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Abstract: The animal protects own one driving way to ambient temperature's adaptation, displays in the duplication and the expression pattern change of the cell and presents the new gene open and the new protein factor synthesis. The gene level, the protein level, the cell membrane level and so on three aspects has carried on the summary about the research survey of animal which adapts to the ambient temperature, and discussed the molecular biology mechanism as well as in evolution significance which animal adapts to the ambient temperature.
關鍵詞: 動物;溫度;基因;蛋白質(zhì);細胞膜
Key words: animal;temperature;gene;protein;cell membrane
中圖分類號:Q291文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2011)25-0324-02
0 引言
動物的一切生命活動(生長、發(fā)育和生殖等)都是在一定的環(huán)境溫度中進行的。一般說來,變溫動物生長發(fā)育所要求的溫度條件在 6-36℃范圍內(nèi);恒溫動物由于自身有調(diào)節(jié)體溫的能力,對環(huán)境溫度的適應范圍廣些[1]。當環(huán)境溫度在最低和最適溫度之間時,動物體內(nèi)的生理生化反應會隨著溫度的升高而加快,代謝活動加強,從而加快生長發(fā)育速度;當溫度高于最適溫度后,參與生理生化反應的酶系統(tǒng)受到影響,代謝活動受阻,勢必影響到動物正常的生長發(fā)育。環(huán)境溫度若超出動物所要求的范圍,動物的生命活動就會出現(xiàn)停滯;溫度過高或過低會導致動物體死亡[2]。近年來關于動物對外界環(huán)境溫度適應的分子生物學研究主要集中在基因水平、蛋白質(zhì)水平和細胞膜水平三個方面。
1 基因水平上的溫度
動物對環(huán)境溫度的適應,會使自身的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄和表達模式發(fā)成變化,以適合環(huán)境的變化,此時它會出現(xiàn)新的基因開放和新蛋白因子的合成,這總的來說是動物對自身的一種保護方式。
外界環(huán)境溫度的改變可以誘導動物體內(nèi)熱激蛋白家族基因的大量表達,從而調(diào)整動物有機體對外界環(huán)境溫度的適應。
盡管熱激蛋白家族基因序列保守,編碼序列變異較低,但是,由于目前動物種類逐漸增多,熱激蛋白基因序列和拷貝數(shù)等也在逐步顯示出不同的趨勢。
適應不同溫度的果蠅居群,其熱激蛋白70基因內(nèi)存在兩個顯著的差異[4],一個大的插入/缺失(indel)多態(tài)位點(56H8/122)和一個單核苷酸多態(tài)位點差異;對于來自澳大利亞東部不同緯度的11個居群,插入/缺失位點的頻率與緯度呈正相關,由于緯度與溫度最大(?。┲岛推骄党守撓嚓P,提示溫度和熱值變化可能對Hsp70基因的這一變異頻率產(chǎn)生了影響,Anderson[5]等也發(fā)現(xiàn)黑腹果蠅3號染色體右臂上hsr-omega基因的8bp缺失作為一個遺傳標記與緯度及最高溫(最熱月)呈正相關,另一個3端重復的標記則多出現(xiàn)于溫帶群體中,與冷適應性相關。適應于較低緯度的Drosophila lummei有7個Hsp70基因拷貝,其熱脅迫抗性高于具有5個拷貝的Drosophila lummei,后者在分布上處于較高的緯度,提示Hsp70基因結構與果蠅的適應緯度有相關性[6]。
果蠅體內(nèi)一個名為“DmDG”的基因活性一旦下降,果蠅就會“怕熱”,從而喜歡向溫度更低的地方轉(zhuǎn)移,其喜好的環(huán)境溫度要比正常情況下低5攝氏度[7]?!癉mDG”基因可能與果蠅的代謝功能相關。這個基因活性下降后,果蠅體內(nèi)能量代謝就會活躍,于是就會更喜歡低溫環(huán)境。動物體內(nèi)利用基因調(diào)節(jié)溫度適應性的機制普遍存在,這可以使動物適應很大的溫度變化。
克隆斑潛蠅(Liriomyza sativae)3種小分子Hsp(Hsp19.5、Hsp20.8和Hsp21.7)和2種Hsp60(TCP1α,TCP1ζ),定量PCR分析表明,3種小分子Hsp均能被低溫所誘導表達,而且Hsp20.8對低溫更敏感,這意味著不同的小分子Hsp可能響應不同強度的低溫脅迫。6種Hsp基因(Hsp19.5、Hsp20.8、Hsp21.7、TCP1α、TCP1ζ和Hsp90)的相對表達量在不同生長發(fā)育階段差異顯著??偟谋磉_趨勢是:小分子Hsp(Hsp19.5、Hsp20.8、Hsp21.7)在蛹期表達量最高,而大分子Hsp(TCP1α、TCP1ζ、Hsp90)的表達量則隨著生長發(fā)育而遞增[8]。這意味著除響應溫度脅迫外,熱激蛋白基因可能還在昆蟲的生長發(fā)育中起著一定的作用。
2 蛋白質(zhì)水平上的溫度適應
熱激蛋白(Hsps)是生物適應環(huán)境溫度變化的一個重要媒介分子。受到熱脅迫刺激后,動物有機體對熱的脅迫抗性提高與熱激蛋白表達量普遍成正相關[9]。
熱激蛋白存在于所有動物細胞中,是動物受到應激原刺激后誘導產(chǎn)生的一組應激蛋白,與機體的應激關系密切,在進化上高度保守。對滯育的吉普賽蛾(Lymantria dispar)幼蟲給以37-41℃的熱激可以誘發(fā)合成7種Hsps(分子量分別為90,75,73,60,42,29和22ku),-10--20℃的冷休克導致其產(chǎn)生2種Hsps(90和75ku),當在25℃下恢復時另外又合成分子量29ku的熱激蛋白[10]。斑馬魚在熱脅迫(28-37℃)和冷脅迫(20-28℃)下的熱激蛋白表達模式存在差異,在熱脅迫條件下,Hsp70呈上調(diào)表達,而冷脅迫下Hsp70則顯穩(wěn)定表達[11]。將新月魚的成纖維細胞系的培養(yǎng)溫度從28℃調(diào)節(jié)到37℃時誘導產(chǎn)生3種不同的熱休克蛋白[12]。
