研究

我们让学生参与我们的个人研究，因为我们相信学生通过进行生物研究才能最好地学习生物学。参与!今天就和一位教授聊聊，帮助你发现我们周围生活世界的新事物。

教师的研究

云中的高性能计算

首席研究员
艾伦·贝斯特博士

这个跨学科项目将利用计算机科学的工具来帮助提高我们在任何科学领域进行计算研究的能力。导师是基于化学和生物部门，并积极从事跨越化学和生物的研究。

在这个项目中，我们将为希望学院改进高性能计算(HPC)平台。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地Hope的HPC系统最近安装了下一代基于容器的操作系统，该操作系统是由学生和CIT在过去通过该项目开发的。需要继续工作，以开发更多的容器，并完善和改进集群的操作。我们还将通过Amazon或谷歌扩展系统，以利用云计算引擎。学生们将安装各种风格的Linux，并测试各种科学应用程序，以检查其可行性。学生将与克鲁格博士和贝斯特博士以及霍普的CIT工作人员密切合作。

一种新型双相情感障碍动物模型的特征描述

主要调查人员
肯尼斯·布朗医生和莉亚·蔡斯医生

这个跨学科项目将结合生物学、化学和神经科学等学科。该项目是专门安置在希望学院的生物和化学部门。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地因此，有兴趣的学生可以选择参加任何一个暑期研究项目。

双相情感障碍是一种严重的情绪障碍，其特征是周期性的抑郁和躁狂。由于缺乏可靠的动物模型，这种疾病的新疗法的发展受到了阻碍。我们最近发现，从出生后第3-18天开始用谷氨酸激动剂同型半胱氨酸(HCA)治疗大鼠，会导致雄性和雌性大鼠出现躁狂和抑郁行为。该模型是建立在临床观察的基础上，即氨基酸，同型半胱氨酸(HCY)水平的升高与神经精神障碍的发展有关。然而，我们推断HCA是HCY的氧化代谢物，实际上可能失调大脑中重要的谷氨酸通路，导致与双相表型一致的行为。为了为我们的新动物模式提供强大的结构效度，我们计划直接测试这一假设，即发育大鼠在同一关键时期HCY水平的升高将导致血浆和大脑中HCA水平的增加，并导致抑郁/躁狂混合状态的发展。今年夏天的具体目标是完成在发育过程中暴露于高HCY的血浆和大脑中HCA和HCY水平的测量。这些数据将结合我们之前对HCY治疗大鼠的行为评估进行分析，以便我们更好地了解HCA水平与躁狂和抑郁行为发展之间的联系。

细胞生长与VACM-1/cul5

首席研究员
Maria burnatowska - heldin博士

这个跨学科的项目将结合化学和生物学的学科，该项目专门安置在希望学院的生物和化学部门。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

我们实验室的研究重点是阐明VACM-1/cul5的正常功能，VACM-1/cul5是一种内皮特异性基因产物，与cullins具有序列同源性，cullins是一种细胞内蛋白家族，可调节不同的信号通路以响应细胞环境的变化。迄今为止，我们的工作表明VACM-1蛋白通过一种不同于生长调节因子和其他cullins的机制调节细胞生长，因此表明这种基本上未被鉴定的蛋白质具有独特的生物学作用。我们已经证明，在癌细胞和内皮细胞中，VACM-1都抑制生长，而VACM-1突变体的表达对体外细胞增殖具有主要的负面影响。重要的是，VACM-1突变体的表达将内皮细胞转化为血管生成表型。因此，VACM-1可能作为一种潜在的新型血管生成抑制因子在体内发挥作用。

因此，我们近期的研究目标是验证VACM-1参与内皮细胞生长调控的假设，并确定VACM-1在体外调控血管生成的机制。具体来说，我们正在研究翻译后修饰对VACM-1生物活性的影响，以及VACM-1的异常表达或突变表达是否可能导致疾病，特别是癌症。学生将参与设计实验，测试VACM-1结构功能特性的不同方面。参与我们研究项目的学生将学习实验程序，包括DNA分离、定点诱变、细胞培养、免疫细胞化学、分光光度法、荧光偏振技术、聚丙烯酰胺凝胶分析和Western blotting。重要的是，学生将学会有效地阅读、讨论和提问研究论文，并准备科学手稿。

