5 10 15 20 # 基 因 工 程 原 理 与 技 术 教 学 改 革 初 探 * 孔 岩 ( 东 南 大 学 医 学 院 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 系 ) 摘 要 : 基 因 工 程 是 现 代 生 命 科 学 的 核 心 之 一, 基 因 工 程 原 理 与 技 术 是 医 学 院 生 物 工 程 专 业 本 科 生 必 须 掌 握 的 一 门 理 论 性 和 实 践 性 都 较 强 的 基 础 课 程 为 更 好 地 培 养 全 球 化 复 合 型 具 有 较 高 综 合 素 质 和 较 强 国 际 视 野 的 本 科 生, 本 课 题 组 从 2013 年 起 开 始 对 基 因 工 程 原 理 与 技 术 这 门 课 程 实 行 教 学 改 革 探 索, 取 得 了 一 定 的 成 效 本 文 从 教 学 内 容 优 化 教 学 方 法 和 手 段 革 新 实 验 设 计 变 革 等 几 个 方 面 对 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 的 教 学 改 革 探 索 进 行 初 步 总 结 关 键 词 : 基 因 工 程 ; 理 论 ; 技 术 ; 教 学 改 革 中 图 分 类 号 : 请 查 阅 中 国 图 书 馆 分 类 法 Innovation of Teaching in Genetic Engineering Kong Yan (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Medical School, Southeast University) Abstract: Genetic engineering is one of the most important technology in biological sciences. Undergraduate students should understand the theories and detailed mechanisms. In order to make students much more scientific trained, our group started to innovate course since 2013. We summarized the contents, teaching methods and improvement of experiments in this text. Key words: genetic engineering; theory; methods; innovation 0 引 言 25 30 35 基 因 工 程 (Genetic Engineering) 是 指 将 外 源 基 因 通 过 体 外 重 组 而 导 入 受 体 细 胞 内, 并 在 受 体 细 胞 内 复 制 表 达 具 有 生 物 活 性 物 质 的 技 术 [1] 它 是 对 携 带 遗 传 信 息 的 分 子 进 行 设 计 和 改 造 的 分 子 工 程, 是 在 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 飞 速 发 展 基 础 上 产 生 的 新 兴 学 科 主 要 内 容 包 括 基 因 重 组 克 隆 和 表 达 等 环 节 和 步 骤 随 着 基 因 工 程 发 展, 目 前 与 细 胞 工 程 酶 工 程 发 酵 工 程 一 起, 构 成 了 现 代 生 物 工 程 技 术 体 系 基 因 工 程 广 泛 应 用 于 基 因 修 饰 改 造 克 隆 动 物 新 药 开 发 和 临 床 诊 断 等 领 域, 创 造 了 巨 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益, 是 高 等 学 校 生 物 技 术 生 物 工 程 等 相 关 专 业 的 主 干 课 程 进 入 新 世 纪 以 来, 随 着 人 类 基 因 组 计 划 的 完 成 和 基 因 敲 除 动 物 干 细 胞 等 研 究 热 点 的 不 断 涌 现, 基 因 工 程 技 术 发 展 更 加 日 新 月 异, 它 的 发 展 