药物靶标发现与筛选优秀课件
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药物筛选基础知识PPT课件
药物筛选的流程
样品准备
从各种来源获取大量化合物或 混合物，并进行预处理，以便
进行后续的筛选实验。
筛选模型建立
根据研究目的和筛选目标，建 立合适的生物或化学筛选模型 ，用于评估化合物的生物活性 或药理作用。
筛选实验实施
按照建立的筛选模型，对预处 理的样品进行实验，记录实验 结果并进行初步分析。
活性化合物筛选
针对神经性疾病的药物靶点筛选
利用神经元细胞系和小鼠模型，通过蛋白质组学方法，筛选出与神经性疾病相关 的蛋白质，作为潜在的药物靶点。
03
化合物筛选
化合物筛选的方法
基于细胞活性的筛选
高通量筛选
通过检测细胞对化合物的反应，评估 化合物的生物活性。
利用自动化技术对大量化合物进行快 速、高效的筛选。
基于酶活性的筛选
药物副作用问题
许多已上市的药物存在严重的副作用，这给患者带来极大的风险和困 扰。如何降低药物副作用是药物筛选面临的重要挑战之一。
药物筛选的未来发展方向
人工智能与机器学习在药物筛选中的应用
01
随着人工智能和机器学习技术的发展，越来越多的研究开始探
索其在药物筛选领域的应用，以提高筛选效率和精准度。
精准医疗与个性化药物
药物筛选基础知识PPT课件
• 药物筛选概述 • 药物靶点筛选 • 化合物筛选 • 细胞模型筛选 • 药物筛选的挑战与未来发展
01
药物筛选概述
药物筛选的定义
药物筛选
是指在大量化合物或混合物中快速、准确地找出具有特定生物活性或药理作用 的物质的过程。
特定生物活性或药理作用
指能够影响生物体内特定生理、生化过程或病理过程，并产生一定生物效应的 物质。
药物。
药物发现与药物筛选ppt课件
——鲁迅《南腔北调集·经验》
10
药物发现简史
——现代药理学 1
实验动物的应用
正常动物模型 病理动物模型
自发性病理动物模型 实验性病理动物模型
优势和局限性
扩大药物筛选范围和规模 降低药物研究的风险
种属差异和病理变化的特殊性 技术要求高，病理模型有限
11
药物发现简史
——现代药理学 2
组织器官实验、分子药理药理学、细胞生物学
优势和局限性
高效、低耗自动化程度高 机理明确、结果误差小 信息量大、比较范围大
药理作用不明确
13
药物发现简史
——药物筛选方法比较
原始方法
现代方法
观察对象
人
动物
筛选规模
零散
小规模<100/日
筛选方向
随机
定向
样品用量
不定
1—5克
结果特点
直接
药效明确
高通量筛选 细胞、分子 大规模>1000/日 随机/一药多筛
standard work of pharmacology, the molecular targets of all known drugs that have been characterized as safe and
effective have been collected and listed according to their biochemical nature (62).
机能实验 药物作用机理研究 病理机制研究 药理作用选择性研究
优势和局限性
减少筛选药物用量提高筛选效率 减少动物用量和实验干扰
种属差异和病理变化的特殊性 观察指标局限和手工操作过程
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药物发现简史
——现代药理学 1
实验动物的应用
正常动物模型 病理动物模型
自发性病理动物模型 实验性病理动物模型
优势和局限性
扩大药物筛选范围和规模 降低药物研究的风险
种属差异和病理变化的特殊性 技术要求高，病理模型有限
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药物发现简史
——现代药理学 2
组织器官实验、分子药理药理学、细胞生物学
优势和局限性
高效、低耗自动化程度高 机理明确、结果误差小 信息量大、比较范围大
药理作用不明确
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药物发现简史
——药物筛选方法比较
原始方法
现代方法
观察对象
人
动物
筛选规模
零散
小规模<100/日
筛选方向
随机
定向
样品用量
不定
1—5克
结果特点
直接
药效明确
高通量筛选 细胞、分子 大规模>1000/日 随机/一药多筛
standard work of pharmacology, the molecular targets of all known drugs that have been characterized as safe and
effective have been collected and listed according to their biochemical nature (62).