斑马鱼嗅觉系统的神经发生

首席研究员
Erika Calvo-Ochoa博士

这个跨学科项目将结合神经科学和生物学的学科。然而，该项目是专门安置在希望学院生物系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

通过这项研究，我们将研究斑马鱼嗅觉系统损伤后神经元再生和修复的细胞和分子机制。

嗅觉系统由位于鼻腔的两个外周嗅觉器官和嗅球组成，嗅球是调节嗅觉信息的大脑区域。这个系统允许生物体探测气味信号，从而与环境相互作用。嗅觉调节对生存至关重要的行为，如进食、交配、社会行为和危险评估。

斑马鱼的嗅觉系统具有显著的再生和神经可塑性，是研究损伤和疾病后的再生、重组和修复机制的理想模型。

我们已经发现，嗅球的病变产生神经元的损失和退化在嗅觉系统的许多组成部分，包括嗅球和嗅觉上皮的嗅觉感觉神经元。这种神经元的丧失和退化随后是完全的神经元再生和修复。此外，我们已经证明，在相邻的大脑区域，即脑室下区(SVZ)和嗅球损伤后的嗅上皮中，新神经元的增加和持续产生(即神经发生)。

我们的主要目标是回答以下问题:神经发生是受损嗅球再生和修复的核心组成部分吗?

为了回答这个问题，我们将通过使用不同的神经元标记来研究嗅球中神经发生和神经元命运的时间轴。这将使我们能够跟踪新生神经元在通往嗅球的路上，以及它们最终变成的神经元类型(即，谷氨酸能和多巴胺能)。

我们还将使用转基因鱼，其中神经干细胞，即神经炎症细胞(星形胶质细胞)表达绿色荧光蛋白。这将使我们能够跟踪病变后嗅球中的神经炎症反应，以及SVZ中神经祖细胞的激活。

我们将采用以下技术:荧光免疫组化，嗅球的全植入3D制备和共聚焦显微镜。

斑马鱼嗅球受损后的行为

首席研究员
Erika Calvo-Ochoa博士

这个跨学科项目将结合神经科学和生物学的学科。然而，该项目是专门安置在希望学院生物系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

通过本研究项目，我们将研究斑马鱼嗅球损伤后嗅觉系统退化和再生后嗅觉介导的功能和行为。

斑马鱼的嗅觉系统具有显著的再生和神经可塑性，是研究损伤和疾病后的再生、重组和修复机制的理想模型。

我们已经发现，嗅球的病变产生神经元的损失和退化在嗅觉系统的许多组成部分，包括嗅球和嗅觉上皮的嗅觉感觉神经元。这种神经元的丧失和退化随后是完全的神经元再生和修复。

除了在嗅觉系统中观察到的形态再生和恢复外，目前尚不清楚由球球病变引起的嗅觉系统退化是否导致嗅觉功能障碍。

我们的目标是回答以下问题:对嗅球的损伤是否会导致嗅觉功能障碍和嗅觉介导行为的改变?

为了回答这个问题，我们将使用嗅觉介导的行为任务来研究损伤后和恢复期间嗅觉功能的时间表。我们将研究对三种不同类型的气味的行为反应，这些气味传达了重要的环境信号:氨基酸(即食物)、胆盐(即亲属关系)和皮肤提取物(即报警反应)。这将使我们能够测试受损的鱼对个别或所有类别或气味的嗅觉反应是否降低，以及这种反应是如何恢复的。

我们将使用嗅觉行为任务和专门的软件来记录和分析动物行为。

双相情感障碍大鼠模型的基因表达变化

首席研究员
利亚·蔡斯博士

这个跨学科项目将结合生物学、生物化学和神经科学的学科。然而，该项目是专门安置在希望学院化学系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