极 大 促 进 了 生 物 与 医 学 相 关 学 科 的 发 展 对 于 生 物 工 程 专 业 的 学 生 来 说, 无 论 以 后 继 续 深 造 或 是 就 业, 对 其 基 因 工 程 技 术 的 掌 握 程 度 都 提 出 了 更 高 的 要 求 目 前, 国 内 各 高 校 都 加 大 了 对 基 因 工 程 课 程 的 重 视 程 度, 对 新 的 教 学 内 容 和 教 学 方 法 的 探 索 不 断 涌 现 [2] 东 南 大 学 医 学 院 生 化 课 题 组 为 了 满 足 大 学 生 的 求 知 需 求 和 未 来 发 展 的 需 要, 紧 跟 科 技 发 展 前 沿, 适 应 新 的 形 势, 从 教 学 内 容 优 化 教 学 手 段 和 方 法 创 新 以 及 实 验 操 作 改 进 等 方 面 对 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 的 改 革 进 行 了 探 索 基 金 项 目 : 教 育 部 博 士 点 基 金 (20120092120065); 东 南 大 学 校 级 教 学 改 革 研 究 与 实 践 项 目 (2013-131) 作 者 简 介 : 孔 岩 (1982-) 男, 讲 师, 博 士, 主 要 研 究 方 向 分 子 神 经 生 物 学. E-mail: kongyancn@163.com - 1 -
40 45 50 55 60 65 70 75 1 教 学 内 容 优 化 1.1 教 材 选 择 基 因 工 程 理 论 知 识 及 实 践 技 术 发 展 日 新 月 异, 国 内 外 知 识 侧 重 点 不 同 的 新 版 教 材 不 断 出 版, 最 近 出 版 的 有 : 刘 志 国 主 编 的 基 因 工 程 原 理 与 技 术 ( 化 学 工 业 出 版 社 ; 第 2 版 ) 邹 克 琴 等 编 著 的 基 因 工 程 原 理 和 技 术 ( 浙 江 大 学 出 版 社 ; 第 1 版 ) 刘 亮 伟 陈 红 歌 等 主 编 的 基 因 工 程 原 理 与 实 验 指 导 ( 中 国 轻 工 业 出 版 社 ; 第 1 版 ) 陈 宏 主 编 的 基 因 工 程 原 理 与 应 用 ( 中 国 农 业 出 版 社 ; 第 1 版 ) 等, 基 本 理 论 内 容 大 致 相 同, 实 际 应 用 部 分 的 偏 重 点 有 所 不 同 笔 者 所 在 的 东 南 大 学 医 学 院 生 化 学 系 编 撰 了 高 级 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 实 验 教 程 [3] 本 书 是 在 我 们 多 年 使 用 的 研 究 生 高 级 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 技 术 讲 义 的 基 础 上, 经 修 订 和 改 编 而 成, 内 容 分 为 前 后 两 个 个 部 分 互 为 呼 应 第 一 部 分 扼 要 介 绍 常 用 的 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 的 基 础 理 论 和 实 验 方 法, 包 括 离 心 电 泳 层 析 基 因 工 程 基 因 文 库 的 构 建 PCR DNA 的 制 备 及 分 析 RNA 的 制 备 及 分 析 等, 后 一 部 分 是 实 验 部 分, 包 括 蛋 白 的 定 量 PCR 基 因 工 程 血 清 白 蛋 白 的 分 离 纯 化 酶 的 分 离 及 比 活 的 测 定 Western 印 迹 Southern 杂 交 等 本 教 材 涵 盖 了 基 因 工 程 的 基 本 原 理 和 具 体 实 验 方 法, 篇 幅 适 宜 于 本 科 生, 结 构 安 排 合 理, 条 理 思 路 清 晰, 基 础 理 论 与 应 用 开 发 成 果 结 合 较 好, 在 使 用 过 程 中 得 到 本 科 学 生 的 认 可 基 因 工 程 学 科 发 展 非 常 迅 速, 相 关 领 域 的 最 新 发 现 往 往 发 表 在 英 文 权 威 学 术 期 刊 上, 国 际 学 术 会 议 上 通 常 都 用 英 语 进 行 交 流, 因 此 掌 握 相 关 的 英 语 专 业 词 汇 显 得 非 常 重 要 因 此, 在 中 文 教 材 的 基 础 上, 我 们 推 荐 学 生 使 用 剑 桥 大 学 出 版 社 的 An Introduction to Genetic Engineering 这 是 一 本 针 对 本 科 生 的 教 材, 由 西 苏 格 兰 大 学 的 Des Nicholl 博 士 编 撰 这 本 教 材 分 为 三 个 部 分 : 基 因 工 程 相 关 分 子 生 物 学 技 术 介 绍 基 因 操 作 的 基 本 方 法 和 基 因 工 程 的 应 用. 