跨越蛋白结构预测新纪元的学术背景 蛋白质结构解析一直是分子生物学和生命科学领域的核心挑战之一。传统的实验方法如X射线晶体学、核磁共振（NMR）以及冷冻电子显微镜，虽然为蛋白质三维结构研究提供了坚实基础，但因样品制备复杂、时间成本高昂且对蛋白适用范围有限，难以广泛覆盖整个蛋白组蛋白质（proteome）。自2020年DeepMind开发的AlphaFold2（AF2）系统问世以来，蛋白质结构预测领域迎来了划时代的进展。AlphaFold2利用深度学习方法，使几乎所有已知蛋白质序列都能实现高质量结构预测，极大拓展了结构覆盖范围，对生物医学、基础生命科学甚至药物设计领域产生深远影响。 值得关注的是，AlphaFold2发布后，其预测结构数据库迅速建立并对外开放，学术界掀起了以AF2结构为基础的二次...

一、背景介绍：医学领域中的机器学习与可信度挑战 近年来，随着人工智能（Artificial Intelligence, AI）和机器学习（Machine Learning, ML）技术的飞速发展，医疗健康领域发生了巨大变革。尤其是在体外仿真医学（in silico medicine）中，机器学习预测器已成为估算人体生理和病理中某些难以直接测量指标的重要工具，如疾病风险评估、治疗反应预测等。然而，随着机器学习越来越多地直接影响临床决策，对其预测结果的可信度（credibility）提出了前所未有的高标准。换言之，如何确保机器学习模型在医学实际应用中既准确又可靠，成为学界和产业界急需解决的核心科学问题。 与传统基于生物物理原理（biophysical models，亦称“第一性原理模型”）的预测...

学术背景 光合微生物能够通过将太阳能转化为化学能，直接将二氧化碳（CO₂）转化为高附加值的长链化学品，这为CO₂封存与可持续发展提供了极具前景的路径。然而，光合反应中产生的关键还原力——还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）——主要用于支持微生物在黑暗环境中的生存，而非用于生物合成。这一限制严重制约了光合微生物在实际应用中的潜力。为了解决这一问题，研究者们提出了一种太阳能解耦的生物混合策略，通过将持久性光催化剂与光合微生物结合，实现光反应与暗反应的解耦，从而在无光照条件下持续利用CO₂并进行长链化学品的生物合成。 论文来源 这篇论文由Na Chen、Jing Xi、Tianpei He等作者共同撰写，来自武汉大学人民医院、湖南大学、上海交通大学等机构。论文于2025年4月10日发表在C...

学术背景 近年来，全球范围内爆发了多次由冠状病毒引起的疫情，如SARS（严重急性呼吸综合征）、MERS（中东呼吸综合征）和COVID-19（新型冠状病毒肺炎）。这些疫情不仅对人类健康构成了严重威胁，还暴露了应对突发冠状病毒感染的紧急策略的不足。冠状病毒感染通常伴随着肺部炎症反应，因此，在抑制病毒感染的同时，缓解炎症反应成为治疗的关键挑战。传统的抗体疗法虽然有效，但其开发周期长，且难以应对病毒的快速变异。此外，抗体依赖的增强效应（ADE）也可能导致治疗效果不佳。因此，开发一种能够快速应对新兴冠状病毒感染、同时兼具抗病毒和抗炎功能的治疗策略显得尤为重要。 基于这一背景，研究者们提出了一种新型的“抗原空间匹配多聚适配体纳米结构”（Antigen Spatial-Matching Polyaptam...

学术背景 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是现代医学诊断中的重要工具，其效果在很大程度上依赖于造影剂（Contrast Agents, CAs）的使用。传统的MRI造影剂主要基于钆（Gd）的配合物，尽管这些造影剂在临床中广泛应用，但其长期安全性存在争议，特别是在肾功能不全的患者中，可能引发肾源性系统性纤维化（Nephrogenic Systemic Fibrosis, NSF）。因此，开发基于过渡金属的新型MRI造影剂成为了研究热点。过渡金属（如铁、锰）不仅在地球上储量丰富，且具有多种氧化态，能够响应生物环境中的氧化还原变化，从而设计出“智能”造影剂。 此外，肿瘤微环境中的氧化还原失衡是癌症进展和耐药性产生的重要驱动因素。因此，开发能够实时监测组织...