机能实验 药物作用机理研究 病理机制研究 药理作用选择性研究
优势和局限性
减少筛选药物用量提高筛选效率 减少动物用量和实验干扰
种属差异和病理变化的特殊性 观察指标局限和手工操作过程
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药物靶标的发现与验证
药物靶标的发现与验证随着科技的进步和医学研究的发展，药物的研发成为人们关注的焦点之一。
而药物靶标的发现和验证则是药物研发的基石。
本文将深入探讨药物靶标的发现与验证的过程和方法。
一、引言药物靶标是指药物通过与其结合从而产生治疗效应的分子。
药物靶标的发现和验证是药物研发的关键步骤。
不仅需要找到与疾病相关的靶标，还需要验证该靶标是否适合作为药物的作用目标。
药物靶标的发现与验证需要多学科的合作，包括生物学、化学、计算生物学等领域。
二、药物靶标的发现药物靶标的发现是药物研发的第一步。
有多种方法可以用于药物靶标的发现，下面将介绍几种常用的方法。
1. 基因组学方法基因组学方法可以通过对疾病相关基因的研究，找到与之相关的靶标。
例如，通过对癌症患者的基因组测序，可以发现与癌症相关的基因，进而确定药物的靶标。
2. 蛋白质组学方法蛋白质组学方法可以用于鉴定药物的靶标。
通过对细胞或组织中的蛋白质进行鉴定和分析，可以找到与疾病相关的蛋白质，从而确定药物的靶标。
3. 化学基因组学方法化学基因组学方法结合了化学和基因组学的优势，可以通过对药物和细胞内分子的反应进行研究，找到药物的靶标。
该方法主要利用化学小分子和蛋白质之间的相互作用进行研究。
4. 其他方法除了上述方法外，还有很多其他的方法可以用于药物靶标的发现，如细胞信号通路研究、蛋白质互作网络分析等。
这些方法都可以帮助研究人员找到与疾病相关的靶标。
三、药物靶标的验证靶标的发现只是药物研发的第一步，还需要对靶标进行验证。
靶标的验证是确定该靶标是否适合作为药物的作用目标的过程。
1. 生物学验证生物学验证主要通过体内、体外实验来验证药物的靶标。
例如，使用基因敲除技术来观察靶标缺失对生物体的影响；使用体外实验来观察药物与靶标的结合情况等。
2. 化学验证化学验证是通过化学合成和分析药物分子与靶标之间的相互作用。
例如，使用荧光探针来观察药物与靶标结合的可行性；使用质谱等方法来分析药物与靶标的结合情况。
药物作用靶点(课堂PPT)
• Overington JP, Al-Lazikan IB, Hopkinsal. How many drug targets are there? Nat Rev Drug Discov, 2006, 5(12) : 993-996.
17
2. 上市药物靶点的类别
• 生物化学分类: 上市小分子和生化药靶点, 50%以上属4 个关键生化类别: G-蛋白偶联受体(26.8%),核受体(13%),配体门控性离子通道(7.9%)及电 压门控离子通道(5.5%) 。其他包括青霉素结合蛋白,髓过氧化酶,神经递 质,DNA拓扑异构酶,纤维结合蛋白,细胞色素P450等。
试剂特异结合并产生临床疗效的分子结构。不包括药理学和生物化学研究工 具以及相关技术。得出的结论：目前的分子药物靶点数目为218个。 • Overington 等(2006)提出有价值的评估: 药物数量减至1357种。所有药物通 过324个靶标起作用,其中266个为人类基因衍生的,其余为病原体靶标。 • 小分子药物作用于248种蛋白,其中207个靶标由人体基因组编码;口服小分子 药物靶标227个,其中186个为人类基因靶标。
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药物研发需要生物学,化学,电脑 物理,仪器分析等多个领域合作
15
五. 靶点药物开发概况
• 现代药物开发是基于特定靶寻找先导化合物,进而筛选候选药物的过程。 • 人类基因组研究结果预测: 有600种小分子靶点,1800多蛋白质靶点,及
2100种基因治疗和siRNA治疗靶点。 • 失败教训: 近20年对高选择性靶点的集中研发,候选新药经临床试验后
ad靶向治疗药物38葡萄糖苷酶小肠内水解糖苷键生成单糖葡萄糖激酶gk醛糖还原酶ar二肽肽激酶dpp蛋白激酶cpkc蛋白酪氨酸激酶ptk和蛋白酪氨酸磷酸酶ptp一氧化氮合酶nos血管紧张素转换酶ace肉碱酯酰转移酶cpt糖代谢酶蛋白磷酸化酶39天然靶点药物研究模式已知确立大量提取物的筛选几百种可组合活性比较找出作用强的几中细胞组织动物实验可委托临床试验酶活性测定40天然药物提取分离与制备提取分离新方法