另 外, 推 荐 发 表 在 国 际 权 威 学 术 杂 志 上 的 与 本 课 程 相 关 的 研 究 论 文 作 为 授 课 教 材, 使 教 学 内 容 与 实 际 发 展 相 结 合, 以 开 阔 学 生 的 视 野 与 思 路, 激 发 学 生 的 发 散 性 思 维 1.2 知 识 结 构 重 点 基 因 工 程 处 于 生 命 科 学 的 最 前 沿, 是 现 代 分 子 生 物 技 术 的 核 心 和 重 点 基 因 工 程 这 门 课 程 主 要 包 括 基 因 工 程 理 论 分 子 克 隆 实 验 技 术 及 基 因 工 程 应 用 教 学 三 部 分 基 因 工 程 在 介 绍 基 础 理 论 的 同 时, 融 入 最 新 的 科 研 进 展, 例 如 转 基 因 和 基 因 剔 除 小 鼠 建 立 干 细 胞 与 ips 细 胞 CRISPR/Cas9 靶 向 基 因 编 辑 技 术 转 基 因 食 品 的 安 全 性 及 伦 理 合 成 生 物 学 等, 使 学 生 及 时 了 解 世 界 的 前 沿 知 识 基 因 工 程 理 论 部 分 的 重 点 是 基 因 工 程 的 基 本 概 念, 基 本 原 理 和 发 展 历 史 分 子 克 隆 实 验 技 术 部 分 主 要 介 绍 了 分 子 克 隆 的 概 念, 工 具 酶, 载 体, 构 建 重 组 载 体 的 基 本 步 骤, 重 组 载 体 转 入 宿 主 细 胞 的 方 法 以 及 如 何 筛 选 重 组 体 基 因 工 程 应 用 部 分 主 要 讲 授 基 因 工 程 原 理 与 技 术 在 医 学 农 业 工 业 和 科 学 研 究 中 的 实 际 应 用 的 实 例 和 面 临 的 现 实 问 题 几 个 部 分 有 机 结 合, 构 成 了 完 整 的 知 识 结 构 目 前 基 因 工 程 原 理 与 技 术 实 际 应 用 非 常 广 泛, 广 泛 应 用 于 基 因 修 饰 改 造 克 隆 动 物 新 药 开 发 和 临 床 诊 断 等 领 域, 东 南 大 学 生 物 工 程 专 业 本 科 生 毕 业 后 以 考 研 出 国 深 造 为 主, 就 业 以 生 物 制 药 企 业 科 研 单 位 医 院 等 为 主 要 渠 道 伴 随 基 因 工 程 在 科 研 和 实 际 生 产 中 的 广 泛 应 用, 基 因 工 程 原 理 和 技 术 课 程 给 予 学 生 的 全 方 位 的 训 练 对 学 生 将 来 的 就 业 和 深 造 有 着 积 极 的 意 义 2 教 学 手 段 和 方 法 创 新 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 理 论 和 实 践 相 互 结 合, 相 互 印 证, 理 论 部 分 是 对 实 验 部 分 - 2 -
80 85 90 95 100 105 110 115 的 阐 释 和 概 括, 实 验 又 是 对 理 论 的 验 证 和 补 充 教 学 中 如 何 改 变 原 有 的 满 堂 灌 和 单 一 考 试 的 教 学 模 式, 科 学 统 筹 合 理 安 排 巧 妙 布 局, 既 能 强 化 学 生 对 基 因 工 程 及 分 子 生 物 学 等 相 关 课 程 理 论 知 识 的 理 解, 又 能 提 升 学 生 的 思 维 能 力 研 究 能 力 动 手 能 力 和 创 新 能 力, 从 而 达 到 培 养 专 业 素 养 好 综 合 素 质 高 的 优 秀 生 物 工 程 专 业 高 素 质 人 才 的 培 养 目 标, 这 需 要 教 学 手 段 和 方 法 的 创 新 2.1 PBL 教 