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Journal of Zhejiang University SCIENCE B

ISSN 1673-1581(Print), 1862-1783(Online), Monthly

2021 Vol.22 No.4 P.253-340

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Review

Review: CRISPR/Cas: a Nobel Prize award-winning precise genome editing technology for gene therapy and crop improvement

Chao LI, Eleanor BRANT, Hikmet BUDAK, Baohong ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.B2100009 Downloaded: 6172 Clicked: 6710 Cited: 0 Commented: 0(p.253-284) <Full Text><PPT> 1875

Chinese summary   <34>  

摘要：自从CRISPR/Cas被确认为作为细菌先天性免疫的机制以来，CRISPR/Cas已迅速发展成为功能强大的多功能基因组编辑工具。其中包括开发为单碱基编辑器、引导编辑器、表观遗传编辑器、以及CRISPR干扰（CRISPRi）和CRISPR激活（CRISPRa）的基因调节工具。CRISPR/Cas也可以用于染色质和RNA靶向和成像。在许多生物学领域，尤其是在生物医学和农作物改良方面，CRISPR/Cas的应用已被广泛证明。作为一种新的疾病诊断工具，CRISPR可用于帮助检测和筛查人类和植物疾病，甚至在当前的新型冠状病毒型肺炎（COVID-19）大流行中也得到了应用。CRISPR/Cas也正在作为一种新的基因疗法以治疗包括癌症在内的各种人类疾病，并已帮助开发治疗某些疾病的药物。在农业育种方面，通过CRISPR/Cas精确靶向可以有效地调节关键的分子生物合成，从而用于修饰蛋白质、淀粉、油和其他功能成分来改善作物。除此之外，CRISPR/Cas也被广泛用于调控逆境胁迫相关的基因来显著增强植物对环境胁迫的耐受性和整体作物产量。提高CRISPR/Cas向细胞转化的效率和精度以及限制脱靶活性是该技术广泛应用的主要挑战。

关键词组：基因编辑；CRISPR/Cas；新型冠状病毒型肺炎（COVID-19）；癌症；精准育种；作物改良；基因敲入和敲除；基因修复和替代

Research Articles

High-throughput sequencing identifies salivary microbiota in Chinese caries-free preschool children with primary dentition

Lei XU, Zhifang WU, Yuan WANG, Sa WANG, Chang SHU, Zhuhui DUAN, Shuli DENG

DOI: 10.1631/jzus.B2000554 Downloaded: 2364 Clicked: 4414 Cited: 0 Commented: 0(p.285-294) <Full Text><PPT> 1729

Chinese summary   <29>  

目的：利用高通量测序技术对未罹患龋病的学龄前儿童口腔内的唾液微生物群落进行鉴定，从而揭示其群落组成及结构特征。
创新点：揭示了学龄前乳牙列儿童唾液微生物群落组成及结构特征，为进一步研究口腔微生态与儿童健康或疾病之间的关系奠定了基础。
方法：我们采集了来自35名无龋学龄前乳牙列儿童的口腔唾液样本，其中包括18名男孩和17名女孩。利用Illumina MiSeq平台对微生物样本的16S rDNA V3-V4高变区进行测序分析，从而分析获得的微生物群落特征。
结论：唾液微生物群落中的优势物种分布于5个门及13个属微生物种类中；性别因素不造成唾液微生物群落组成和结构的显著差异；通过功能预测分析，微生物群落中含量最丰富的基因所代表的功能和途径是氨基酸的转运和代谢。

关键词组：唾液微生物群落；无龋；学龄前儿童；乳牙列；MiSeq测序；16S rDNA V3-V4高变区

Application of a recombinant replicase to localize the Trionyx sinensis hemorrhagic syndrome virus and evaluate its effects on antiviral genes of T. sinensis

Sunjian LYU, Xuemei YUAN, Li LIU, Haiqi ZHANG, Zhe YU, Xiaoying HANG, Weida SHI, Yinglei WU

