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2022-03-23 | 浏览：

我校冯越教授课题组在《自然·化学生物学》发表论文

2022年3月18日，我校生命学院冯越教授课题组在《自然·化学生物学》杂志在线发表了题为AcrIF5 specifically targets DNA-bound CRISPR-Cas Surveillance Complex for inhibition的研究论文。论文报道了Csy-dsDNA-AcrIF5的冷冻电镜结构及AcrIF5蛋白的晶体结构，揭示了AcrIF5抑制I-F型CRISPR-Cas系统的分c子机制。

北京化工大学博士生解永超、清华大学博士后张来幸、北京化工大学硕士生高政宇为本论文的共同第一作者，冯越教授为本文的通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。清华大学杨茂君教授在电镜结构解析中提供大量指导，电镜数据和晶体衍射数据收集分别得到南方科技大学冷冻电镜中心和上海光源的大力支持。

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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-022-00995-8

我校罗施中教授团队在《Nature Communications》发表论文揭示细胞外蛋白质相分离的相关机制

2022年3月2日，《Nature Communications》在线刊登了我校生命科学与技术学院罗施中教授的最新研究成果“Phase separation on cell surface facilitates bFGF signal transduction with heparan sulphate”。该文首次揭示了碱性成纤维生长因子（bFGF）可以在细胞膜表面硫酸乙酰肝素的作用下发生细胞外液液相分离（LLPS），进而实现下游信号通路的激活，这一新的发现为细胞外膜上蛋白质相分离的相关研究提供了新的理论及实验依据。

北京化工大学生命科学与技术学院罗施中教授为本文的通讯作者，薛松博士、周凡硕士和博士生赵甜为共同第一作者，北京化工大学为论文第一完成单位。本研究工作得到国家自然科学基金委和科技部重点研发计划的大力资助。

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文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28765-z

(DOI:10.1038/s41467-022-28765-z)

我校王兴教授团队在Advanced Materials杂志发表相关研究成果

细胞内细菌感染与许多严重感染疾病相关，如肺结核、心内膜炎、骨髓炎、坏死性肺炎和败血症等。临床治疗难以根除胞内菌，主要原因包括：（i）抗生素的细胞膜穿透性差，胞内积累少，保留时间短；（ii）溶酶体内苛刻的酸性和水解环境降低了抗生素的抗菌活性；（iii）休眠状态的胞内菌对致命浓度的抗生素具有耐受性；（iv）细菌从溶酶体中逃脱并隐藏在细胞质内，逃避抗生素的清除作用。为了对抗这些顽固的细菌，通过精准靶向胞内菌，将抗生素递送到细菌驻留部位是一种可行的方法，但相关研究仍鲜有报道。

为此，北京化工大学生命科学与技术学院王兴教授课题组巧妙地设计了一种新型的具有级联靶向功能的药物递送系统（FAM DDS），该DDS通过级联靶向巨噬细胞和胞内耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），实现抗生素利福平（Rif）的原位精准递送，克服了顽固胞内菌休眠状态及隐匿位置削弱抗生素性能的瓶颈问题。与此同时，Rif@FAM能够上调巨噬细胞M1/M2极化，增强巨噬细胞免疫清除作用，协同Rif实现细胞内MRSA的高效清除。

相关研究成果近期以“Cascade-targeting Poly(amino acid) Nanoparticles Eliminate Intracellular Bacteria via on-site Antibiotic Delivery”为标题发表在Advanced Materials杂志上(IF= 30.849)。本论文第一作者为北京化工大学生命科学与技术学院博士研究生冯文丽。北京化工大学王兴教授、李国锋副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家创新药物重大专项、中央高校基础研究基金和北京市自然科学基金的资助与支持。

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文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109789