双相情感障碍是一种严重的情绪障碍，其特征是周期性的抑郁和躁狂。由于缺乏可靠的动物模型，这种疾病的新疗法的发展受到了阻碍。我们最近发现，从出生后第3-18天开始用谷氨酸激动剂同型半胱氨酸(HCA)治疗大鼠，会导致雄性和雌性大鼠出现躁狂和抑郁行为。此外，我们在一些动物中进行了RNA微阵列研究，发现在最初接触HCA几个月后，近200个基因在HCA处理过的动物中有不同的表达。我们现在正在使用一种称为qPCR的技术来验证这些初步发现，这样我们就可以更好地理解基因表达的变化是如何导致这些动物的行为变化的。

参与这个项目的学生将学习与转录组学相关的基本技术。具体来说，他们将学习如何从组织中提取RNA，进行逆转录和qPCR反应，并使用各种转录组学软件包分析数据。

膜运输系统的运输

首席研究员
利亚·蔡斯博士

在生物体中，常规的代谢过程导致细胞环境中许多自由基的形成，这些自由基对细胞本身是有毒的。我的研究验证了代谢过程中产生的自由基调节膜运输系统xc-系统的假设，该系统为神经元和神经胶质提供了合成一种称为谷胱甘肽的细胞抗氧化剂所需的前体。系统xc-是一个质膜运输系统，催化大脑中细胞外胱氨酸与细胞内谷氨酸的化学计量交换。内化的胱氨酸用于合成谷胱甘肽，保护大脑免受氧化损伤。虽然有几个小组已经证明了xc系统在细胞暴露于氧化剂24小时内的转录调控，但基本上没有研究考察转运蛋白活性的短期调控。我和我的学生已经证明，氧化剂通过调节细胞表面转运蛋白的表达，似乎可以(在几分钟内)剧烈地调节xc系统。这些令人兴奋的发现提示了系统xc的一种新的调节形式，它可能是细胞防御系统中保护细胞免受氧化损伤的极其重要的组成部分。我们目前正在使用生物化学和分子技术:

在系统xc-的c端识别重要的贩运主题
描述参与系统xc-过氧化氢调控活性的细胞信号通路

最终，这项工作将为我们更好地理解调控xc系统的分子过程，并确定调控转运蛋白运输的关键蛋白质。因此，这项工作可能为未来的研究提供方向，旨在药理学操纵系统xc-活性的治疗效益。

Chase实验室的每个学生都有自己的独立研究项目，符合实验室的整体研究目标。学生也协助制定可测试的假设和构建适当的实验设计来测试他们的假设。

纳米材料在鸣禽中的作用

主要调查人员
Natalia Gonzalez-Pech博士和Kelly Ronald博士

这个跨学科项目将结合生物学、神经科学、心理学、化学和材料科学等学科。然而，该项目是专门安置在希望学院生物系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

工程纳米颗粒对健康的不利影响引起了极大的关注。然而，在许多情况下，偶然产生的纳米颗粒(即，作为某些人为过程的副产物而无意产生的纳米颗粒)的生产更值得关注。这些纳米颗粒可以通过呼吸系统转运到其他器官，包括大脑。这种转运对健康的影响已经在体外系统和小鼠等动物模型中进行了研究，但从未在鸟类中进行过研究。鸟类应该是一个有趣的模型，因为它们更容易接触到空气中偶然出现的纳米颗粒。本项目将研究鸣禽家雀(passer domesticus)的视觉和听觉感官处理。家麻雀经常占据各种人类主导的环境，因此跨越噪声和光污染的梯度区域。

木质素产生基因与碳封存

首席研究员
李建华博士

近几十年来，人为排放到大气中的二氧化碳稳步增加，造成并加剧了全球气候变化，对包括人类在内的生物产生了巨大影响。减轻这种影响需要采取行动，例如通过绿化地球来增加碳封存。植物是主要的碳储存或汇，树木和灌木是最有效的。然而，在基因组水平上的碳固存机制仍有待探索。我的实验室将使用基因组方法来探索与树木和灌木之间差异碳固存相关的基因变化。该项目帮助我们深入了解生态系统从大到小的变化。

植物开花:可以控制吗?

