基于大语言模型探索基因集合功能发现：GPT-4的表现优异 学术背景 在功能基因组学（functional genomics）领域，基因集合富集分析（gene set enrichment analysis）是理解基因功能及其相关生物学过程的重要方法。然而，当前的富集分析主要依赖于文献整理的基因功能数据库，例如Gene Ontology (GO)等，这些数据库存在一定的局限性：数据不完整且更新速度有限。这导致了许多基因集合无法通过传统工具有效解析，这些未曾被明确标注的基因集合正是潜在产生重要生物学新见解的源泉。 在这种背景下，近年来生成式人工智能（generative artificial intelligence），尤其是诸如GPT-4的“大语言模型”（large language mode...

用于自然行为的多模态神经记录与干扰的开放式平台ONIX 研究背景与意义 近年来，神经科学领域在大规模神经群体记录技术和动物行为研究方面取得了显著进展。然而，这两个需求之间始终存在冲突。为了获得高质量的神经数据，许多研究采用固定头部的实验方法，这限制了动物的自然行为表现。然而，越来越多的研究表明，自然行为中的神经活动与固定实验中的表现显著不同。比如，运动行为会影响某些被认为主要用于感官处理的脑区活动，而学习策略在固定和自由活动状态下也存在明显差异。这些发现表明，要研究复杂的神经功能如社会互动、学习和认知，必须在动物自然行为背景下进行神经记录。 传统记录方法多采用笨重的设备及电缆，不仅对动物的运动造成限制，也难以实现长时间记录或大空间实验。这尤其对小型实验动物（如小鼠）是一个巨大挑战。因此，设计...

克服单粒子冷冻电镜中的优选取向问题：深度学习的创新解法 背景介绍 近年来，单粒子冷冻电子显微镜（Single-Particle Cryo-EM）技术因其能够解析生物大分子在接近天然状态下的原子分辨率结构，已成为结构生物学领域的核心技术。然而，在实际应用中，研究者一直面临一个棘手的技术瓶颈，即“优选取向”（Preferred Orientation）问题。这一问题主要由于生物分子在冷冻电镜网格上分布不均，导致在某些方向上的数据采样不足。这种取向偏差通常是由样品制备过程中分子与空气-水界面（Air-Water Interface, AWI）或支撑膜-水界面的相互作用引起的。 优选取向问题在三维重构中显得尤为突出，因为它带来的各向异性（Anisotropy）会使三维结构受损，甚至失真，具体表现为二...

基于微流控芯片的自动化胚胎性别鉴定技术 学术背景 在蛋鸡养殖业中，孵化后立即处死雄性雏鸡是一种普遍做法，因为雄性雏鸡既不能产蛋，也无法提供优质的肉类。每年，欧盟约有3.72亿只雄性雏鸡在孵化后被处死。这种做法引发了动物福利和伦理问题，促使多个欧洲国家（如德国、法国和意大利）立法禁止这一行为。为了解决这一问题，胚胎性别鉴定（in ovo sexing）成为了最具前景的替代方案。然而，现有的胚胎性别鉴定技术无法同时满足高精度（>98%）、低成本、对胚胎干扰小、适用于所有蛋壳颜色以及每小时处理超过2万枚蛋的要求。 为了解决这些挑战，研究人员开发了一种基于重组酶聚合酶扩增（Recombinase Polymerase Amplification, RPA）的微流控芯片技术，旨在实现自动化、高灵敏度的...

单分子光学镊子技术揭示小分子激活剂与PR65蛋白的结合机制 学术背景 蛋白质磷酸酶2A（PP2A）是一种关键的细胞信号调节酶，其功能失调与多种癌症和慢性疾病（如阿尔茨海默病和慢性阻塞性肺病）密切相关。因此，PP2A的重新激活被认为是治疗这些疾病的重要策略。近年来，小分子激活剂（SMAPs）被开发用于直接结合PP2A的支架亚基PR65，从而恢复其功能。然而，PR65与小分子激活剂之间的结合机制及其对蛋白质构象的影响尚不明确。为了解决这一问题，研究人员利用单分子光学镊子技术（NOTs）结合分子动力学模拟（MD），深入研究了小分子激活剂ATUX-8385与PR65的结合动力学及其对蛋白质构象的影响。 论文来源 本论文由Annie Yang-Schulz、Maria Zacharopoulou、Se...