聚焦“碳中和”，我校相国磊和汪乐余教授团队Nature Communications发文探索CO2化学转化催化剂设计原理

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近日，我院相国磊和汪乐余教授团队在Nature Communications发表题为“Interfacial compatibility critically controls Ru/TiO2 metal-support interaction modes in CO2 hydrogenation”的研究论文，Nat. Commun. 13, 327(2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27910-4，探索CO2加氢反应催化剂的界面设计原理。

多相催化技术化工领域的最核心技术，广泛应用于大宗与精细化学品生产、环境保护及能源转换等诸多领域。其催化性能（活性、选择性、稳定性）不仅受金属纳米颗粒的成分、形貌、尺寸的影响，也广受载体影响，因此金属载体相互作用（metal-support interaction）是催化科学的核心问题。大量研究表明，金属与载体间可通过强相互作用(SMSI)、界面电荷转移、形成边界层等形式调控催化剂的活性与选择性。然而，其中的一些关键科学问题至今依然不清楚，比如哪些结构因素是调控不同MSI模式的关键，SMSI发生的规律及其与催化性能间构效关系的本质。该工作揭示出金属-载体接触界面的性质在MSI模式中扮演着关键作用（Nat. Commun. 2022, 13, 327）。金属-载体界面接触是所有MSI现象发生的基础，因此如何从原子层面理解这种相互作用是深刻揭示多相催化领域关键科学问题的关键。该研究选择Ru/TiO2作为模型体系，通过是否退火来改变Ru与TiO2界面相容性。R-TiO2( Rutile)与A-TiO2(Anatase)虽然有着相同的化学组成，但是晶体结构不同，而RuO2与R-TiO2有着相同的晶体结构，因此可以在两种载体上构建不同的接触界面。将Ru负载在TiO2表面，通过对比直接还原与退火后再还原两种处理方式在CO2甲烷化中催化性能的转变，发现退火处理导R-TiO2与A-TiO2载体上发生两种截然相反的催化现象。R-TiO2载体上催化活性明显提升，而在A-TiO2载体上活性急剧下降并伴随着选择性的转变。通过控制退火的条件，发现空气在退火过程中扮演着重要的作用。

本文第一作者是我校化学工程学院硕士生周军和山西煤化所高哲研究员，相国磊副教授和汪乐余教授为本文通讯作者，北京化工大学为第一单位。本工作得到了国家自然科学基金和国家重大研发计划的资助。

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北京化工大学顾星桂课题组：具有稳定双自由基特征的近红外区有机小分子光热材料

研究进展

波长在780-2526 nm范围的近红外光一直以来备受关注，在基础研究和实际应用方面具有重要的意义。一方面，在太阳辐射的能量中，波长为700-2500 nm的近红外光占据了总能量的50%以上，因此，实现近红外区域太阳光的吸收、转换、存储对实现太阳能的高效利用至关重要；另一方面，780-1300 nm范围的近红外光对生物组织具有很好的穿透性，被称为“生物光学窗口”，在生物医学领域具有独特优势和应用价值。近年来，能够进行光热转换的材料在太阳能利用和生物医学领域脱颖而出，如：太阳能驱动水蒸发，太阳光-热-电转化、生物光热治疗等。常用的太阳光热转化材料多为金属基无机材料、碳材料以及共轭聚合物等，而该类材料由于其自身的生物毒性限制了其在生物领域的广泛应用。而结构多样、性能易调控的近红外区有机小分子光热材料虽然被广泛用于生物领域，但是基于该类材料的太阳光谱吸收范围有限、稳定性差、光热转换效率不高等问题，鲜有被用于太阳能吸收、转换等方面的研究。近两年来，北京化工大学顾星桂课题组致力于开发具有宽的太阳光谱吸收、良好的稳定性和生物相容性、高效的光热转换的近红外区有机小分子光热转换材料，该系列材料不仅在太阳能有效利用，并且在生物成像与治疗方面取得一系列进展。