DOI: 10.1631/jzus.B2000504 Downloaded: 2475 Clicked: 4280 Cited: 0 Commented: 0(p.295-304) <Full Text><PPT> 1772

Chinese summary   <28>  

汪洋1，金湘亮1，杨健1，严峰1，刘煜杰1，彭艳2，罗均2，杨军3
1湖南师范大学物理与电子科学学院，中国长沙市，410081
2上海大学机电工程与自动化学院，中国上海市，200444
3西安大略大学工程学院，加拿大安大略省伦敦市，N6A3K7
摘要：工业级荧光光纤温度传感器读出电路的I/O引脚需要片上集成高性能静电放电（ESD）保护器件。采用0.18 µm标准BCD工艺制造的基本N型埋层栅控可控硅（NBL-GCSCR）失效等级难以满足需求。因此，基于相同半导体工艺，提出片上集成新型高失效等级深N阱栅控可控硅（DNW-GCSCR）以有效解决上述问题。采用技术计算机辅助设计（TCAD）仿真分析器件特性。可控硅通过传输线脉冲（TLP）进行测试，以获得准确ESD参数。具有纵向双极晶体管（BJT）路径的NBL-GCSCR维持电压（24.03 V）明显高于具有相同尺寸横向可控硅路径的DNW-GCSCR维持电压（5.15 V）。NBL-GCSCR器件的失效电流为1.71 A，DNW-GCSCR器件的失效电流为20.99 A。当DNW-GCSCR栅极尺寸从2 µm增加到6 µm时，维持电压为从3.50 V增加到8.38 V。优化后的DNW-GCSCR（栅极尺寸6 µm）可以稳定应用于目标读出电路的片上静电放电保护。

关键词组：静电击穿；半导体器件可靠性；CMOS工艺

Correspondence

Correspondence: A tetravalent single-chain variable fragment antibody for the detection of staphylococcal enterotoxin A

Weifeng CHEN, Zhiwei LI, Xingxing DONG, Xiaohong WANG

DOI: 10.1631/jzus.B2000661 Downloaded: 2448 Clicked: 3866 Cited: 0 Commented: 0(p.305-309) <Full Text><PPT> 1624

Chinese summary   <29>  

概要：免疫学方法可以用于金黄色葡萄球菌A型肠毒素的准确而快速的检测，而快速生产高亲和力抗体是其中的关键步骤。在本研究中，我们通过p53的四聚化功能结构域，在金黄色葡萄球菌A型肠毒素特异性单链抗体的基础上，成功制备了四聚化的单链抗体。酶联免疫吸附试验表明该四聚化抗体对金黄色葡萄球菌A型肠毒素的亲和力显著高于其单体形式，表明基于基因工程的四聚化是提高单链抗体亲和力的一种潜在的可行方法。

关键词组：金黄色葡萄球菌A型肠毒素；酶联免疫吸附试验；单链抗体；四聚体

Special Feature on COVID-19

Review: Structural and physiological changes of the human body upon SARS-CoV-2 infection

Zhonglin WU, Qi ZHANG, Guo YE, Hui ZHANG, Boon Chin HENG, Yang FEI, Bing ZHAO, Jing ZHOU

DOI: 10.1631/jzus.B2000523 Downloaded: 2752 Clicked: 4115 Cited: 0 Commented: 0(p.310-317) <Full Text><PPT> 1779

Chinese summary   <26>  

概要：自2019年12月以来，新型冠状病毒（SARS-CoV-2）已蔓延至世界许多国家，目前已发展成为全球大流行，且全世界报告的死亡人数在不断增加。迄今为止，虽然已有一些疫苗研发出来，但仍没有理想的药物来治疗新型冠状病毒性肺炎（COVID-19）。本文通过对冠状病毒结构的研究，并根据世界各国最近的尸检报告简要描述其可能的发病机制，进一步分析了感染SARS-CoV-2后人体可能发生的结构和功能变化。我们观察到COVID-19患者最显著的病理改变是肺部弥漫性肺泡损伤（DAD）和微血栓形成，导致通气/灌注比失衡和呼吸衰竭。虽然在其他器官和组织中也可以发现病毒感染的直接证据，但病毒载量相对较小。肺外器官的损伤是否是由病毒直接引起的，有待进一步研究。