开发用于持续监测左旋多巴的工程化直接电子转移酶 背景介绍 帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）是一种影响全球数百万人的慢性神经退行性疾病，其主要特征是黑质多巴胺能神经元的丢失以及α-突触核蛋白聚集成路易体颗粒（Lewy bodies）分布于神经元中。尽管左旋多巴（levodopa）是PD治疗的主要药物，能够有效缓解运动症状，但由于其治疗窗口非常狭窄，给药不当可能导致严重的副作用，如恶心、运动障碍或症状的反弹。这一问题加剧了对实时左旋多巴监测手段的需求。然而，当前缺乏能够实现连续左旋多巴监测的设备，主要原因在于现存技术无法做到对左旋多巴的高灵敏度和高特异性检测。 与糖尿病管理中普遍使用的连续血糖监测设备（CGM）不同，PD管理中的持续左旋多巴监测系统仍未实现。本文的作者指...

纸基传感器在抗生素耐药细菌检测中的进展 背景介绍 抗生素耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）是当今全球公共卫生面临的重大挑战之一。随着抗生素的广泛使用和滥用，越来越多的细菌对抗生素产生了耐药性，导致传统治疗方法失效。根据全球疾病负担研究（Global Burden of Disease Study）的数据，2019年全球约有770万人死于细菌感染，其中许多感染与抗生素耐药性有关。抗生素耐药细菌的快速传播不仅增加了医疗成本，还延长了住院时间，并显著提高了死亡率。因此，开发快速、准确且经济的检测方法，用于识别抗生素耐药细菌，成为当前医学和生物传感领域的重要研究方向。 纸基传感器（Paper-based Sensors）因其低成本、便携性和易于使用的特点，近年来在病...

利用电阻抗谱技术早期检测葡萄膜黑色素瘤 学术背景 葡萄膜黑色素瘤（Uveal Melanoma, UM）是成人中最常见的原发性眼内恶性肿瘤，具有高度侵袭性，可能导致视力丧失甚至危及生命。早期发现和及时治疗对于保护视力和降低死亡率至关重要。然而，许多UM患者在肿瘤较大之前并无明显症状，这使得早期诊断变得极具挑战性。现有的诊断方法，如眼底检查和超声成像，虽然有效，但需要专业设备和技能，且不适用于大规模筛查。因此，开发一种简便、非侵入性的早期检测方法具有重要意义。 电阻抗谱技术（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）是一种通过测量生物组织的电学特性来区分健康组织和病变组织的技术。已有研究表明，癌变组织的电学特性（如细胞表面电荷、跨膜电位、离子浓度和细胞膜通透...

解析人脑中的GABAA受体结构：一项突破性研究 学术背景 GABAA受体（γ-氨基丁酸A型受体）是大脑中最重要的抑制性神经递质受体之一，负责调控神经元的快速抑制性信号传递。这些受体不仅是治疗癫痫、焦虑、抑郁和失眠等疾病的关键药物靶点，还被广泛用于麻醉药物的作用机制研究。GABAA受体由19种不同的亚基组成，形成五聚体配体门控离子通道。尽管过去的研究通过重组表达和小鼠模型揭示了部分GABAA受体的结构和功能，但人类大脑中天然GABAA受体的亚基组成和三维结构仍然不明确。特别是，人类大脑中GABAA受体的亚基组合比啮齿类动物更为复杂，且其与辅助蛋白的相互作用尚未得到充分研究。 为了解决这一问题，研究人员从癫痫患者的手术切除脑组织中分离出含有α1亚基的GABAA受体，并利用冷冻电镜技术（cryo-...

双相情感障碍的基因组学研究 背景介绍 双相情感障碍（Bipolar Disorder, BD）是一种严重的精神疾病，全球范围内对疾病负担的贡献巨大。尽管双相情感障碍的遗传率高达60-80%，但其遗传基础的大部分仍未明确。过去的研究主要集中在欧洲裔人群中，缺乏对其他族裔的深入探讨。此外，双相情感障碍的异质性（如双相I型和II型）以及患者来源（临床、社区、自我报告）的差异可能导致遗传结构的差异。这些问题促使研究者们开展了迄今为止最大规模的多族裔全基因组关联研究（GWAS），旨在揭示双相情感障碍的遗传架构和生物学基础。 论文来源 这篇论文由Kevin S. O’Connell等来自全球多个研究机构的科学家共同完成，主要作者来自奥斯陆大学医院、伦敦大学学院、加州大学洛杉矶分校等知名机构。论文于202...