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2. 上市药物靶点的类别
• 生物化学分类: 上市小分子和生化药靶点, 50%以上属4 个关键生化类别: G-蛋白偶联受体(26.8%),核受体(13%),配体门控性离子通道(7.9%)及电 压门控离子通道(5.5%) 。其他包括青霉素结合蛋白,髓过氧化酶,神经递 质,DNA拓扑异构酶,纤维结合蛋白,细胞色素P450等。
试剂特异结合并产生临床疗效的分子结构。不包括药理学和生物化学研究工 具以及相关技术。得出的结论：目前的分子药物靶点数目为218个。 • Overington 等(2006)提出有价值的评估: 药物数量减至1357种。所有药物通 过324个靶标起作用,其中266个为人类基因衍生的,其余为病原体靶标。 • 小分子药物作用于248种蛋白,其中207个靶标由人体基因组编码;口服小分子 药物靶标227个,其中186个为人类基因靶标。
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药物研发需要生物学,化学,电脑 物理,仪器分析等多个领域合作
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五. 靶点药物开发概况
• 现代药物开发是基于特定靶寻找先导化合物,进而筛选候选药物的过程。 • 人类基因组研究结果预测: 有600种小分子靶点,1800多蛋白质靶点,及
2100种基因治疗和siRNA治疗靶点。 • 失败教训: 近20年对高选择性靶点的集中研发,候选新药经临床试验后
ad靶向治疗药物38葡萄糖苷酶小肠内水解糖苷键生成单糖葡萄糖激酶gk醛糖还原酶ar二肽肽激酶dpp蛋白激酶cpkc蛋白酪氨酸激酶ptk和蛋白酪氨酸磷酸酶ptp一氧化氮合酶nos血管紧张素转换酶ace肉碱酯酰转移酶cpt糖代谢酶蛋白磷酸化酶39天然靶点药物研究模式已知确立大量提取物的筛选几百种可组合活性比较找出作用强的几中细胞组织动物实验可委托临床试验酶活性测定40天然药物提取分离与制备提取分离新方法
药物靶标的筛选与优化研究
药物靶标的筛选与优化研究引言药物的研发是近代医学科学的重要一环，而药物靶标的筛选与优化则是药物研发过程中的关键步骤。
药物靶标是指药物在人体内发挥作用的特定蛋白质或分子，它们与药物之间的相互作用是药物发挥效果的基础。
因此，药物靶标的选定和优化对于药物的疗效和安全性都至关重要。
一、药物靶标的筛选方法1. 基于生物化学和分子生物学的方法生物化学和分子生物学为药物靶标的筛选提供了有力的工具和方法。
通过分析药物与多种蛋白质相互作用的特征，可以确定药物的潜在靶标。
例如，质谱技术可以用于鉴定药物与蛋白质之间的相互作用，从而确定药物的靶标。
2. 基于生物信息学的方法生物信息学在药物靶标的筛选中发挥了重要作用。
通过对蛋白质序列和结构的分析，可以预测潜在的药物靶标。
此外，通过对基因组和蛋白质组的研究，可以发现与疾病相关的靶标，并利用这些靶标进行药物开发。
3. 基于高通量筛选技术的方法高通量筛选技术可大大加快药物靶标的筛选过程。
通过利用自动化仪器进行大规模的化合物筛选，可以快速识别与目标蛋白特异结合的化合物。
这些化合物可以作为候选药物进行进一步的研究和优化。
二、药物靶标的优化方法1. 药物分子的结构优化药物分子的结构优化是药物靶标优化的重要方面。
通过改变药物分子的化学结构、物理性质和药代动力学参数等，可以提高药物的生物利用度和选择性，从而增强其治疗效果。
例如，利用合理的药物设计原则，可以增加药物与靶标之间的亲合力，从而提高药物的效力。
2. 靶标的组织特异性优化有些药物的靶标在人体中存在多个亚型或同源蛋白，选择特异性靶标可以减少药物的副作用，并提高药物的安全性。
通过对靶标的结构和功能进行研究，可以设计出特异性药物来选择性地作用于特定靶标。
3. 药物的给药途径与剂型优化给药途径和剂型的选择对于药物的吸收、分布和代谢有着重要影响。
通过优化药物的制剂和给药途径，可以提高药物的生物利用度和稳定性，增加药物在体内的半衰期，从而延长药物的作用时间和效果。