关键词组：新型冠状病毒（SARS-CoV-2）；新型冠状病毒性肺炎（COVID-19）；病理改变；发病机制

Development and validation of an individualized nomogram for early prediction of the duration of SARS-CoV-2 shedding in COVID-19 patients with non-severe disease

Shijin YUAN, Yong PAN, Yan XIA, Yan ZHANG, Jiangnan CHEN, Wei ZHENG, Xiaoping XU, Xinyou XIE, Jun ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.B2000608 Downloaded: 2532 Clicked: 5606 Cited: 0 Commented: 0(p.318-329) <Full Text><PPT> 1884

Chinese summary   <27>  

岳菊梅1，闫永义2，陈增强3，邓鹤2
1河南科技大学农业装备工程学院，中国洛阳市，471003
2河南科技大学信息工程学院，中国洛阳市，471003
3南开大学人工智能学院，中国天津市，300071
摘要：现有大多数关于有限状态自动机（finite state machines, FSM）状态空间的优化方法不便甚至不能给出优化的数学意义。本文将FSM视为逻辑动态系统，借鉴控制论中动态系统平衡点的概念，引入t-等价状态和t-源等价状态概念。基于近年提出的FSM状态转移动力学方程，得到t-等价状态和t-源等价状态的数学描述（该数学描述可类比于控制论中关于动态系统平衡点的充要条件），进而给出该优化问题的数学解释。基于这些数学描述，设计了求解FSM所有t-等价状态和t-源等价状态的两种方法。此外，找到降低FSM状态空间的两种路径。可不借助计算机，仅用纸笔以数学推演方式实现。并且，为使所设计的方法借助计算机能完全以无人值守方式运行，提出一个开放性问题。最后，采用实际语言模型验证了结论的正确性和有效性。

关键词组：有限状态自动机；有限值系统；逻辑系统；逻辑网络；矩阵半张量积；空间优化

Effects of angiotensin II receptor blocker usage on viral load, antibody dynamics, and transcriptional characteristics among COVID-19 patients with hypertension

Baihuan FENG, Dan ZHANG, Qi WANG, Fei YU, Qianda ZOU, Guoliang XIE, Ruonan WANG, Xianzhi YANG, Weizhen CHEN, Bin LOU, Shufa ZHENG, Yu CHEN

DOI: 10.1631/jzus.B2000730 Downloaded: 2544 Clicked: 5374 Cited: 0 Commented: 0(p.330-340) <Full Text><PPT> 1988

Chinese summary   <27>  

目的：评估血管紧张素受体阻滞剂（ARB）的使用对新型冠状病毒肺炎（COVID-19）高血压患者疾病转归的影响。
创新点：揭示了ARB使用对COVID-19高血压患者病毒载量和抗体水平动态变化过程的影响，进一步利用转录组学揭示了ARB使用后基因表达谱的变化对疾病转归的影响。
方法：收集浙江大学医学院附属第一医院COVID-19高血压患者病历资料，分析并评估ARB使用对COVID-19高血压患者病毒载量、抗体水平和转录特征的影响。
结论：ARB使用与COVID-19高血压患者病情加重不存在相关性：ARB使用显著降低COVID-19高血压患者病毒持续时间与病毒载量；ARB使用对抗体水平以及可溶性血管紧张素转换酶2（ACE2）水平无显著影响；转录组分析显示，两组差异基因主要富集于氧转运、碳酸氢盐转运和血凝等。

关键词组：新型冠状病毒；新型冠状病毒肺炎（COVID-19）；肾素-血管紧张素系统：血管紧张素转换酶2（ACE2）；高血压

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