較緩和的高溫對B型煙粉虱Hsp70表達具有誘導作用,極端高溫會抑制Hsp70表達。在37-41℃范圍內(nèi),Hsp70的表達量隨著溫度的升高而升高,在41℃時達到最高峰;當溫度升高到43℃和45℃,B型煙粉虱Hsp70的表達量迅速降低。B型煙粉虱溫室種群體內(nèi)的Hsp70表達量與溫室內(nèi)的溫度有關:上午到中午隨著氣溫的升高,B型煙粉虱體內(nèi)Hsp70表達量隨之上升;傍晚氣溫降低時,Hsp70表達量也隨之下降[13]。Kimura(1998)比較過3個果蠅近緣種熱休克蛋白基因的表達情況,發(fā)現(xiàn)在冷激條件下,亞熱帶低海拔種(Drosophila watanabe)誘導熱休克蛋白表達的閾溫度要比溫帶種(D.traurara)和亞熱帶高海拔種(D.trapezifrons)高,而亞熱帶低海拔種的耐寒性卻最低,說明在果蠅中熱休克蛋白基因表達和耐寒性呈負相關[14]。Sorensen et al(2001)研究果蠅(D.huzzatii)不同自然種群間HSP70基因表達后,發(fā)現(xiàn)在冷激下寒溫帶種群誘導熱休克蛋白基因表達的閾溫度要明顯低于熱帶種群[15]。
3 細胞膜水平上的溫度適應
在正常生理溫度下,細胞膜的主動運輸、酶的活性、胞外分泌等機能才能正常進行[16]。細胞的膜脂在不同溫度下具有不同的?;満玩滈L度[16]。細胞膜化學成分改變可能是對溫度適應的最普遍模式[16]。低溫通過影響細胞膜的流動性而影響細胞正常的機能,對低溫的適應不可避免地會涉及到細胞膜化學成分的改變。膽固醇能夠促使細胞膜結構的有序化,從而增加細胞膜的流動性。魚類通過改變脂肪酸中不飽和成分含量和極性磷脂頭部組分,減少細胞膜中甾醇/磷脂比率來改變膜的流動性使魚類更加適應寒冷的外界環(huán)境[17]。通過對不同溫度適應下虹鱒魚(rainbow trout)的肝、腎、腮等組織細胞細胞膜中膽固醇(C)與磷脂(P)含量的研究發(fā)現(xiàn),5℃適應組細胞膜的C/P 值顯著低于20℃適應組[3]。把魚體暴露于低溫下會導致的極性磷脂中非飽和脂肪酸/飽和脂肪酸比例增高,有利于在低溫下維持細胞膜流動性,使魚體更能抵抗低溫損害[18]。低溫還誘導細胞脂肪酸氧化酶的生成,由于它可以提高細胞膜中不飽和脂肪酸的含量,從而提高了細胞膜在低溫條件下的流動性[19]。
在動物對溫度的適應過程中,動物細胞還通過膜上各種離子通道數(shù)量及分布的改變使細胞內(nèi)離子的成分和濃度發(fā)生相應的改變。研究表明,在北極生活的兩種魚類:Trematomus bernacchii和Trematomus newnesi在適應較高溫度過程中,腮和腎等滲透壓調(diào)節(jié)器官細胞膜上的Na/K+-ATP酶活性升高,將細胞內(nèi)鈉的、氯離子快速泵出體外,從而使得血清中滲透壓明顯降低,與海水間的滲透壓差增大。研究結果表明,在冷環(huán)境中,魚類靠升高體液離子濃度及滲透壓來縮小與外界海水之間的差異,從而減少能量損耗[3]。鴨子對冷適應表現(xiàn)為肌漿網(wǎng)或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上Ca2+-ATPase活性及Ca2+釋放通道數(shù)量上的改變時相與非寒顫產(chǎn)熱的發(fā)生相一致[20]。
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【關鍵詞】 纖維素酶;生物學研究;生物學應用進展
doi:10.3969/j.issn.1004—7484(x).2012.10.659 文章編號:1004—7484(2012)—10—4174—02
纖維素酶由多種水解酶組成,既能在大自然中合成,也是我國四大工業(yè)酶種工業(yè)合成的重要組成部分,它是一種可再生的、可持續(xù)發(fā)展的酶,它的主要作用就是催化纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖,纖維素酶普遍存在于大自然中,很多真菌能夠分泌,纖維素酶多年來也廣泛的應用于我國的食品工業(yè)、制酒工業(yè)以及紡織工業(yè)中,對我國發(fā)展具有極大的促進作用。近年來,隨著生物工程的發(fā)展,對于纖維素酶分離純化、克隆以及其結構的研究已經(jīng)成為人們研究的熱點以及要解決的難點問題。本文主要分析了纖維素酶組分、基因結構、克隆及表達、作用機理、纖維素酶生活中應用以及進展研究。
1 纖維素酶組分
竇全林1等對于不同真菌產(chǎn)生的纖維素酶性質(zhì)以及種類做了研究,狹義上一般分成纖維二糖水解酶、內(nèi)切葡聚糖酶以及β葡糖苷酶,內(nèi)切葡聚糖酶是最初破壞纖維素鏈并且起作用的酶,纖維二糖水解酶經(jīng)內(nèi)切葡聚糖酶激活之后的酶,β葡糖苷酶可以分解纖維二糖,使之成為葡萄糖。通過三種酶的共同作用,能夠成功時的纖維素分解,變成葡萄糖,三者稱為完全纖維素酶系。
2 纖維素酶基因結構
真菌編碼纖維素酶的基因主要在染色體上面,并且隨機分布,形成基因簇,各具備自己的轉(zhuǎn)錄以及調(diào)節(jié)相應的單位,轉(zhuǎn)錄單位叫做轉(zhuǎn)錄終止子,但是目前纖維素酶基因結構上的主要啟動因子還不是很明了,值得進行進一步研究。
3 纖維素酶克隆及表達
陳小堅等對纖維素酶克隆及表達進行了研究,纖維素酶克隆及表達主要包括獲得高產(chǎn)菌株以及基因、選擇宿主、構建表達載體、進行轉(zhuǎn)化等四大階段。首先是獲得高產(chǎn)菌株以及基因,對微生物進行篩選,選出高產(chǎn)菌株,實施誘變措施進行誘變,然后是獲得基因,如果已知基因序列的情況下,可以從基因組中調(diào)出,未知的情況下,可以從自然界中進行微生物分離以及培養(yǎng),選擇基因進行克隆。其次,真菌是比較好的表達宿主,可以達到分泌蛋白量,進行乙酰化以及糖基化,獲得纖維素酶的正確表達,獲得很高的蛋白產(chǎn)量。再者是構建表達載體,對篩選方式、轉(zhuǎn)化以及表達的方式以及載體進行構建,爭取能夠啟動強啟動子,實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)錄,提高啟動子效率,表達目標蛋白,提高目標蛋白產(chǎn)量。最后是進行轉(zhuǎn)化,主要的轉(zhuǎn)化方式有氯化鋰、原生質(zhì)以及農(nóng)桿菌等轉(zhuǎn)化方式,有效提高轉(zhuǎn)化率。
4 纖維素酶作用機理