学 法 PBL(Problem-Based Learning, 简 称 PBL, 也 称 作 问 题 式 学 习 ), 是 一 套 设 计 学 习 情 境 的 以 学 生 为 主 体 的 典 型 教 学 方 法 [4] 它 以 问 题 为 导 向, 最 早 起 源 于 20 世 纪 50 年 代 的 医 学 教 育, 是 近 年 来 教 育 工 作 者 一 直 关 注 和 研 究 的 有 效 教 学 方 法 东 南 大 学 医 学 院 是 国 内 最 早 将 PBL 教 学 法 在 教 学 中 应 用 的 医 学 院 之 一, 目 前 已 经 建 立 成 熟 的 教 师 培 训 体 系 和 授 课 模 式 本 课 题 组 成 员 接 受 了 学 院 组 织 的 严 格 PBL 教 学 培 训, 并 取 得 了 PBL 授 课 资 格 在 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 中, 任 课 教 师 应 用 PBL 教 学 法, 最 大 限 度 地 调 动 学 生 思 维 优 势 和 主 动 性, 培 养 和 提 高 学 生 的 创 新 能 力 在 教 学 实 际 操 作 中, 教 师 根 据 教 学 内 容, 抛 出 各 种 有 意 义 的 问 题, 比 如 如 何 直 观 看 到 蛋 白 的 存 在? 如 何 对 蛋 白 在 细 胞 内 的 定 位 进 行 分 析? 如 何 在 体 外 大 量 表 达 蛋 白? 蛋 白 表 达 是 选 择 真 核 还 是 原 核 表 达 体 系? 采 用 启 发 式 教 学 互 动 式 归 纳 式 教 学, 引 导 和 鼓 励 学 生 思 考 和 探 索, 从 而 通 过 学 生 自 己 的 积 极 思 维 掌 握 知 识 重 点 难 点 课 外, 学 生 按 照 要 求, 分 组 完 成 小 组 作 业 文 献 阅 读 心 得, 并 且 组 织 了 讨 论 笔 者 在 教 学 实 践 中 发 现, 将 PBL 教 学 法 引 入 基 因 工 程 原 理 与 技 术 的 课 堂, 能 够 有 效 地 变 学 生 被 动 填 鸭 式 接 受 式 学 习 为 主 动 探 索 式 学 习, 有 利 于 学 生 主 动 掌 握 知 识, 提 高 了 学 生 的 探 索 和 创 新 能 力, 此 法 特 别 对 以 继 续 深 造 从 事 科 学 研 究 为 志 向 的 生 物 工 程 相 关 专 业 学 生 有 更 为 重 要 的 意 义 2.2 多 媒 体 教 学 法 近 几 年 的 大 学 生 都 是 90 年 代 后 期 出 生, 动 画 Flash 等 新 的 媒 体 方 式 对 他 们 来 说 更 容 易 理 解 和 领 悟, 也 更 受 喜 爱 和 富 有 吸 引 力 [5] 课 程 改 革 抓 住 当 代 大 学 生 的 这 一 特 点, 灵 活 应 用 多 媒 体 教 学 法, 一 方 面, 任 课 教 师 在 备 课 时 大 量 制 作 内 容 丰 富 色 彩 鲜 明 表 现 形 式 多 样 的 动 画 Flash 等, 利 用 多 媒 体 动 态 呈 现 并 配 合 PBL 教 学 方 法 的 应 用, 采 用 探 索 引 导 的 方 法, 把 教 学 中 重 点 难 点 内 容 简 易 化, 把 难 以 理 解 的 内 容 形 象 化 生 动 化, 帮 助 学 生 理 解 和 掌 握 复 制 转 录 翻 译 基 因 重 组 转 化 筛 选 鉴 定 等 难 以 理 解 的 技 术 原 理 和 发 生 过 程 ; 另 一 方 面, 鼓 励 学 生 自 己 搜 集 与 课 程 及 专 业 前 沿 知 识 相 关 的 动 画 Flash, 在 课 堂 上 予 以 展 示, 实 践 中 学 生 对 此 方 式 颇 感 兴 趣 多 媒 体 教 学 法 弥 补 了 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 中 一 些 原 理 技 术 抽 象 和 难 以 理 解 与 记 忆 的 缺 陷, 将 声 音 图 像 视 频 融 为 一 体, 生 动 鲜 活, 表 现 形 式 多 样, 将 抽 象 的 理 论 知 识 以 简 单 形 象 的 方 式 展 现 在 学 生 面 前, 极 大 增 强 了 