首席研究员
李建华博士

这个跨学科项目将结合生态学、植物基因组学和进化等学科。开花植物或被子植物是世界上最多样化的植物，有超过25万种，以开花和结果为特征。这些结构是在一定时期的营养生长和发育之后开始的，然而，在不同的植物组中，何时开始转向生殖生长是不同的。一些植物在几个月内就能完成这个过程，而另一些可能需要几年或几十年。是什么因素控制着这种转变:生态的，遗传的，还是两者的结合?如果我们知道了这些因素，我们能否控制这些因素进而使植物在空间和时间上随意开花呢?我们将使用解剖学和基因组学的方法来探索这些问题。

膳食脂肪酸对去饱和酶的调节

首席研究员
弗吉尼亚·麦克多诺博士

这个跨学科的项目结合了生物学和化学两门学科。然而，该项目是专门安置在希望学院生物系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地这个项目只对希望学院的学生开放。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

脂质代谢调节的问题导致许多慢性人类疾病，包括心脏病、糖尿病、肥胖，甚至一些癌症。这项工作的长期目标是更好地理解膳食脂肪对脂质产生的调节。我们专注于一种酶，硬脂酰辅酶a脂肪酸去饱和酶，它是由编码OLE1模式生物中的基因酿酒酵母．去饱和酶从饱和前体产生单不饱和脂肪酸。它受到饮食中脂肪含量的严格控制。虽然调控的各个方面已经被了解，但它还远远没有完成:细胞调节表达OLE1通过ER常驻转录因子Mga2p和Spt23p。这些蛋白质从非活性的p120形式转换为活性的p90形式，其易位到核酸酶中并激活转录OLE1．

什么信号导致Mga2p和Spt23p从“关”到“开”?哪些蛋白质参与了这些过程?细胞如何感知被喂食的脂肪酸的类型和存在?这项工作的首要假设是，被喂食的脂肪酸被运送到细胞膜，在那里蛋白质传感器识别并将细胞膜的状态传达给这些调节OLE1基因的表达。今年夏天的工作目标将是确定信号和基因产物，调节的表达OLE1，以及它们的工作原理。

参与这个项目的学生将在他们的工作中使用分子遗传学和生物化学方法。实验程序将包括以下部分或全部:细胞培养、克隆、DNA分离、PCR、qPCR、凝胶电泳、分光光度法、报告基因测定、使用2杂交分析的蛋白-蛋白相互作用、western blotting、GC和GC- ms以及显微镜。除了实验，学生将被期望成为研究团队的正式成员-分析数据，准备数字，阅读和讨论研究文献，并在科学会议上展示他们的结果。

先锋植物种子的化学防御

主要调查人员
格雷格·默里医生和伊丽莎白·桑福德医生

这个跨学科的项目将结合生物学和化学的观点来阐明热带先锋植物种子的化学防御基础。它专门安置在希望学院的生物系内，但学生调查员将与默里博士(生物学)和桑福德世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地博士(化学)密切合作。它只对已经在桑福德或默里实验室工作的希世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地望学院学生开放。

热带雨林因其生物多样性和物种间相互作用的复杂性而闻名。动物和植物之间的相互作用尤其突出——动物作为传粉者、种子传播者和种子捕食者是重要的，植物承受着强大的选择压力，要加强与动物的积极相互作用，削弱与动物的消极相互作用。“先锋”植物——那些专门在最近受到干扰的森林斑块上定居，但在阴影下的下层植被中无法竞争的植物——构成了研究热带植物-动物相互作用的模型系统，因为它们的种子必须在土壤中存活数年，尽管受到动物和致病真菌的强烈威胁。我们的研究小组试图了解种子传播者、种子捕食者、微生物病原体和物理干扰如何相互作用，影响热带先锋植物的种群分布，从而维持森林结构和物种组成。我们特别感兴趣的问题，包括几个层次的生物组织，或结合其他学科的方法(例如，数学，计算科学和有机化学)与生态学。今年夏天，我们将继续对先锋植物种子的化学防御特性进行描述，重点关注那些种子可以在热带土壤中存活数十年的物种，尽管它们受到吃种子的动物和微生物攻击的威胁。参与这项研究的学生将采用各种提取、化学分离和分析技术，以及对真菌和节肢动物的毒性生物测定。他们还将获得假设形成和统计分析的经验，批判性地分析科学文献，并以书面和口头形式展示他们的研究结果。