陳燕勤2等對纖維素酶作用機理進行了探討,在1954年,GiIIigan等學者提出了纖維素酶能夠有效的促進纖維素酶的分解的觀點,并且復合分解的效果大于單獨分解的效果。此后年間,更過的學者對于這種作用進行了證明,證明方法包括電子顯微鏡以及多種菌種的纖維素酶的應用。隨后,F(xiàn)aterstam等發(fā)現(xiàn),纖維二糖水解酶的分解作用是一般的單組酶的兩倍之多,并且分解的時候,與內(nèi)切葡聚糖酶具有協(xié)同的作用,隨后更多的學者證明了這種理論,目前,專家以及學者們對于這種協(xié)同作用理論也大多呈認可或者不反對狀態(tài),具體還要做進一步研究。
5 纖維素酶生活中應用
李燕紅3等已經(jīng)對目前纖維素酶生活中應用做了一個比較系統(tǒng)的研究,從1995到2005年,2005年工業(yè)上酶使用已經(jīng)為1995年的三倍,主要來源為美國以及日本,這兩個國家是纖維素酶應用的兩大巨頭,目前纖維素酶以及被廣泛的應用于我國的制酒、紡織、飼料以及食品業(yè)中,并且對于我國工業(yè)起到了極大的推動作用,首先在食品工業(yè)中,一方面,主要是進行橄欖油以及果蔬汁的榨取,去除掉果汁以及蔬菜汁的沉淀物,促進谷物水分吸收,去除豆子中的豆衣,實現(xiàn)谷物蛋白以及淀粉的成功分離等。另一方面,纖維素酶可以用于提取纖維寡糖等可溶性糖,脫離細胞壁,取出有用的蛋白等。
其次在制酒工業(yè)中,主要有力于葡萄酒以及啤酒的制造,利用纖維素酶,能夠促進水解制酒過程中葡萄汁以及大麥汁,有效的分解沉淀物,提高過濾的效率,增加酒香,提高釀酒的效率,促進釀酒業(yè)的發(fā)展。
再者是在紡織行業(yè)中,紡織行業(yè)纖維素酶的應用仍然屬于比較新興的應用,主要用于拋光以及打磨兩個階段,日常應用范圍也比較廣,主要是能夠有效的取出衣物表面存在的碎纖維,方便家庭日常的洗滌工作,通過拋光以及打磨兩個階段,提高衣物光澤。
最后是飼料行業(yè)。這個行業(yè)我我國農(nóng)業(yè)的基礎,是保證滿足16億人口大國溫飽的關鍵環(huán)節(jié),而纖維素酶又是其中的重點問題,纖維素酶加入到飼料當中,能夠起到很好的補充作用,增強動物體能,防止動物反芻事件發(fā)生。除此以外,還能通過應用在纖維素物質(zhì)如去掉谷物殼等中,有效提高動物消化的效率,并且分泌相應的物質(zhì),促進動物體內(nèi)的粗糙糧食得到消化以及吸收。
當前,無論是能源問題還是食品問題都是建設中要解決的重點以及難點問題,纖維素酶作為一種生物工程主要建設工業(yè)酶,其成功的提取以及應用,對于保證我國解決能源以及食品問題,促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有著空前意義,纖維素酶憑借其價格以及成本低廉、應用廣泛、使用方便等特點,已經(jīng)成為人們關注的熱點話題之一,只有加強對纖維素酶組分、基因結構、克隆及表達、作用機理、纖維素酶生活中應用以及進展進行研究,才能使得各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題得到很好的改善,促進各個環(huán)節(jié)的完善,使得纖維素酶克隆及表達順利,實現(xiàn)成功的合成,并且利用纖維素酶,為我國的農(nóng)業(yè)、紡織業(yè)、制酒業(yè)以及飼料行業(yè)做出貢獻,隨著發(fā)展的深入,擴展纖維素酶使用的范圍,促進纖維素酶的發(fā)展,使其使用范圍深入到我們生活的各個方面,為我們生活做出貢獻。
參考文獻
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CD44是分布極為廣泛的細胞表面跨膜糖蛋白,在淋巴細胞,成纖維細胞表面均能檢測到它的表達[1,2]。CD44蛋白屬于未分類的粘附分子,其正常功能是作為受體識別透明質(zhì)酸(HA)和膠原蛋白Ⅰ、Ⅳ等,主要參與細胞-細胞,細胞-基質(zhì)之間的特異性粘連過程。
1.1 CD44基因的定位與結構
人類CD44基因位于11號染色體短臂上,有20個高度保守的外顯子,完整基因組在染色體DNA上大約跨越50kb。CD44基因的外顯子按表達方式分為兩種類型:一種是組成型外顯子,另一種是V區(qū)變異型外顯子。組成型外顯子有10個,其中轉(zhuǎn)錄片段存在于所有CD44轉(zhuǎn)錄子中。僅含組成型外顯子的CD44轉(zhuǎn)錄子,稱為標準型CD44(CD44S),它編碼361個氨基酸(Aa)。V區(qū)外顯子也有10個,在基因組上位于第5和第6個組成型外顯子之間,在染色體DNA中專25kb。含有V區(qū)外顯子的CD44轉(zhuǎn)錄子統(tǒng)稱為CD44拼接變異體(CD44V)。V區(qū)外顯子的拼接方式非常特殊,它們既能以連續(xù)方式拼接,也能以跳躍方式拼接,參與拼接的V區(qū)外顯子多少不一,從而使轉(zhuǎn)錄片段長短不一。目前通過PCR技術在許多細胞系中已發(fā)現(xiàn)10多種CD44V。早期發(fā)現(xiàn)血細胞的CD44分子(CD44H)為標準型。最先獲得克隆的拼接變異體是含有CD44V8-10的CD44V,它主要存在于上皮細胞又稱為上皮細胞型CD44V(CD44E)。目前對CD44的研究較多,如V3、V5、V6。
1.2 CD44分子的結構特征
從已知的cDNA序列推測,CD44S由341個Aa組成,N-末端起臺于21位Aa,前面20個Aa為信號肽,緊接著是胞質(zhì)外區(qū)域的248個Aa,第249個Aa至269位的21個是疏水性的,為跨膜區(qū),其后是胞質(zhì)內(nèi)C-末端尾部有72個Aa。另外還有一種CD44S的短尾形式,其胞質(zhì)內(nèi)C-末端尾部僅3個Aa。這種Aa序列具有Ⅰ類膜蛋白的特征。Lokeshwar等[3]用實驗觀察CD44S分子的合成過程,發(fā)現(xiàn)CD44分子首先被合成43KD的蛋白前體,接著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進行N-糖基化,形成58KD的N-糖基化前體,其后在高爾基復合體內(nèi)進行O-糖基化和其它翻譯后修飾,形成最終的85-95KD分子。
1.2.1 CD44S胞質(zhì)外結構域特征:CD44S分子信號肽的N-末端的130Aa內(nèi)編碼了5個Asn-x-Ser/Thr序列和6個半胱氨酸殘基,前者是5個N-糖苷鍵連接位點,其中3個被利用。6個半胱酸形成3個二硫鍵,形成球形結構域,這一球形結構域的重要特征是與動物連接蛋白有較高的同源性。有兩個區(qū)域與透明質(zhì)酸結合,分別是21-45Aa,135-195Aa。