学术背景 生物发光技术（bioluminescence）是一种高度敏感且非侵入性的成像技术，能够在活体生物中进行实时监测，而无需外部光源。荧光素酶（luciferase）是催化发光反应的关键酶，但天然荧光素酶存在诸多局限性，如蛋白质折叠不良、体积大、依赖ATP、催化效率低等。这些限制阻碍了生物发光技术在生物医学研究中的广泛应用。近年来，尽管通过定向进化（directed evolution）等方法对天然荧光素酶进行改造取得了一定进展，但仍无法完全克服这些局限性。 为了解决这些问题，研究团队利用基于深度学习的蛋白质设计方法，从头设计（de novo design）了一类新型荧光素酶，称为NeoLux系列。这些人工设计的荧光素酶不仅具有优异的催化效率、稳定性、体积小、不依赖ATP等特性，还能够与...

学术背景 在太阳能转化领域，分子催化剂因其高活性和结构可调性而备受关注。然而，大多数分子催化剂在均相条件下操作，不利于大规模和可回收利用。因此，将分子催化剂固定在固体载体上成为更具实际应用前景的研究方向。另一方面，窄带隙无机半导体作为稳定的可见光吸收材料，在光电催化（PEC）中表现出显著的耐久性。将分子催化剂固定在光吸收半导体上，被认为是实现太阳能转化（如水分解和二氧化碳还原）的有前途的方法，因为它结合了分子催化剂和半导体光吸收材料的优点。 然而，现有的策略在催化剂与半导体之间的电荷转移效率上往往表现不佳，导致催化活性不理想。因此，开发新的策略来构建高效的混合光电极成为当前研究的重点。本文提出了一种基于主客体相互作用的混合光阳极制备策略，通过将磷酰化环糊精（p-CD）固定在钨氧化物（WO₃）...

背景介绍 活体细菌在生物医学领域的应用近年来引起了广泛关注。传统上，细菌被视为病原体，需要被消除。然而，随着现代细菌学的发展，人们逐渐认识到细菌与人体共生的复杂性及其在治疗、诊断和药物递送中的独特潜力。尽管化学工程为增强生物安全性和改善治疗效果提供了创新思路，但活体细菌在精准医学中的全面应用仍面临重大挑战。特别是，活体细菌进入人体后的命运、其生物过程的复杂性以及个体化治疗的多样性，都是亟待解决的问题。此外，人工智能和机器学习技术的引入，为设计和预测活体细菌与人体相互作用提供了新的可能性。 论文来源 这篇题为《Live Bacterial Chemistry in Biomedicine》的论文由来自哈佛医学院布莱根妇女医院纳米医学中心的Senfeng Zhao、Qian Chen、Qiman...

学术背景 遗传性耳聋是全球范围内最常见的感官障碍之一，影响着超过4亿人，其中约60%的先天性耳聋与遗传因素有关。尽管腺相关病毒（AAV）介导的基因治疗在治疗遗传性耳聋方面显示出巨大潜力，但其特异性和安全性仍存在显著问题。耳蜗结构的复杂性进一步增加了基因递送的精确性挑战。为了解决这些问题，研究人员开发了一种新的工作流程——基于AAV报告基因的体内转录增强子重建（ARBITER），用于解析听力损失基因的增强子。这一研究旨在通过识别和工程化增强子，实现高效且特异性的基因治疗，从而恢复听力功能。 论文来源 这篇论文由Simeng Zhao、Qiuxiang Yang、Zehua Yu等作者共同撰写，来自上海科技大学iHuman研究所、生命科学与技术学院，以及中国科学院昆明动物研究所等机构。论文于20...

Dynorphin（强啡肽）是一种内源性阿片肽，主要通过κ-阿片受体（KOR）发挥作用，广泛参与多种行为调控，包括奖赏和厌恶反应。然而，Dynorphin/KOR信号在奖赏寻求行为中的具体机制尚不明确。以往研究多集中在Dynorphin/KOR信号的“反奖赏”作用，即其在抑制多巴胺释放和引发厌恶反应中的作用。然而，近年来的研究表明，Dynorphin/KOR信号在某些脑区也可能促进奖赏寻求行为。为了更好地理解Dynorphin在奖赏寻求行为中的复杂作用，Sun等人进行了深入研究，揭示了Dynorphin通过苍白球（VP）-杏仁核（BLA）胆碱能回路调节奖赏寻求行为的机制。 论文来源 这篇论文由Qingtao Sun、Mingzhe Liu、Wuqiang Guan等作者共同完成，他们分别来自...