酒精对发育的影响

主要调查人员
菲利普·里维拉医生和凯利·罗纳德医生

众所周知，怀孕期间酒精会破坏新生儿中枢神经系统(CSN)的发育。在中枢神经系统内，常驻免疫细胞(即小胶质细胞)被酒精启动，导致神经元的异常吞噬。然而，小胶质细胞的激活是否会导致异常的发声模式还不清楚。因此，允许怀孕的母鼠在胚胎第15-20天大量摄入20%的酒精。划分后，在出生后第4、7和9天，对成瘾母鼠所生幼鼠的发声行为进行评估。此外，通过检查巢结构来评估母性护理行为。幼崽成熟后将被评估是否有类似上瘾的行为，包括在黑暗中饮酒和乙醇条件下的场所偏好。所有的行为都将在男性和女性中进行评估，以测试性影响。同样地，海马齿状回中的小胶质细胞反应将以性别依赖的方式决定。

优化蛋白质沉淀

首席研究员
Phillip Rivera博士

生物标记物(也称为生物标记物)是生物体中可测量的物质，可以指示压力和/或疾病的存在或风险(Strimbu & Tavel, 2010)。在人体中，免疫系统可以从细胞中产生和排泄细胞因子和趋化因子分子，这些细胞因子和趋化因子分子负责调节身体的炎症反应，表明对疾病的免疫反应。虽然炎症是身体用来对抗外来物质的一种手段，但它只在短时间内有益。慢性、长期的炎症对健康的细胞和有机体是有害的。

获取生物标志物来评估慢性疾病或疾病通常是侵入性的，需要抽血或组织提取。还有几种非侵入性治疗方法，包括皮肤碎屑、耳垢、毛囊和指甲屑。然而，很少有研究使用指甲作为收集免疫生物标志物的手段。里韦拉实验室计划使用收集到的样本，在希望学院学生、教职员工的一般样本中开发一种新的生物标志物水平基线量表。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地此外，我们计划分离和比较来自男性和女性的样本，使我们能够描述我们提取的免疫蛋白数量的性别差异。

成瘾和先天免疫反应的性别差异

首席研究员
Phillip Rivera博士

这个项目由霍普学院生物系专门负责。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

最近的证据表明，药物诱导的毒性和依赖性的一个关键组成部分涉及中枢神经系统(CNS)中非神经元细胞的激活。例如，一些啮齿动物研究提出，中枢神经系统对滥用药物的免疫反应(例如促炎细胞因子的产生增加)是由于中枢神经系统中的常驻免疫防御细胞小胶质细胞的直接激活，并可能是其负面后果的基础。然而，乙醇、吗啡和四氢大麻酚暴露是全身性的，慢性暴露后中枢神经系统和外周免疫反应的差异调节也有报道。目前假设外周免疫反应显著影响大脑和行为，要么直接通过白细胞进入，要么间接通过体液或系统因素的神经元调节。

本研究的主要目标有两个:

了解男性和女性在滥用药物(乙醇、吗啡和四氢大麻酚[THC])后，小胶质细胞(即大脑的固定免疫细胞)和外周来源的脑巨噬细胞(即来自血液、肝脏、脾脏等)的不同来源
确定外周源性脑巨噬细胞在成瘾样行为中的作用