药物发现与药物筛选课件
机能实验 药物作用机理研究 病理机制研究 药理作用选择性研究
优势和局限性
减少筛选药物用量提高筛选效率 减少动物用量和实验干扰
种属差异和病理变化的特殊性 观察指标局限和手工操作过程
学习交流PPT
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药物发现简史
——高通量药物筛选
基本特点
微量化（反应体系、样品用量） 自动化（自动操作系统） 大规模（数千—数万/日） 分子细胞模型（分子靶点） 计算机管理（生物信息、数据处理） 样品库（大量样品）
1—5微克 机理明确
学习交流PPT
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药物发现简史 —药物筛选方法比较
原始方法
基本技术 人体反应
作用类型 药效学
理论基础 临床医学
筛选形式
不定
结果评价 治疗作用
现代方法 动物实验 实验药效学
药理学 简单重复 药理作用
高通量筛选 自动化
分子靶点 反向药理学 系统筛选 作用机理
学习交流PPT
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六、高通量药物筛选——概念
发现途径
剂型研究 理论研究 药物筛选 定向筛选 定向研究 药物筛选
随机筛选
学习交流PPT
6
药物发现的技术概览
药理研究药物设计定向筛选
生物技术
高通量筛选
生物信息 药物发现 超高通量筛选
生产生活
计算机辅助筛选
医疗实践
样品制备 组合化学
天然产物
学习交流PPT
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四、药物筛选的基本概念
药物筛选
采用适当的方法，对可能作为药物使用的
偶然事件
主动寻找
（药物筛选）
发挥人类优势 借助有利条件
随机事件，规模效应 过程可控、条件可控
选择特定目标 绩效/工作 比低
药物发现的虚拟筛选方法 PPT课件.ppt
作用：通常一个或多个描述符可以用来描述分子的结构、性质等， 如lgP在一定程度上反映了分子穿透细胞膜的能力；拓扑指数描述 了结构的复杂性。
化合物。
MDL ISIS化学数据库管理系统
ISIS系统提供了基于Oracle 数据库系统的各类化学信息系统的管理和开发工 具，可以同时管理化学结构、化学反应、生物活性及谱图等多种化学信息。
ISIS已应用于全球超过80%的化学与制药企业，已成为事实上的化学信息管 理系统的工业标准。
ISIS (Integrated Scientific Information Management System)——MDL的综合性结 构和反应管理软件
C
C C
C
H
H
N
O
C
C
C
O
H
O
OH H2N
用图表示苯丙氨酸的结构
2、化合物结构的矩阵表示
（1）邻接矩阵（以乙醛为例）
（2）距离矩阵：表示了相应原子之间的距离：几何距离（用Å表示）， 拓扑距离（两原子之间连接的键的个数）
（3）键矩阵：矩阵元素为相连接的两个原子之间的键级。 双键：2，三键：3。
（4）关联矩阵：是一个n×m的矩阵。 顶点（原子）作为列（n），边（化学键）作为行（m）， 如果边在顶点内，则相应的元素置为1。
❖ 随着科学技术的发展，各种先进技术应运而生（X 射线晶 体衍射法、多维核磁共振法、扫描隧道显微技术等），使 得越来越多生物靶标（蛋白质、核酸、多糖等）的空间结 构被解析。
❖ 同时计算机科学的发展又极大地提高了计算和分析的速度 和精度。
❖ 因此，自上世纪90 年代起，合理药物设计就逐渐成
为一种实用技术接融入到药物研发的各个环节。
❖ 应用化学信息学可促进化学信息的获取、转化与共享
化合物。
MDL ISIS化学数据库管理系统
ISIS系统提供了基于Oracle 数据库系统的各类化学信息系统的管理和开发工 具，可以同时管理化学结构、化学反应、生物活性及谱图等多种化学信息。
ISIS已应用于全球超过80%的化学与制药企业，已成为事实上的化学信息管 理系统的工业标准。
ISIS (Integrated Scientific Information Management System)——MDL的综合性结 构和反应管理软件
C
C C
C
H
H
N
O
C
C
C
O
H
O
OH H2N