课 程 的 吸 引 力 和 感 染 力, 引 发 了 学 生 浓 厚 的 学 习 兴 趣 2.3 利 用 丰 富 的 网 络 资 源 当 代 大 学 生 是 伴 随 网 络 成 长 起 来 的 网 络 土 著, 他 们 的 生 活 几 乎 一 刻 也 离 不 开 手 机 和 网 络 网 络 资 源 为 教 师 教 学 和 学 生 学 习 提 供 了 更 为 丰 富 的 资 源 和 便 捷 的 途 径 [6] 在 基 因 工 程 原 理 与 技 术 课 程 改 革 中, 教 师 试 图 改 变 传 统 的 照 本 宣 科 的 教 学 方 法, 教 学 不 局 限 于 教 材 内 容, 做 到 源 于 教 材, 而 高 于 教 材, 灵 活 利 用 网 络 资 源, 为 学 生 提 供 更 为 广 阔 的 视 野 和 便 捷 的 获 取 新 资 讯 的 途 径 一 是 获 取 最 新 的 国 外 知 名 大 学 的 课 件 网 络 课 堂 供 学 生 学 习, 必 要 时 进 行 讲 解 和 提 升, 让 学 生 立 足 国 内 课 堂, 却 能 了 解 世 界 前 沿 的 专 业 知 识 二 是 将 课 件 和 重 点 难 点 内 容 放 在 QQ 群 里 供 学 生 下 载 和 考 前 复 习 查 阅, 将 网 络 资 源 综 合 利 用, 形 成 一 个 班 级 专 业 知 识 库 学 生 也 可 以 在 微 信 群 里 讨 论 提 问, 教 师 则 积 极 引 导 答 疑 解 惑 三 是 利 - 3 -
120 125 130 135 140 145 150 155 160 用 微 信 QQ 群 等, 将 专 业 前 沿 的 新 发 现 新 亮 点 研 究 动 向 发 布 和 公 开, 供 学 生 学 习 和 探 索 现 在 有 很 多 提 供 前 沿 科 研 知 识 的 公 共 微 信 号, 例 如 Medsci, 解 螺 旋, 中 国 生 物 技 术 网, 实 验 万 事 屋, 生 物 探 索, 赛 先 生 等 等, 教 师 将 这 些 提 供 给 学 生, 以 学 生 关 注 的 时 尚 潮 流 的 方 式 传 递 给 学 生 最 新 的 基 因 工 程 原 理 与 技 术 的 相 关 信 息 2.4 双 语 教 学 法 的 融 入 基 因 工 程 学 科 发 展 非 常 迅 速, 相 关 领 域 的 最 新 发 现 往 往 发 表 在 英 文 国 际 权 威 学 术 期 刊 上, 国 际 学 术 会 议 通 常 也 都 是 用 英 语 进 行 学 术 交 流, 因 此 掌 握 相 关 的 英 语 专 业 词 汇 显 得 非 常 重 要 2.4.1 将 外 文 教 材 融 入 教 学 之 中 除 了 采 用 我 们 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 系 主 编 的 高 级 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 实 验 教 程 作 为 授 课 用 教 材 外, 引 入 剑 桥 大 学 出 版 社 的 An Introduction to Genetic Engineering, 本 书 分 为 3 个 部 分 ( 分 子 生 物 学 基 础 理 论 基 因 操 作 方 法 和 基 因 工 程 应 用 ), 共 15 章 分 别 是 1. Introduction; 2. Introducing molecular biology; 3. Working with nucleic acids; 4. The tools of the trade; 5. Host cells and vectors; 6. Cloning strategies; 7. The polymerase chain reaction; 8. Selection, screening and analysis of recombinants; 9. Bioinformatics; 10. Understanding genes, genomes and 'otheromes'; 11. Genetic engineering and biotechnology; 12. Medical and forensic applications