鸣禽的多模态感觉处理

首席研究员
凯利·罗纳德博士

这个跨学科项目将结合生物学、神经科学和心理学等学科。然而，该项目是专门安置在希望学院生物系。世界杯荷兰vs厄瓜多尔走地

人为干扰长期以来改变了我们的生态系统和栖息地的动态。随着物理环境的变化，环境光和声音剖面也发生了变化。一项新的研究揭示了动物在受声和光污染主导的环境中发出信号的策略。例如，有反复的证据表明，城市地区的鸟类以较高的频率唱歌，以避免被低频交通噪音所掩盖。然而，对于信号接收者是否因噪音和声音污染而在视觉和听觉生理上有所不同，人们所知甚少。由于通信既涉及信号的成功产生，也涉及这些信号的成功接收，因此我们有必要将接收器的感觉处理作为人为干扰的功能进行研究。本项目将研究鸣禽家雀(passer domesticus)的视觉和听觉感官处理。家麻雀经常占据各种人类主导的环境，因此跨越噪声和光污染的梯度区域。我们可以预测，在人类干扰较大的地区捕获的家麻雀可能比在更多农村地区捕获的动物表现出更好的高频听力;此外，我们还可能期望视觉时间分辨率(例如，检测运动的能力)在两个种群之间会有所不同。 Studies examining the effects of human disturbance on receiver sensory processing are vitally important to developing efficient and effective conservation efforts.

参与本项目的学生将参与现场和实验室技术，包括现场的听觉和视觉记录，动物处理和捕获，以及实验室的生理实验(听觉和视觉诱发电位记录)。

噬菌体生物学，基因组学和噬菌体基因组的进化

首席研究员
Joseph Stukey博士

噬菌体，或者更简单地说，是一种感染细菌细胞的病毒。我实验室的研究重点是了解基本的噬菌体生物学，更广泛地说，噬菌体基因组进化。分支噬菌体是感染细菌属分支杆菌的噬菌体。

我有多个处于不同完成或构思状态的项目，包括:

在分子水平上识别和描述噬菌体-宿主细胞内相互作用。我们在两种不同的分枝噬菌体中发现了多个基因，当表达为单个基因时，它们会损害耻垢分枝杆菌的生长。我们有初步数据表明，对于许多人来说，噬菌体基因的表达导致细胞生长增大，这表明噬菌体蛋白可能会干扰细胞分裂过程。未来的研究目标包括使用包括细胞染色和显微可视化在内的多种方法进一步研究细胞毒性噬菌体基因表达对宿主细胞生长的影响，并测试确定的细胞毒性噬菌体基因在感染过程中是否对噬菌体至关重要。
研究分枝杆菌噬菌体的一个子集(簇K)的生物学，以其感染广泛的分枝杆菌宿主的一般能力而闻名，通常包括病原体结核分枝杆菌。我们正在研究K1簇噬菌体的几个不同亚群的生长特征，这可能与宿主偏好的差异有关。我们目前的研究结果表明，K1分枝噬菌体的一个子集最适合在较低的温度下生长，并很好地适应低宿主密度的环境。我们认为，这些生长特征与簇K支噬菌体识别更广泛宿主的能力之间存在联系。这项工程已接近完成。
研究噬菌体基因组进化。该项目旨在更好地了解已知分枝噬菌体基因组结构和基因含量的异同，并解决产生所观察到的基因组结构和遗传多样性的进化机制的性质和功能问题。为了解决这些问题，我们设计并构建了一对修饰过的噬菌体基因组，它们存在或不存在特定的编码信息。我们刚刚开始使用各种不同的测定方法测试特定对对噬菌体生长的影响。这项工作可能有助于我们理解在噬菌体基因组中普遍存在的遗传多样性是如何产生的，以及更好地理解噬菌体基因组的模块化性质。
研究噬菌体如何识别宿主细胞并“不可逆”地与宿主细胞结合，包括识别噬菌体受体结合蛋白和相应的宿主受体成分，然后在感染开始时将其DNA转移到宿主细胞中。

所有研究项目都采用微生物学、分子学、生物化学和生物信息学分析方法的组合。

我们的发现将为从分枝杆菌宿主选择到分枝杆菌感染的噬菌体-宿主细胞相互作用的分子生物学提供新的重要信息，并更好地理解分枝杆菌基因组的进化。

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