图1

2020年，该课题组围绕具有近红外吸收性质的克酮酸（CRs）结构单元，利用其双自由基和介离子之间的电子共振式特点，通过合理的分子设计，在CRs上面引入四苯乙烯噻吩给体单元(D)，报道了一种具有稳定双自由基特性的D-A-D型有机小分子光热材料（CR-TPE-T，Adv. Mater. 2020, 32, 908537）。如图1a所示，在CR-TPE-T的分子结构中，通过引入共轭TPE-T给体单元，克服了大多数CRs呈现的狭窄的800 nm处吸收，将吸收光谱扩展到紫外、可见和近红外区域。而在聚集时，CR-TPE-T可以通过π-π堆积来拓展分子间共轭，缩小分子能带至0.75 eV，进一步拓宽了CR-TPE-T的吸收光谱（300至1600 nm的光谱范围），有效地促进了太阳光收集（图1b）。此外，双自由基的引入有效地扩展CR-TPE-T的NIR吸收。根据能隙定律，较小的能带隙导致快速的非辐射衰减速率，诱导更高的光热转化效率。理论计算也表明，开壳双自由基态（OS）的第一激发能为1.58 eV，低于闭壳非自由基态（CS,1.69 eV），且OS态将经历比CS态更快的非辐射衰减过程。因此，处于OS态的CR-TPE-T的激发态能量倾向于非辐射耗散，产生热量。并且，在聚集态下，CR-TPE-T表现出更高的双自由基特性，更有利于高效的光热转化，其光热转化效率高达72.7%。这是少有的高光热效率之一。

在以上工作基础上，2021年该课题组通过改变该D-A-D型有机分子的给体单元，对分子结构及物化性能进行了进一步调控。如图1a所示，他们用位阻较小的对甲氧基二苯胺单元（DPA）代替大位阻的四苯乙烯（TPE）单元，开发了分子CR-DPA-T（Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202108048）。该策略有效调控了分子的空间构型，实现了固态分子间较大程度的面面堆积，从而增强了聚集态分子间的π-π相互作用，这更加有利于电子离域，从而将分子CR-DPA-T的吸收光谱拓宽至2000 nm的区域（图1b，c），其固态的吸收边界比CR-TPE-T红移了将近240 nm。他们进一步深入探索了该系列分子的“结构-物理化学性能”关系。CR-DPA-T分子聚集态的ESR信号随温度降低而增强（图2a），通过Bleaney-Bowers函数拟合出该分子的高自旋-低自旋态能量差（ΔELH）仅为0.0576 kcal mol-1，因此， CR-DPA-T分子聚集态表现出高自旋特性。而CR-TPE-T分子聚集态的ΔELH为-0.644 kcal mol-1，则表现出低自旋特性（图2b）。以上研究结果表明，通过设计分子结构，影响聚集态结构中分子间π-π相互作用，调控聚集态分子间的自旋-自旋耦合，实现分子聚集态自旋态调节。由此，在强分子间π-π相互作用和高自旋双自由基特性的协同作用下，CR-DPA-T分子聚集态表现出更长波长的吸收和更高效的光热转换（79.5%，图2c）。此外，进一步通过飞秒超快吸收光谱对内在高效光热转换机制进行研究表明，由于分子间强π-π相互作用和自旋-自旋耦合作用，诱导分子间的电荷转移。根据能带法则，CR-DPA-T窄的吸收带隙使得其激发态内转换过程加剧，诱导出CR-DPA-T分子聚集态下多条非辐射跃迁通道（图2d）,导致高效的光热转换。另外，分子激发态的快速内转换，赋予该分子良好的稳定性。

图2

基于上述稳定双自由基特征的克酮酸类有机小分子光热材料CR-TPE-T和CR-DPA-T所具备的宽太阳光吸收和高效近红外光热转换，该课题组分别将其用于太阳能驱动的水蒸发（图3a）和柔性自愈合太阳光-热-电转换器件（STEG,图3b）。其中，该STEG在破损情况下可自发进行愈合，提高了太阳光吸收材料的使用寿命，并实现了对锂离子电池、手机等小型电子设备的有效充电等应用。