CD44S的胞外近膜區(qū)存在一個56Aa的結構域(161Arg-216Asp),含有19個ser和Thr殘基,常以2~4個成簇,這些是已知的O-糖基化位點特征,表明CD44有7個潛在的O-糖基化位點,其中4~5個位點被利用。此外這一區(qū)域含有4個Ser-Gly二肽,是潛在的硫酸軟骨素連接位點。并且已得到證實,CD44分子加上硫酸軟骨素后,與其結合細胞外基質(zhì)的能力有關,包括Ⅰ型膠原、層粘邊蛋白、纖粘連蛋白。
CD44分子細胞膜外區(qū)域有多個潛在的N-糖苷鍵連接位點,可連換多個碳水化合物,不僅與分子成熟過程中的翻譯后修飾有關,也與細胞的功能狀態(tài)有關。糖基化賦予CD44分子異質(zhì)性,而其異質(zhì)性與不同的O-糖基化程度有關,這種現(xiàn)象是CD44分子所特有的。這種新的糖基化調(diào)節(jié)方式在CD44S結合不同的細胞外基質(zhì)成分的能力方面超著重要作用。深入研究這一分子的糖基化調(diào)節(jié)機制及生物功能方面的聯(lián)系是十分有意義的。
1.2.2 CD44S胞質(zhì)內(nèi)結構特征:CD44S分子第249-269跨膜區(qū)的Aa序列中存在一個半胱氨酸殘基,代表著一個潛在的脂酰化位點,這一位點可與軟脂酸連接導致CD44分子脂酰化。在CD44S的胞質(zhì)內(nèi)區(qū)域尾部存在一結構域可與錨蛋白(ankyntn)結合。胞質(zhì)內(nèi)尾部序列有5個保守的絲氨酸殘基,可作為蛋白激酶C(PKC)的底物被磷化[4]。上述脂?;^程均可增強CD44S分子與錨蛋白的結合能力。比較CD44S和其他G蛋白的序列發(fā)現(xiàn)存在4個 同源性高的區(qū)域,實驗證實CD44還是一種GTP結合蛋白,可結合GDP底物并且有GTP酶活性,顯著增強CD44與錨蛋白的相互作用[5]。在CD44合成過程的各種中間產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)均有錨蛋白結合位點和結合活性,提示糖基化對錨蛋白結合位點的形成無關,并且結合錨蛋白對于CD44分子的輸送和信號傳導功能起重要作用。
1.2.3 CD44V的特征:目前發(fā)現(xiàn)10個V外顯子編碼的氨基酸中有約30%的絲、蘇氯酸殘基,具有廣泛潛在O-糖基化位點,如:V6具有潛在的O-糖基化位點。V3外顯子序列分析中發(fā)現(xiàn)Ser-Gly-Ser-Gly片段,它可結合硫酸肝素,結合硫酸肝素后的CD44V能與堿性成纖維細胞生長因子(b-FGF)結合肝素的表皮生長(HBEGF)因子結合,此結果提示這種CD44參與了傳遞細胞因子的過程。
1.3 CD44蛋白的主要功能
CD44基因編碼合成的CD44蛋白具有一系列功能,包括:①作為導向性受體,調(diào)節(jié)淋巴細胞在血液和淋巴液間的運行,即淋巴細胞歸巢或再循環(huán)[6]。②在淋巴細胞自溶、離體淋巴細胞的活化中發(fā)揮作用。③促進成纖維細胞和淋巴細胞與胞外基質(zhì)成分如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、纖維素、糖原等的粘附。④參與信號傳遞蛋白可影響蛋白在細胞間的位置,刺激其分泌特異的生長因子具不同的傳導作用。⑤結合并中和透明質(zhì)酸,該作用類似于清除間質(zhì)組織。⑥調(diào)節(jié)藥物的吸收及細胞對藥物的敏感性。
究竟是何種CD44蛋白參與了何種調(diào)節(jié),至今不清楚,選擇性剪切過程中的多樣性CD44蛋白與細胞結合的多樣性也表明其中有重要的協(xié)間或調(diào)節(jié)功能[7]。有研究認為,跨膜的CD44糖蛋白,其膜外成分的變異與細胞粘附及導向作用有關[8]。,而胞內(nèi)分子的尾部則與活化T淋巴細胞的潛在作用有關,而且胞內(nèi)分子長度可調(diào)節(jié)蛋白激酶A/C位置,影響細胞的信號傳遞[9]。
2 CD44分子在腫瘤細胞中的表達
1989年Stamenkevie等使用不同的單抗分離和克隆了一個編碼CD44標準型的cDNA,該基因不僅由淋巴樣細胞表達,也可由不同的癌細胞系包括實體瘤典型標本中表達。在裸鼠研究某些人的轉(zhuǎn)移癌時發(fā)現(xiàn),CD44基因表達在轉(zhuǎn)移中起作用。在大鼠胰腺癌細胞中非轉(zhuǎn)移性細胞株只表達標準CD44(CD44S),而轉(zhuǎn)移性細胞株表達CD44V,而且將CD44V變異體cDNA轉(zhuǎn)染到非轉(zhuǎn)移性的細胞株可引起轉(zhuǎn)移[10]。Hofmann[11]用 notherm印跡法研究了20多個體外培養(yǎng)的人癌細胞系,也發(fā)現(xiàn)許多腫瘤組織能表達CD44V,但在不同細胞中V區(qū)外顯子的轉(zhuǎn)錄拼接模式不盡相同。第一份臨床腫瘤標本(結腸癌)的檢測結果是1992年由英國年津大學病理實驗室的研究人員首先報道的,以后人們應用免疫組化及RNA-cDNA-PCR印跡雜交在肺癌、結腸癌、食道癌、乳腺癌、膀胱癌、肝癌、宮頸癌、腎癌和非何杰金淋巴瘤等中發(fā)現(xiàn)有CD44V表達。認為CD44V5、CD44V6的表達與腫瘤進展程度、轉(zhuǎn)移及預后密切相關[12]。對于各種癌的實驗研究已經(jīng)進入腫瘤的發(fā)生、生長、轉(zhuǎn)移增殖潛能及預后復發(fā)各環(huán)節(jié)與CD44分子表達的相關性,并提出實驗數(shù)據(jù)和假說加以論證。
2.1 CD44分子與腫瘤的發(fā)生、生長、發(fā)展
癌的發(fā)生發(fā)展與癌基因(c-erb2、c-myc, ras)和抑癌基因(P53,nm23)等異常表達有關。有研究表明CD44異常表達可早于ras、P53等基因的異常,所以CD44的變異可能與ras部基因激活有關,是癌形成的一個因素[13]。Muider[14]對結腸癌腫瘤P53突變和CD44蛋白的研究,在結腸腫瘤各期中觀察到有統(tǒng)計顯著性的P53、CD44V6表達增強的趨勢,P53和CD44V6表達間有顯著相關性。P53被認為監(jiān)視基因突變的“分子警察”,失活的P53可引起失控的腫瘤生長,因此P53突變引起失去最后控制時,V6‘表型獲得明顯的生長優(yōu)勢’。郭亞軍等[15]用抗CD44的單抗以阻斷其與透明質(zhì)酸的結合,從而抑制CD44陽性的腫瘤細胞在體內(nèi)的生長。他推測腫瘤細胞的生長可能是CD44陽性的細胞能與細胞外基質(zhì)(ECM)中的透明質(zhì)酸結合,從而獲得附著性,并更易從ECM中獲得生長因子。FasanoM等[16]報道成人非腫瘤患者肺泡Ⅰ型上皮不表達CD44V6。Ⅱ型上皮細胞和基 底細胞有CD44V6低量表達,Ⅱ型細胞與基底細胞屬于干細胞,估計CD44V6對于肺生長有重要意義。所以認為CD44V6對于幼稚細胞生長和對于腫瘤細胞生長的機理可能相似。Lu等[17]發(fā)現(xiàn)在宮頸腺癌,無論是原位癌還是浸潤癌均有CD44S彌漫表達,且浸潤癌比原位癌明顯高表達CD44S,幾乎所有的原位癌與浸潤癌CD44V9均增加,僅有較少的浸潤癌表達CD44V4與CD44V6,而原位癌幾乎不表達。說明宮頸上皮的癌變與CD44S和幾種CD44V表達的量變和質(zhì)變有關。