用图表示苯丙氨酸的结构
2、化合物结构的矩阵表示
（1）邻接矩阵（以乙醛为例）
（2）距离矩阵：表示了相应原子之间的距离：几何距离（用Å表示）， 拓扑距离（两原子之间连接的键的个数）
（3）键矩阵：矩阵元素为相连接的两个原子之间的键级。 双键：2，三键：3。
（4）关联矩阵：是一个n×m的矩阵。 顶点（原子）作为列（n），边（化学键）作为行（m）， 如果边在顶点内，则相应的元素置为1。
❖ 随着科学技术的发展，各种先进技术应运而生（X 射线晶 体衍射法、多维核磁共振法、扫描隧道显微技术等），使 得越来越多生物靶标（蛋白质、核酸、多糖等）的空间结 构被解析。
❖ 同时计算机科学的发展又极大地提高了计算和分析的速度 和精度。
❖ 因此，自上世纪90 年代起，合理药物设计就逐渐成
为一种实用技术接融入到药物研发的各个环节。
❖ 应用化学信息学可促进化学信息的获取、转化与共享
药物靶标发现与筛选PPT课件
药物靶标发现与筛选的前景
基因组学和蛋白质组学的发展
随着基因组学和蛋白质组学技术的不断发展，将为药物靶标发现与筛选提供更广泛和深入 的视角。
人工智能和机器学习技术的应用
人工智能和机器学习技术有助于从大量数据中挖掘有用的信息，提高药物靶标发现与筛选 的效率和准确性。
免疫疗法和基因疗法的兴起
免疫疗法和基因疗法等新兴治疗方法的兴起，将为药物靶标发现与筛选提供新的方向和机 会。
案例三：代谢性疾病药物靶标发现与筛选
总结词
代谢性疾病是一类常见的慢性疾病，代谢性疾病药物 靶标发现与筛选对于代谢性疾病的治疗具有重要意义 。
详细描述
代谢性疾病药物靶标发现与筛选主要涉及代谢组学、糖 生物学和脂类生物学等领域的研究。通过对糖、脂肪、 蛋白质等代谢物质的深入研究，科学家们可以发现代谢 性疾病中关键的分子靶点，进而筛选出具有调节代谢平 衡和缓解症状的药物候选物。这些药物候选物经过临床 试验验证后，可以用于代谢性疾病治疗，降低患者的血 糖、血脂和血压水平，预防心血管疾病和糖尿病等并发 症的发生。
虚拟筛选方法
虚拟筛选方法
利用计算机模拟技术，对大规模 化合物库进行虚拟筛选，发现具 有潜在活性的小分子化合物，从
而筛选潜在的药物靶标。
数据库构建
建立大规模化合物库和靶标数据库， 为虚拟筛选提供数据基础。
分子对接模拟
利用分子对接技术，模拟小分子化 合物与靶标蛋白的相互作用，预测 其活性，进一步筛选潜在的药物靶 标。
药物靶标筛选提供依据。
基因表达谱分析
通过比较正常和疾病状态下的基 因表达谱，发现差异表达的基因，
进一步筛选潜在的药物靶标。
蛋白质组学筛选方法
蛋白质组学筛选方法
利用蛋白质组学技术，如质谱分析和 蛋白质芯片等，发现与疾病相关的蛋 白质，从而筛选潜在的药物靶标。
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一、基因靶标
2、基因芯片技术
（1）普通基因芯片
（2）ChIP-DSL （coupling ChIP with a DNA selection and ligation strategy ），染色质免 疫沉淀/DNA选择连接技术
基因芯片（Gene Chip）通常指DNA芯片，其基本 原理是将指大量寡核苷酸分子固定于支持物上，然后 与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强弱进 而判断样品中靶分子的数量。基因芯片的概念现已泛 化到生物芯片（biochip）、微阵列（Microarray）、 DNA芯片（DNA chip），甚至蛋白芯片。
Luo et al., Stem Cells 2010
Zhang et al., J Neurosci 2010
一、基因靶标
4、检测报告基因
把靶基因表达的调控序列与编码某种酶活性的基因 相连转导入细胞内,通过简单地检测酶活性的变化, 就可以反映化合物对转录因子和基因表达的作用性 质和程度。这种能间接反映基因转录水平的编码某 种酶活性的基因称为报告基因。
药物靶标发现与筛选
一、基因靶标
1、在基因数据库中搜寻药物靶标 （1）表达序列标志(expressed sequence tag, EST)数据库 （2）归纳逻辑设计程序
EST是从一个随机选择的cDNA 克隆进行5’端和3’ 端单一次测序获得的短的cDNA 部分序列,代表一个完 整基因的一小部分,在数据库中其长度一般从20 到 7000bp 不等,平均长度为360 ±120bp 。EST 来源于 一定环境达水平。