of gene manipulation; 13. Transgenic plants and animals; 14. The other sort of cloning; 15. Brave new world or genetic nightmare 涵 盖 了 从 基 础 的 分 子 生 物 学 理 论 知 识, 实 际 操 作 方 法 ( 宿 主 细 胞 和 载 体, 克 隆 策 略,PCR, 选 择 筛 选 和 分 析 重 组 体, 生 物 信 息 学 ) 以 及 现 实 应 用 ( 基 因 组 学 和 其 他 组 学, 基 因 工 程 和 生 物 工 程, 医 学 与 法 学 上 的 应 用 转 基 因 动 物 与 植 物 ) 的 各 个 方 面, 另 外 对 目 前 引 起 广 泛 关 注 的 转 基 因 技 术 是 建 立 了 美 丽 新 世 界 (Brave new world ) 还 是 噩 梦 (genetic nightmare) 进 行 了 讨 论 让 同 学 们 在 学 习 技 术 知 识 的 同 时, 对 科 技 的 新 发 现 能 积 极 关 注, 对 社 会 热 点 问 题 有 科 学 判 断 2.4.2 引 入 外 文 科 研 论 文 同 学 们 平 时 的 学 习 大 多 局 限 于 从 课 本 中 获 取 知 识 而 进 入 课 本 的 经 典 理 论 大 多 已 经 发 现 很 多 年 了, 基 因 工 程 又 是 发 展 日 新 月 异 的 学 科, 新 理 论 新 观 点 新 方 法 层 出 不 穷 这 就 要 求 同 学 们 有 紧 跟 科 研 前 沿 最 新 的 高 水 平 的 英 文 论 文 代 表 了 科 研 的 热 点 和 发 展 方 向 在 课 堂 上 传 授 给 同 学 们 文 献 检 索 的 基 本 方 法 和 渠 道, 例 如 PUBMED 数 据 库 Highwire 数 据 库 等 等 选 出 发 表 在 Nature Science 等 一 流 学 术 杂 志 上 的 与 课 程 密 切 相 关 的 论 文 予 以 精 细 解 读 另 外, 详 细 讲 解 本 课 题 组 发 表 在 SCI 收 录 的 国 际 杂 志 上 的 文 章, 让 学 生 体 会 如 何 发 现 问 题, 解 决 问 题, 形 成 科 学 的 思 维 方 式 2.4.3 在 课 堂 讲 授 实 验 报 告 撰 写 和 考 试 环 节 融 入 双 语 教 学 在 课 堂 授 课 过 程 中, 尽 量 多 采 用 英 文 课 件 和 讲 授, 特 别 是 把 重 要 内 容 的 英 文 名 称 和 实 验 步 骤 的 中 英 文 描 述 方 式 都 在 课 件 中 展 示 给 学 生 鼓 励 学 生 以 英 文 学 术 论 文 的 形 式 完 成 实 验 报 告, 这 将 对 其 阅 读 文 献 理 解 文 献 能 力 有 很 大 提 高, 同 时 也 使 其 具 有 跟 踪 前 沿 学 术 动 态 的 自 主 学 习 能 力 课 程 考 核 ( 分 理 论 部 分 和 实 验 部 分 ) 加 入 英 文 考 核 方 式, 考 察 学 生 领 会 实 验 重 点 和 实 验 步 骤 英 语 表 达 实 验 过 程 的 情 况 实 际 教 学 中, 由 于 课 程 课 时 安 排 紧 凑, 学 生 的 外 语 水 平 参 差 不 齐, 全 英 文 教 学 有 一 部 分 学 生 反 映 有 较 大 压 力 因 此 我 们 在 教 学 中 以 英 文 课 件 为 主, 对 核 心 词 汇 主 要 专 业 词 汇 进 行 中 文 标 注, 重 要 概 念 原 理 等 知 识 点 附 注 中 英 文 对 照 解 释, 每 节 每 章 结 束 后 教 师 再 进 行 一 次 中 文 小 结, 以 利 于 学 生 理 解 和 吸 收 教 师 授 课 过 程 中 的 语 言 选 择, 则 根 据 学 生 的 接 受 水 平, - 4 -
