究發現,DNA硫修飾還可能與某些神經系統疾病,如艾爾茨海默病和帕金森病的發生和發展有關。

總之,DNA硫修飾是一種重要的DNA修飾方式,它在細胞生物學和疾病發生發展等方面,起著著重要作用。

什麽是在DNA骨架上的硫修飾?

所謂的在DNA骨架上的硫修飾,是指一種特殊的化學修飾方式,其中硫原子被添加到DNA磷酸骨架上,而不是在堿基上,因此它改變的DNA骨架結構,而不是DNA資訊編碼。

在DNA骨架上的硫修飾,是透過一種名為硫轉移酶的酶促反應來實作的,這種酶能夠將硫原子從供體分子轉移到DNA骨架上,而不是通常甲基化的氧原子。

由於在DNA骨架上發生的硫修飾,可以改變DNA的柔韌性、構象和穩定性,所以,它可以影響DNA的復制、轉錄和重組等重要的生物學過程。

在某些生物體中,如細菌,在DNA骨架上發生的硫修飾,則是一種防禦機制,可以抵抗外來DNA的入侵。

總的來說,在DNA骨架上的硫修飾屬於一種特殊的化學修飾方式,這種新的修飾方式,在某些生物體中具有重要的生物學意義,在合成生物學領域,也具有潛在的套用價值。

在DNA骨架上的硫修飾,在合成生物學中具有重要的套用價值

所謂的合成生物學,是指一門利用生物工程技術,來設計和構建新生物系統的學科,而在DNA骨架上發生的硫修飾,恰恰可以作為一種調控生物行為系統的工具。

在DNA骨架上的硫修飾,在合成生物學中的套用,主要包括以下幾個方面:

一是改善DNA穩定性:因為硫修飾可以增加DNA骨架的穩定性,使DNA骨架在高溫、酸堿等極端環境下仍能保持穩定;這對於在某些極端環境或生物體內的DNA功能維持,具有重要生物學意義。

二是調控基因表現:因為透過硫修飾可以調控DNA的構象,從而進一步影響基因的表達;例如硫修飾可以改變DNA的超螺旋程度,可以調控某些基因的表達水平。

三是發展新型基因療法:因為利用硫修飾,可以開發出一些新型的基因藥物,這些基因藥物能夠在體內更穩定地傳遞基因,提高基因療法的治療效果。

四是合成生物學工具:硫修飾還可以成為開發新型的合成生物學工具,如人工染色體、基因編輯工具等,以提高合成生物系統的穩定性和功能。

五是生物傳感器和生物標記:硫修飾還可以用於開發新型的生物傳感器和生物標記,用於檢測生物體內的特定分子或生理狀態,為疾病診斷和治療提供新的工具。

由此可見,在DNA骨架上發生的硫修飾,為提高生物系統的功能和穩定性提供了新的途徑,在合成生物學領域具有廣泛的套用前景和重要價值。

發現在DNA骨架上的硫修飾,具有哪些生物學上的意義?

首先,在DNA骨架上發生的硫修飾,可以改變DNA的化學結構和性質,從而影響DNA的高級結構和功能,例如DNA的柔韌性、構象和穩定性以及影響DNA的復制、轉錄和重組等重要的生物學過程。

其次,在DNA骨架上發生的硫修飾,將成為一種調控基因的表達機制;具體來說,它是透過改變DNA的骨架結構,來調控基因的表達水平,最終影響生物體的生長發育和代謝過程。

最後,在DNA骨架上發生的硫修飾,還可能參與了某些疾病的發生和發展,如前所述的艾爾茨海默病和帕金森病例等這些與DNA損傷和修復相關的疾病。

綜上所述,發現在DNA骨架上的硫修飾,不僅有助於科學家們深入了解DNA的化學結構和功能,而且可以為科學家們解析生命過程中的基因調控,提供新的視角和工具;同時,在DNA骨架上發生的硫修飾,在合成生物學等領域,也具有廣泛的套用前景和價值。

鄧子新院士開創的硫化學基因組學

正因為鄧子新院士發現了在DNA骨架上的硫修飾,從而開創了表觀遺傳學一個嶄新的分支領域,它的名稱叫作硫化學基因組學。

硫化學基因組學是一門新興的交叉學科,旨在研究在DNA骨架上發生硫修飾的化學性質和生物學功能。硫化學基因組學的主要研究內容,是透過化學手段將硫元素引入到基因組中,利用硫的特性來研究基因組的功能和結構,具體內容包括以下幾個方面:

一是硫標記技術:利用化學反應將硫標記物引入到DNA或蛋白質中,透過對標記物的檢測和分析,來了解基因組的結構、功能和表達情況;例如可以透過硫標記技術,來檢測DNA的甲基化狀態、蛋白質的磷酸化狀態等。

二是硫修飾的合成與修飾:透過化學合成的方法,將硫元素引入到DNA或蛋白質中,改變其理化性質,進而調控基因組的功能;例如透過硫修飾改變DNA的構象,調控基因的表達等。

三是硫化學探針的開發:利用硫的特性開發新型的化學探針,用於檢測生物體內的特定分子或生理狀態;例如開發基於硫的熒光探針、生物傳感器等。

四是硫化合物對基因組的調控作用:研究某些含硫化合物對基因組的調控作用,探索其在疾病預防和治療中的作用;例如研究硫化合物對DNA損傷修復、細胞雕亡等過程的調控作用。

五是與其他技術的結合:將硫化學基因組學與其他技術相結合;例如基因組學與蛋白質組學、代謝組學等技術相結合,以更全面地了解生物系統的功能和調控機制。

綜上所述,鄧子新院士開創的硫化學基因組學,研究內容豐富涉及面廣,其目的是透過化學手段深入研究硫化學基因組的功能和結構,為疾病預防和治療提供新的思路和方法。

總結:出生於湖北省十堰市房縣的科學院院士鄧子新,是武漢大學和上海交通大學的教授、中國著名的微生物學家。

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