INH(异烟阱)-induced mRNA expression profiles monitored by microarray hybridization analysis.
用INH处理INH 敏感 的结核菌株(红:INH处 理的;绿:INH未处理的)
PNAS 1999; 96(22): 12833-12838.
PNAS 2007; 104（2): 4852-4857
E2-induced gene expression and the biological relevance of direct ER target genes
PNAS 2007; 104（2): 4852-4857
一、基因靶标
3、基因敲除（knock-out) 技术
首先从样品组织中提取mRNA ,在逆转录酶的作用下用 oligo ( dT) 作为引物进行RT -PCR 合成cD片段根据载体多克隆位点设计引物进行 两端一次性自动化测序,这就是EST 序列的产生过程。
Identification of PD-related genes
Copyright restrictions may apply.
Immunohistochemical staining for TH and alpha-tubulin in the SN of an MPTP mice model
TH
alpha-tubulin
Kim, J.-M. et al. DNA Res 2006 275-286; doi:10.1093/dnares/dsl016
Structure of SB 247464
Science. 1998;281(5374):257-259
Activity of G-CSF(粒细胞集落刺激因子) and SB 247464 in NFS60 cell luciferase assays
Science. 1998;281(5374):257-259
PNAS 1999; 96(22): 12833-12838.
The ChIP-DSL scheme
PNAS 2007; 104（2): 4852-4857
E2-induced gene expression and the biological relevance of direct ER target genes
Phosphorylation of signaling proteins in cells treated with SB 247464 or G-CSF.
Science. 1998; 281(5374):257-259
The murine G-CSF receptor confers responsiveness to SB 247464.
未转染受体
转染CSF受体
Science. 1998;281(5374):257-259
Copyright restrictions may apply.
Cell death activity of differentially expressed genes in PD Upregulated genes
Copyright restrictions may apply.
Downregulated genes
Quantitative real-time RT-PCR of upregulated or downregulated genes randomly selected from the libraries of human normal SN (黑质)and PD's SN
Kim, J.-M. et al. DNA Res 2006 13:275-286
用INH处理INH 耐药的结核菌株 用乙硫异烟胺处理INH 耐药的结核菌株
Temporal profile of INH-induced expression of selected genes.
PNAS 1999; 96(22): 12833-12838.
Roles of INH-induced genes in the context of a proposed pathway for mycolic acid (结核环脂酸) biosynthesis.