中 文 英 文 适 度 使 用, 此 消 彼 长, 必 要 时 可 以 重 复 或 者 跳 跃, 使 学 生 既 能 丰 富 专 业 英 语 词 汇, 又 能 牢 固 掌 握 专 业 知 识, 并 通 过 双 语 教 学, 提 高 阅 读 专 业 书 报 听 说 专 业 资 讯 的 能 力 3. 实 验 操 作 改 革 165 170 175 180 185 190 195 之 前 此 课 程 教 学 的 实 验 环 节, 存 在 封 闭 性 片 面 性 和 不 连 续 性 等 弊 端 例 如 : 教 师 告 诉 学 生 要 表 达 的 是 一 种 外 源 蛋 白, 而 学 生 不 知 道 要 表 达 的 蛋 白 是 什 么, 为 什 么 要 表 达 该 蛋 白 质 这 使 得 他 们 无 法 充 分 理 解 基 因 工 程 技 术 的 重 要 意 义 另 外, 之 前 的 实 验 中, 扩 增 基 因 的 步 骤 由 老 师 代 为 完 成, 学 生 只 是 从 连 接 开 始, 实 验 并 非 从 头 开 始, 割 裂 了 基 因 工 程 流 程 的 延 续 性 因 此 有 必 要 对 实 验 内 容 进 行 适 当 优 化 实 验 操 作 改 革 的 项 目 主 要 有 : 3.1 引 入 绿 色 荧 光 蛋 白 这 一 在 生 物 医 学 领 域 有 突 破 意 义 的 蛋 白 质 绿 色 荧 光 蛋 白 (Green Fluorescence Protein, GFP) 是 一 种 最 早 在 大 西 洋 维 多 利 亚 多 管 发 光 水 母 (Aequorea victoria) 中 发 现 的 238 个 氨 基 酸 的 蛋 白 质 在 蓝 色 波 长 范 围 的 光 线 激 发 下, 会 发 出 绿 色 萤 光 GFP 蛋 白 因 分 子 量 较 小, 且 容 易 在 荧 光 显 微 镜 下 观 察, 通 常 在 科 学 研 究 中 要 将 研 究 蛋 白 与 GFP 相 连 接, 从 而 变 得 易 于 观 察 和 检 测, 因 此 它 是 一 种 重 要 的 示 踪 分 子 标 记 2008 年 美 国 Woods Hole 海 洋 生 物 学 实 验 室 的 Osamu Shimomura 哥 伦 比 亚 大 学 的 Marin Chalfie 和 加 州 大 学 圣 地 亚 哥 分 校 的 Roger Y.Tsien 因 发 现 并 发 展 了 GFP 而 获 得 诺 贝 尔 化 学 奖 [7] 目 前 在 蛋 白 质 功 能 研 究 细 胞 信 号 转 导 与 疾 病 发 生 研 究 药 物 筛 选 转 基 因 动 物 等 众 多 基 因 工 程 领 域 有 广 泛 应 用 [8-10] 3.2 从 PCR 扩 增 目 的 基 因 开 始, 增 强 实 验 的 连 续 性 在 之 前 开 展 的 实 验 中, 同 学 们 只 是 从 现 成 的 样 品 开 始 进 行 连 接 这 使 得 他 们 不 知 道 扩 增 的 是 什 么 基 因, 如 何 扩 增, 无 法 让 他 们 充 分 理 解 基 因 工 程 技 术 的 重 要 意 义 而 我 们 选 用 的 从 PCR 扩 增 GFP 基 因 开 始, 该 基 因 功 能 明 确 显 著, 在 荧 光 显 微 镜 下 可 看 到 绿 色 的 荧 光, 形 象 直 观, 可 以 激 发 同 学 们 的 兴 趣, 体 现 出 基 因 工 程 技 术 的 巨 大 作 用 ; 3.3 增 加 了 真 核 细 胞 表 达 体 系 的 内 容 之 前 基 因 工 程 原 理 与 技 术 试 验 中, 重 组 质 粒 只 是 在 原 核 生 物 大 肠 杆 菌 中 表 达 真 核 细 胞 表 达 蛋 白 质, 可 对 外 源 蛋 白 进 行 糖 基 化 等 翻 译 后 的 修 饰 过 程, 使 得 蛋 白 质 具 有 相 应 生 物 学 活 性 通 过 细 胞 转 染 构 建 好 的 重 组 质 粒, 在 真 核 细 胞 中 表 达 GFP 蛋 白 让 学 生 在 掌 握 真 核 原 核 两 种 表 达 体 系 相 关 技 术 的 同 时, 加 深 了 对 穿 梭 载 体 这 一 重 要 概 念 的 认 识 ; 3.4 增 加 了 RNA 抽 提 RT-PCR 和 Western blot 检 测 技 术 之 前 对 重 组 蛋 白 表 达 的 检 测 仅 采 用 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电 泳 后 的 考 马 斯 亮 蓝 染 色, 不 够 精 确 和 严 密 一 方 面 通 过 TRIZOL 