浙江大学研究组连发PLoS，PNAS文章

　　

生物通报道：早年毕业于南京大学的唐睿康博士现任浙江大学化学系教授，教育部“****奖励计划”特聘教授，主要研究领域是生物矿化、化学生物学和计算模拟。近期其研究小组获得了两项重要的研究成果，分别发表在PNAS和PLoS One杂志上。

第一篇文章中，研究人员通过对斑马鱼囊胚期进行的一项研究表明，人类可以学习斑马鱼对抗紫外线辐射的方法，建立生物功能材料外壳设计，来应对越来越恶劣的全球气候情况。这一研究成果公布在《PLoS One》杂志上。

大气中平流层臭氧越来越稀少的一个结果就是导致更多的能破坏生物体功能的紫外线辐射（UVB, 280－320 nm），这些紫外线对海洋生物也造成了许多不良影响，主要影响之一是辐射的增加导致胚胎发育受到抑制。

在这篇文章中，研究人员设计了一个实验，将紫外线照射在斑马鱼囊胚期中的绒毛（壳周围的胚胎）上，结果发现，短期和长期的紫外线照射过程之后，斑马鱼产生的壳能有效地降低了紫外线辐射的影响，而且胚胎也更加健康了。

这说明这种壳上功能性的物质能保护生物免受环境中紫外线的侵害，因此也许可以作为一种未来的措施，帮助人们来应对越来越恶劣的全球气候情况。

第二篇文章中，研究人员发现了生物换壳过程中的一个重要分子开关，这一发现为科学家进一步研究仿生控制功能提供了一个样本，让生物材料的制备变得更加可控。

研究人员选取了日常环境中常见的甲壳动物——卷甲虫（俗称“西瓜虫”）作为生物模型。卷甲虫一生要经历数次换壳。此前的研究发现，在换壳前体内的参与成壳的碳酸钙处于一种非晶态，而在镁离子的作用下，这些不稳定的非晶态的碳酸钙保持在一种“亚稳定状态”，从而可以作为矿化前体在生物体内富集并存贮，为新壳的快速生成作好物质准备，这个生物准备期要持续2周左右。但是，生物怎么能够精确地启动换壳程序，使矿物从“亚稳定状态”在短时间内完成结晶，对科学家来说是一个谜。

在这篇文章中，研究人员找到了这个“开关”。他们对处于换壳时期的卷甲虫进行了研究，发现富含酸性氨基酸如天冬氨酸的蛋白质是另一个关键的信号。在它的作用下，卷甲虫立即启动换壳过程，促使处于准备状态的矿物质前体迅速走向“稳定状态”从而形成新壳，在自然状态下，这个过程在短短的数小时之内完成。

动物的换壳过程可以理解为一个“结晶”的过程，矿物质在这个过程中经历了非稳定态、亚稳定态和稳定态。镁离子是一个“关”的信号，暂时关闭了结晶过程，延长了碳酸钙非结晶状态；而酸性蛋白是一个“开”的信号，它的出现结束了矿物的非结晶状态，促发了矿物质的迅速结晶。课题组通过镁和酸性氨基酸在实验室里成功地演示了这个结晶开关，还证明了这一原理还存在于和磷酸钙体系，具有普适性。

人类在制备生物材料时可以从中获得灵感，制造出一种“仿生开关”，这样，生物材料的合成就可以变得更加可控，制造出各种结构、形态和功能的生物材料。这样的“开关”原理也可以进一步发展用于控制人体内的生理性矿化过程，如骨、牙的形成及病理性矿化如结石、血管钙化等。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Guarding embryo development of zebrafish by shell engineering: a strategy to shield life from ozone depletion.

BACKGROUND: The reduced concentration of stratospheric ozone results in an increased flux of biologically damaging mid-ultraviolet radiation (UVB, 280 to 320 nm) reaching earth surfaces. Environmentally relevant levels of UVB negatively impact various natural populations of marine organisms, which is ascribed to suppressed embryonic development by increased radiation. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Inspired by strategies in the living systems generated by evolution, we induce an extra UVB-adsorbed coat on the chorion (eggshell surrounding embryo) of zebrafish, during the blastula period. Short and long UV exposure experiments show that the artificial mineral-shell reduces the UV radiation effectively and the enclosed embryos become more robust. In contrast, the uncoated embryos cannot survive under the enhanced UVB condition. CONCLUSIONS: We suggest that an engineered shell of functional materials onto biological units can be developed as a strategy to shield lives to counteract negative changes of global environment, or to provide extra protection for the living units in biological research.

作者简介：

唐睿康，浙江大学****特聘教授。

　　个人简介

　　1995年毕业于南京大学，1998年在南京大学获理学博士学位，后在纽约州立大学（布法罗分校）任博士后研究员及助教授。 2005年2月起任浙江大学化学系教授、博导，并开始组建浙江大学生物物质与信息调控研究中心。

　　研究领域（方向）：生物矿化、化学生物学和计算模拟

　　以高度跨学科的“浙江大学生物物质与信息调控研究中心”为研究平台，围绕生物矿化展开多学科交叉研究，探索小分子、蛋白质等生物分子以及细胞在生物硬组织形成过程中的化学识别、定向组装、尺寸和形貌控制以及速率调控等基本过程，理解生物无机材料的构筑和解构，为医学领域中骨、牙的生长以及相关疾病过程（如结石等）提供物理化学机制，并指导材料的仿生合成。主要研究内容包括生物无机单元的合成和组装；生物矿化的动力学；生物－无机界面模型；矿化的细胞效应；以及生物医学材料等。