2.2 分子表達與腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵潤
Matsumura等[18]用PCR技術檢測了轉(zhuǎn)移性結腸癌、非轉(zhuǎn)移性結腸癌、正常結腸粘膜的CD44基因表達活性,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移性結腸癌細胞CD44變異拼接外顯子表達明顯增強。Pales等[19]用單克隆抗體檢測以CD44表達情況發(fā)現(xiàn),在人類結腸癌標本中,CD44V在浸潤和轉(zhuǎn)移的腫瘤中呈陽性表達,并認為CD44V的表達可作為結腸腫瘤浸潤的標志。Herrtich[20]研究發(fā)現(xiàn)在一些分化不良的息肉中檢測以V6外顯子在腫瘤浸潤中有增強的高頻率表達,推測表達CD44V6的腫瘤細胞能夠有利于癌細胞浸潤和轉(zhuǎn)移的條件。
Granberg等[21]發(fā)現(xiàn)在支氣管類癌瘤患者,表達CD44S可減低遠距離轉(zhuǎn)移,CD44V77-8陽性腫瘤降低遠距離轉(zhuǎn)移風險,CD44V9陽性可降低遠距離轉(zhuǎn)移及死亡,而CD44V4、CD44V5、CD44V10與臨床結果無關,證明支氣管類癌瘤具有潛在惡性,CD44S、V7-8、V9陽性可能引起較好的臨床結果,可以考慮作為預后評估的指標。
關于CD44V與腫瘤轉(zhuǎn)移相關性的假說如下:激活的淋巴細胞和轉(zhuǎn)移的癌細胞具有許多共性,即都有很強的侵出行為,均有可逆的粘附接觸過程進行細胞遷移,在引流淋巴結中兩類細胞皆能大量積聚和快速增殖,最后它們都能釋放到循環(huán)系統(tǒng),并通過外滲作用進入周圍組織,這些相似性很可能基于CD44V6在二者中的共同作用,提示CD44V6在淋巴細胞活化中的作用機理與CD44V6在腫瘤轉(zhuǎn)移中作用機理是相同的。即CD44V6高表達的癌細胞可能獲得淋巴細胞“偽裝”,逃避人體免疫系統(tǒng)的識別和殺傷,更易進入淋巴結,形成轉(zhuǎn)移[10]。
有結論認為CD44V6變異體可能通過促進癌細胞與血管內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)的粘附,促進腫瘤細胞向基質(zhì)侵襲,從而影響腫瘤細胞的遷移和運動能力。也有結論認為CD44V6可能通過影響癌細胞的骨架構像和分布,從而影響癌細胞的運動能力,而影響癌轉(zhuǎn)移。
3 CD44分子對治療腫瘤的展望
因為CD44V6對于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展都有一定的相關性,推測CD44V6與腫瘤的分型、分化、分期有一定關系,如果這種關系得以明確,我們就可以通過癌組織CD44V6的表達程度來判斷癌的類型,所處時期來進行適當治療。
有研究認為CD44V6的表達要先于抑癌基因的表達,如果能夠檢測出CD44異常表達,則對于癌的早期診斷有密切關系。已有研究表明,CD44V6可用于診斷。如1997年吳忠等報道,應用RT-PCR技術檢測CD44V6在30例尿液標本脫落細胞檢測到CD44V6的表達,而在膀胱炎患者和正常志愿者未檢測到CD44V6的表達。
腫瘤的轉(zhuǎn)移是癌癥患者的主要死亡原因,Seiter等[10]用抗CD44變異型蛋白的抗體與CD44變異型產(chǎn)物相結合,顯示鼠癌細胞的轉(zhuǎn)移潛能被終止,這也為大腸癌的治療提供了又一個可能途徑。
手術切除的腫瘤標本中如有CD44V6蛋白陽性,常會伴術后腫瘤再發(fā)或遠處轉(zhuǎn)移。CD44V6可作為一種有效的癌預后的標志物,用以指導治療方案的制定。
CD44基因及其選擇性剪切在癌的預測、早期診斷、病情進展、轉(zhuǎn)移潛能與預后的估計等方面具有很大的潛在價值。隨著分子生物學不斷的發(fā)展,癌基因研究的不斷深入,相信該基因?qū)Π┑念A測、診斷、治療、預后的價值會得到更加全面的認識。
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一、善待錯誤資源,樹立學習信心
作為老師,當學生出現(xiàn)錯誤時,應該換位思考,多站在學生的角度去想想他們此時的心理狀況和情緒??梢猿38嬖V學生:失敗乃成功之母,不要害怕錯誤,學習就是在不斷出現(xiàn)錯誤、不斷糾正錯誤中前進的。課堂上,在學生出錯時,老師要做的不是責備或任由同學取笑,而是理解和鼓勵,為學生營造一個有安全感的學習氛圍,使他們敢于行動,繼續(xù)不斷地探索和思考。特別是老師應給這樣的學生再一次表現(xiàn)的機會,并當取得一點點進步時,及時給予肯定和鼓勵。
一些優(yōu)秀的老師就在教學中用開“綠燈”的方式對待學生的錯誤,在課堂上提倡幾個允許:錯了允許重答;答得不完整允許再想;不同的意見允許爭論。他們在民主氣氛中學習,思維活躍,敢說、敢做、敢問,勇于創(chuàng)新,而且?guī)熒年P系也非常融洽。這盞“綠燈”使他們的自尊心得到了切實的保護,信心也得到了充分的激發(fā)。
二、妙用錯誤實例,培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)意識
學生獲得知識本來就應該是在不斷的探索中進行的。在這過程中,學生的思維方法各不相同的,出現(xiàn)偏差和錯誤是正常的。
曾聽過一位老師教學《林?!芬徽n,有位學生把“大不一樣”讀成了“不大一樣”。表面上看這只是兩個字的字序顛倒,其實意思的出入?yún)s很大,所以老師沒有簡單地糾正一下了事,而是以此為契機及時調(diào)控,趁勢進行追問:“他哪兒讀錯了?”“這兩個詞有什么不同?”學生很快回答:“‘大不一樣’說明差別很大;而‘不大一樣’說明差別不大?!崩蠋熯M一步引導:“仔細讀一讀課文,體會一下秦嶺與大興安嶺的差別究竟大不大?”學生再讀課文后,有學生明白了:“差別其實很大,秦嶺是‘云橫秦嶺’,而大興安嶺是‘那么溫柔’?!崩蠋煾鶕?jù)學生的回答,隨即板書作圖小結:“一個險峻,一個溫柔,看來二者確實是――大不一樣?!?/p>