裂 解 细 胞, 收 集 RNA, 经 过 反 转 录 以 后 进 行 PCR 检 测, 观 察 GFP mrna 水 平, 阐 明 质 粒 在 细 胞 内 转 录 出 了 大 量 的 目 的 基 因 另 一 方 面, 通 过 收 集 蛋 白 电 泳, 将 蛋 白 转 移 到 PVDF 膜 上, 加 入 抗 GFP 蛋 白 的 一 抗 和 相 应 二 抗, 显 色 以 后 在 X 光 片 上 可 观 察 到 GFP 蛋 白 的 条 带 该 方 法 特 异 性 高, 稳 定 性 好, 重 复 性 高 RT-PCR 和 Western blot 检 测 技 术 二 者 相 互 印 证, 在 不 同 层 次 阐 明 基 因 表 达 水 平, 在 生 物 及 医 学 领 域 被 广 泛 采 用, 成 为 了 研 究 的 重 要 手 段 通 过 实 验 操 作 的 改 革, 使 同 学 们 熟 悉 从 分 子 到 细 胞 到 功 能 的 研 究 方 法, 这 正 是 生 物 医 学 领 域 分 析 解 决 问 题 的 基 本 路 径 另 外, 将 分 子 克 隆 技 术 与 细 胞 培 养 转 染 蛋 白 表 达 和 功 能 检 测 有 机 结 合, 使 同 学 们 掌 握 了 崭 新 的 紧 跟 时 代 的 技 术 和 方 法, 为 以 后 不 管 是 深 造 还 是 就 业 都 大 有 裨 益 - 5 -
200 205 4. 结 论 实 践 证 明 我 们 对 基 因 工 程 原 理 与 技 术 这 门 课 程 的 改 革 和 创 新 是 及 时 和 必 要 的, 改 革 能 调 动 学 生 对 该 课 程 的 学 习 和 实 验 的 浓 厚 兴 趣, 引 导 学 生 更 牢 固 地 掌 握 专 业 知 识, 拓 宽 知 识 面, 增 强 动 手 能 力 实 践 能 力 和 创 新 能 力, 提 升 综 合 素 质, 从 而 达 到 提 高 教 学 质 量, 培 养 全 球 化 复 合 型 具 有 较 高 综 合 素 质 和 较 强 国 际 视 野 的 专 业 人 才 的 目 的 [ 参 考 文 献 ] (References) 210 215 220 [1] 吴 乃 虎. 基 因 工 程 原 理 [M]. 科 学 出 版 社, 1998. [2] 袁 榴 娣 高 级 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 实 验 教 程 [M]. 东 南 大 学 出 版 社, 2006. [3] 文 铁 桥. 基 因 工 程 原 理 精 品 课 程 改 革 与 建 设 生 命 的 化 学 [J] 2015, 35(2): 291-293 [4] 崔 晓 阳, 李 益, 廖 虎, 等. PBL 教 学 法 在 我 国 医 学 教 育 中 的 应 用 及 存 在 问 题 [J]. 医 学 教 育 探 索, 2010, 9(4): 439-442 [5] 张 海 方 PBL 结 合 多 媒 体 的 教 学 法 应 用 于 医 学 生 物 化 学 课 程 教 学 的 思 考 [J]. 考 试 周 刊, 2010,32:203-204 [6] 蔡 基 刚, 武 世 兴. 引 进 多 媒 体 网 络 技 术, 改 革 传 统 的 教 学 模 式 [J]. 外 语 界 2003, 98(6):2-7 [7] 崔 志 芳, 邹 玉 红, 季 爱 云, 等 绿 色 荧 光 蛋 白 研 究 的 三 个 里 程 碑 --2008 年 诺 贝 尔 化 学 奖 简 介 [J]. 自 然 杂 志, 2008, 30(6): 324-328 [8] 刘 建 忠, 李 宁, 熊 远 著 等 绿 荧 光 蛋 白 及 其 在 转 基 因 动 物 研 究 中 的 应 用 展 [J]. 生 物 工 程 进 展,1998, 18(6): 41-44 [9] 刘 程 彬, 宋 宏 锐, 杨 鹏. 绿 色 荧 光 蛋 白 在 药 物 发 现 研 究 中 的 应 用 进 展 [J]. 沈 阳 药 科 大 学 学 报, 2013, 30(4):313-317 [10] 魏 捷, 蒋 华. 绿 色 荧 光 蛋 白 特 性 及 其 在 角 膜 内 皮 疾 病 研 究 中 的 应 用 [J]. 眼 科 研 究, 2009, 127(7):624-627 - 6 -