由此可見,錯誤是有價值的一種資源。課堂上“意外”情況發(fā)生時,老師妙用錯誤的實例,及時調(diào)整教學環(huán)節(jié),往往就能產(chǎn)生耳目一新的課堂效果。
三、智用將錯就錯,發(fā)展思辨能力
課堂教學中,當學生出現(xiàn)與預期答案不符的回答時,如果老師能利用學生的錯誤資源“將錯就錯”,就能使學生體驗知識的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別,還能激發(fā)他們進入思辨的新境界。
有位老師上《黃山奇石》一課時,讓學生匯報課文中有哪幾塊黃山奇石。當匯報到“金雞叫天都”時,由于一時慌張,竟說成了“公雞叫天都”。老師不慌不忙地寫出“公雞叫天都”,“不對,不對!應該是‘金雞叫天都’”口快的同學大叫起來。老師隨即用黃粉筆寫上“金”?!巴瑯拥钠媸?,我們用了兩個不同的名字來命名,哪個名字更適合這奇石呢?”同學們不約而同地回答“金雞叫天都?!薄盀槭裁从谩痣u’而不用‘公雞’,你們從哪里看出來的呢?”于是,同學們又開始仔細閱讀,并從“金光閃閃”、“雄雞”、“每當太陽升起”等處找到了理由。
由此可見,通過巧妙的點化,這些“錯誤”成為了教學的最佳切入點,學生在爭中分析、爭中內(nèi)化知識,他們的思辯能力得到了發(fā)展,從而為課堂的動態(tài)生成創(chuàng)造出意想不到的“美麗”。
四、利用列錯糾錯,提高反思能力
建構主義學習觀認為,學生的錯誤必須是一個“自我否定”的過程,而“自我否定”又以自我反省作為必要的前提。利用學生的錯誤這一資源,就能引發(fā)這種“觀念沖突”,促使他們有批判性的再思考。
一位老師教學《小露珠》時,發(fā)現(xiàn)許多學生把“草稈”寫成“草桿”。顯然,是由于學生對“稈”“桿”兩字的讀音和意義模糊不清,造成混淆了。利用這個錯誤資源,老師引導比較“稈”“竿”“桿”三個字。學生觀察、比較、分析,還動手查字典,終于弄清三個字的區(qū)別,明白“竿”是用竹子做的,所以是竹字頭;“稈”是指高粱、玉米等草本類植物的莖,所以是禾字旁;而“桿”是指用木頭或水泥等制成的,所以是木字旁。
在這里,“錯誤”已成為點燃學生智慧火花的火種。通過找錯、議錯、改錯的反思過程,既加深了學生對知識的理解和掌握,又提高了他們的分析反思能力,可謂一舉兩得。
關鍵詞:分子生物學;課程設計;教學評價;探索
分子生物學是在分子水平上研究生命現(xiàn)象與生命本質(zhì)的科學。作為生命科學的共同語言,主要闡明生物大分子的結構、代謝途徑、調(diào)控機制以及人體各種生理和病理狀態(tài)的分子機制,是推動新的診斷、治療和預防方法。對于中西醫(yī)結合醫(yī)學生而言,學習醫(yī)學分子生物學,不僅是為未來的專業(yè)課的學習打下基礎,也為將來的工作和繼續(xù)深造學習提供知識儲備。學生在學習時靠死記硬背,缺乏對知識的思考,不能將分子生物學的知識和臨床學科的內(nèi)容進行橫向聯(lián)系,導致基礎理論知識和臨床實際應用嚴重脫節(jié)。這無疑更不利于優(yōu)秀的中西醫(yī)結合人才的培養(yǎng)。因此,針對目前社會對高素質(zhì)中西醫(yī)結合人才的要求,必然需要我們針對中西醫(yī)結合專業(yè)的特點,優(yōu)化分子生物學的教學內(nèi)容,探索有效的教學方法,以激發(fā)學生的學習興趣,強化學生對知識的記憶,培養(yǎng)學生將理論知識應用到其他課程學習及今后臨床工作中的能力,真正發(fā)揮分子生物學在醫(yī)學研究領域的重要作用。
一分子生物學課程教學的總體設計
分子生物學作為醫(yī)學臨床和科學研究的基本工具,發(fā)展速度快、應用廣泛。根據(jù)中西醫(yī)結合人才培養(yǎng)的目標與要求,以“理論適度,突出應用”為原則,優(yōu)化教學內(nèi)容,對教材內(nèi)容進行更新、精簡和重組。同時對教學學時加以調(diào)整,做到重點主要講,拓展自學為主,并且改變教學模式,采用多種教學方法。
(一)教學內(nèi)容整合和優(yōu)化
分子生物學內(nèi)容改革主要是以基礎知識為主體,積極反映本學科發(fā)展的新動向、新進展,力求做到“少而精”,由淺入深,循序漸進,既注意層次分明,又注意知識的連貫性及實用性。擬對教學內(nèi)容包括以下幾點更新和優(yōu)化。目前我校采用的《分子生物學》教材是第八版《生物化學與分子生物學》,之前采用過新世界中醫(yī)藥院校創(chuàng)新教材《分子生物學》第一版。中西醫(yī)結合專業(yè)分子生物學大綱要求授課內(nèi)容包括緒論、基因與基因組、DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白質(zhì)的生物合成、基因表達與調(diào)控、基因工程與癌基因。在培養(yǎng)設計中,《分子生物學》一般在《生物化學》之后學習。為了增強知識的連貫性和整體性將原來基因與基因組這章的內(nèi)容與基因表達調(diào)控內(nèi)容進行整合,重點介紹基因的結構,病毒、原核和真核生物基因組的特點。原癌基因和癌基因這章的內(nèi)容,適度減少,原因是為了適應當前知識的更新,在此處只做基本概念的介紹,同時,提醒學生要緊跟科學發(fā)展,追蹤相關知識的更新。其他章節(jié)適度增加科學研究的新進展,而教學內(nèi)容基本不變。除此之外,需要對一些章節(jié)的知識進行更新。例如基因表達牽涉到遺傳學和表觀遺傳學的內(nèi)容,尤其是表觀遺傳學是近幾年生命科學研究的熱點,其對基因表達的調(diào)控涉及生殖發(fā)育、環(huán)境適應和疾病的產(chǎn)生。而目前《分子生物學》的“基因表達調(diào)控”一章只介紹了“原核生物的表達調(diào)控”和“真核生物表達的調(diào)控”兩節(jié)內(nèi)容,沒有表觀遺傳學的內(nèi)容,應予以適當添加,考慮到學時的限制,我們擬在表觀遺傳學的基本概念、調(diào)控方式和研究策略上做簡單的概括性的介紹。另外,在目前的分子生物學研究中,常常牽涉到基因組學的研究,其內(nèi)容涉及海量的生物學信息的推導和計算。例如引物設計、測序比對、同源分析、表觀遺傳位點分析和組學研究分析等等。這就牽涉到一個重要的工具學科—生物信息學的學習。但是目前許多中醫(yī)類院校忽視對此內(nèi)容的學習??紤]到此學科的難度,我們擬簡單介紹生物信息學的基本內(nèi)容和常用的生物軟件的用途及使用方法,為他們在以后的工作和研究中打下基礎。再而,細胞通訊和信號轉(zhuǎn)導是目前中醫(yī)藥科學研究重點強調(diào)的內(nèi)容,但目前本章的學習內(nèi)容主要在強調(diào)基礎知識,忽視了與科研和臨床實際問題相結合。因此在本章中,我們擬整合和提煉基礎知識,重點講授與常見生理病理(例如糖尿病、細胞凋亡等)密切相關的信號轉(zhuǎn)導通路。
(二)課時的合理分配
分子生物學是從分子水平探索生命現(xiàn)象、生命活動的規(guī)律和本質(zhì)的一門學科。因此,學習的內(nèi)容牽涉到蛋白質(zhì)、核酸等分子。本科階段的教學目標是通過本課程的學習,使學生掌握分子生物學的基本理論、基本技能和最新進展,并特別注重與基礎醫(yī)學和臨床醫(yī)學的結合,從而為學生進一步學習其他專業(yè)課程和開展醫(yī)學研究工作奠定醫(yī)學分子生物學基礎。因而,在課時分配上注重對基本理論和基本技能的側(cè)重。安徽中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結合專業(yè)分子生物學的總學時是36學時,其中理論27學時,實驗時。理論學時中,緒論1學時,基因與基因組2學時,DNA的生物合成•4學時,RNA的生物合成4學時,蛋白質(zhì)的生物合成4學時,基因表達與調(diào)控4學時,基因工程6學時和癌基因2學時將原來的DNA生物合成的4學時變?yōu)?學時,原癌基因與抑癌基因由2學時變?yōu)?學時。原來的基因表達調(diào)控由4學時變?yōu)?學時(將基因與基因組的內(nèi)容整合到基因表達調(diào)控章節(jié)之前)。實驗學時的分配沒有變化,PCR技術應用3學時,核酸的制備和測定6學時。
二教學方法的革新
在教學過程中我們要根據(jù)教學內(nèi)容采用一定的教學方法,這主要是由于不同的教學方法都有其適用性,而教學方法本身不存在絕對的優(yōu)劣。《分子生物學》各章內(nèi)容都有其關鍵知識點,而每一知識點都有其特點,任何單一的教學方法對每一關鍵知識點而言并不總是最適合的。學生有了實際的參考的物質(zhì)加以想象后就很容易理解這些抽象的知識要點,再進行理解記憶就變得相對簡單了。且有了這樣的類比經(jīng)驗可以啟發(fā)學生產(chǎn)生更多的想象,讓這個分子生物學的某些知識變得簡單易懂。歸納和總結一直是醫(yī)學基礎課學習的重要方法。分子生物學的許多概念、分子結構特點和反應過程比較相近,學生易于混淆。例如,重疊基因與重復序列、啟動子與增強子等。諸如這類概念或化學過程相近的知識點,關鍵是使學生掌握兩者的相同和不同點,因此對比歸納式教學方法就有其優(yōu)越性。教師通過對有聯(lián)系的知識點的對照歸納分析,有助于突出重點、易化難點,有助于將知識條理化、系統(tǒng)化,使學生把握住知識點內(nèi)在的聯(lián)系和區(qū)別,達到認識其本質(zhì)的目的?;谏鲜鲈颍瑢?yōu)化后的各章關鍵知識點,采用不同教學方法如類比聯(lián)想、歸納比較、引導啟發(fā)和理論聯(lián)系實際等方法進行講授,比較各教學方法在此知識點的適用性和優(yōu)劣性,最終優(yōu)化出一套適合中西醫(yī)結合臨床專業(yè)多元教學方法體系。
三緊密聯(lián)系臨床實際應用
分子生物學學習的目的是為臨床服務的,因此在教學上需要多聯(lián)系實際的醫(yī)學問題,即理論聯(lián)系實際的教學方法。例如,在講授DNA是遺傳信息載體的時候,可以將DNA指紋聯(lián)系到實際醫(yī)學的基因診斷和基因治療;在基因表達調(diào)控中,將遺傳學(單基因與多基因遺傳?。┖捅碛^遺傳學調(diào)控,如DNA甲基化(組蛋白修飾)的表觀遺傳調(diào)控與心血管等疾病聯(lián)系在一起;在癌基因與抑癌基因內(nèi)容時,可以將臨床實際遇到的癌癥的遺傳特點和檢測方式中加以引入。通過這種和實際的醫(yī)學診斷和治療相結合的方法使學生認識到學習內(nèi)容可以直接解決實際的健康問題,將極大地調(diào)動學習熱情和興趣,提高學習效果。四建立科學合理的評價體系為了提高學生的質(zhì)量,使其更能適應社會需求,安徽中醫(yī)藥大學積極進行教學改革,要求轉(zhuǎn)變教育思想,改變以前課堂教學的形式和對學生的評價體系。為此,在中西醫(yī)結合專業(yè)分子生物學的評價體系中,初步建立形成性評價。評價體系主要包括考勤(10%)、課堂問題(20%)、每章科學問題討論(20%)和試卷成績(50%)課堂提問主要是每次課教師準備三個問題,讓學生回答,根據(jù)回答情況,進行評分。每章科學問題討論采用PBL形式,分組完成,最后給于評價。這種方式實施極大的調(diào)動學生的積極性,根本上改變之前僅依靠期末試卷帶來的學生惰性式學習習慣,培養(yǎng)了學生的學習興趣,課堂氣氛活躍,學生課下投入的時間大大提高,學習的自主性和能動性都得到大大增強。和一些形成性評價相似,課時、場地的限制和教師與學生比例失調(diào)限制了這種評價體系的實施。五結語分子生物學是生命科學的分支,是中西醫(yī)結合臨床醫(yī)學生必須熟練的基本知識和基本技能。在分子生物學的教學過程中,要密切聯(lián)系臨床的實際應用,及時聯(lián)系科學研究動態(tài),才能激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學習的積極性和調(diào)動學生自主學習的能力,使他們不僅能現(xiàn)在掌握分子生物學的基本知識,還能在未來工作中繼續(xù)跟蹤醫(yī)學分子生物學的發(fā)展,適應社會對新型中西醫(yī)結合專門醫(yī)療人才的要求。
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關鍵詞:研究生;醫(yī)學分子生物學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)42-0173-02
分子生物學是生命科學中發(fā)展最為迅速的前沿學科之一,其研究方法和技術廣泛應用于生命科學相關的許多學科領域。分子生物學在醫(yī)學領域的使命,就是應用分子生物學的理論與技術,從分子水平上揭示疾病發(fā)生、發(fā)展的分子機制,進而對危害人類健康的各種疾病提供預防、診斷以及治療方法[1,2]。對醫(yī)學各專業(yè)的研究生而言,學習和掌握扎實的分子生物學知識,是將來成為合格醫(yī)學研究者和臨床工作者的內(nèi)在需求和必備條件。研究生《醫(yī)學分子生物學》是本校一門重要的基礎課程,從1994年開設以來,一直是全?;A與臨床專業(yè)共計400余人/年的碩士研究生必修課,2010年后改為選修課。然而隨著分子生物學理論和技術的日新月異,雖然教學內(nèi)容在不斷更新,但沿襲舊有的重視知識傳授而忽視學生自主學習的教學模式已經(jīng)遠遠不適應新的教學理念需要,對新的教學模式的探索已勢在必行。
一、現(xiàn)階段存在的問題
總結多年的教學實踐,我們發(fā)現(xiàn)在《醫(yī)學分子生物學》理論課教學中存在著一些問題,主要反映在:(1)課程體系及教學方法里學生自主學習、交互式團隊學習的模塊少,學生未能養(yǎng)成自主閱讀文獻、集體討論、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的習慣;(2)學生知識基礎參差不齊,專業(yè)背景及研究方向差異較大,課堂講授難度較大且有時收效不好;(3)部分內(nèi)容理論性強,較為枯燥且不屬于學生的研究方向,學生學習積極性不高;(4)在教學內(nèi)容上只關注教材講授而不重視其專業(yè)發(fā)展方面的探究,雖然分子生物學教材內(nèi)容時有更新,但相關領域的最新進展并不能及時涵蓋,這將使教師更新知識的主動性下降,同時研究生也會失去學習分子生物學的興趣。(5)期末考試閉卷問答式方式由于考試時間和考試內(nèi)容的限制,而不利于開拓研究生視野和創(chuàng)新意識的培養(yǎng);(6)在成績評價上,未能對學習積極的學生加以激勵。
二、教學改革內(nèi)容及方式
針對教學中存在的這些問題,我們對2012級研究生《醫(yī)學分子生物學》理論課教學進行了改革嘗試。我校2012級選修《醫(yī)學分子生物學》課程的研究生共279人,將其分為兩個班,其中基礎專業(yè)和部分臨床專業(yè)共105人為1班,其余臨床專業(yè)174人為2班。本學期對1班學生進行了教學改革活動,對2班學生仍按往年教學模式正常上課作為對比。本次教學改革活動的方式為:將1班的105名學生分成小組,每組4~5名學生。以小組為單位,要求學生課后閱讀中外文文獻,內(nèi)容可以是分子生物學方面的經(jīng)典理論、熱點問題或最新研究進展(如:PCR技術、細胞信號轉(zhuǎn)導與疾病、藥物基因組學)等,小組同學分析討論后將文獻內(nèi)容制作成多媒體課件,分別在學期中和學期末各抽取4~5個課時在全班進行讀書報告,每組推薦一名同學做報告,報告時間15~20分鐘,報告完畢由學生提問及老師點評,每小組共計耗時30分鐘,期末對兩個班的成績進行分析比對。
三、考試成績分析
我們對1班和2班學生的期末考試成績進行了對比。從表1可以看出,1班的考試平均成績比2班高出3.07分,且1班的最高分(88分)和最低分(59分)均分別高于2班的83分和43分。其次,1班不及格人數(shù)為1人,不及格率為0.95%;2班不及格人數(shù)為13人,不及格率為7.47%。兩班比較不及格率具有統(tǒng)計學差異(P箓0.05)。表1結果說明1班考試成績明顯超過2班。
四、本次教改活動的思考
經(jīng)過本次教改活動,我們體會到:研究生教育與本科的基礎教育不同,我們培養(yǎng)的研究生必須具備扎實的理論基礎和鮮明的創(chuàng)新性。教師雖然是授課環(huán)節(jié)中的主導者,但學習是互動的過程,這個過程不僅是教師在講臺上的授課過程,也應是臺下學生主動學習的過程。因此教師在教學中除進行啟發(fā)式的教學外,還更應該注重培養(yǎng)研究生主動學習的意識,塑造研究生的創(chuàng)新精神。本次在2012級研究生1班通過進行讀書報告,首先優(yōu)化了教學氛圍,充分調(diào)動了學生學習的積極性。通過查找文獻、歸納總結文獻并制作課件等,鍛煉了學生的科研思維能力和寫作能力;通過口頭報告鍛煉了他們的表達能力;通過小組討論鍛煉了他們的團隊協(xié)作能力。這些能力的訓練為他們將來的研究工作和畢業(yè)論文答辯等打下了一定的基礎。其次,拓展了學生的知識面,有利于增強學生的學習興趣。教師在課堂上的講授只有幾十分鐘,時間遠遠不夠,只能是內(nèi)容上的引導,而切實掌握的知識還有待于學生課后的學習與思考,這就要求研究生必需樹立主人翁的意識,積極主動地完成自學過程并培養(yǎng)創(chuàng)新精神。我們在教學中也發(fā)現(xiàn),很多學生在課間以及課程結束后會主動向老師請教分子生物學方面的問題,這說明研究生的學習主動性增強了。但本次教改活動也有不足之處。從老師授課的情況和學生咨詢的問題來看,大部分研究生對實驗技術的理解及操作很弱,由于本校的《分子生物學技術》實驗課程已交給學?!搬t(yī)學與生物學研究中心”實驗室承擔,本次教改未能涉及到實驗技術方面的改革。因此如何提供更好的實驗室條件,加強學生的操作能力,是我們分子生物學教學改革的重要目標。分子生物學的發(fā)展十分迅速,而本校使用的教材相對陳舊,雖然老師在講授時可以適當介紹新的研究進展,但陳舊的教材不利于學生自學。在本次教學活動中,雖然我們考慮過師生討論、互動式的教學,但由于授課人數(shù)多,學生基礎參差不齊,甚至少部分學生只是為了獲取學分,對本課程毫無興趣等諸多原因,最終本課程36學時的教學中,大部分仍然是采用老師講授的方式進行教學。
經(jīng)過對《醫(yī)學分子生物學》這門課程的教學改革,我們雖然取得了一定的教學效果,但深知這門課程具有很強的理論性和實踐性,教師必須不斷探索合適的教學手段和教學方法。在今后的教學中,如何變革教學思路,體現(xiàn)以“醫(yī)學”為中心,并調(diào)整教學內(nèi)容使之與科研課題需求相結合,以進一步激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造性思維等,將成為教研室教學改革重點思考的問題。作者認為可以考慮在授課中盡量引用科學先驅(qū)們的成功事跡,以“故事”的形式進行授課;在講解分子生物學經(jīng)典現(xiàn)象和原理時,可以從相關現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、科學家如何提出假設、如何通過實驗證明假設的思路,在講解中引導學生思考,從而鍛煉學生的科研思維;在介紹新進展時應充分結合生活中和醫(yī)學中的熱點問題進行講述,明確本學科同臨床的聯(lián)系程度,這不僅強調(diào)了學科的重要性,同時也加強了研究生學習的迫切性,使他們真正喜愛這門課程,同時能高效地接收相關理論知識,應該會取得更好的效果。
以上是本教研室為適應教學改革需求,在研究生層次上的分子生物學教學的一些嘗試與體會。隨著高教改革的深入進行,我們還將不斷完善、不斷總結、不斷創(chuàng)新,以使研究生的分子生物學教學走上新臺階,使學生學以致用,努力創(chuàng)新,最終成為教學、科研、醫(yī)療的棟梁之材。
基金項目:遵義醫(yī)學院教學改革項目“研究生分子生物學教學改革的研究與實踐”
【關鍵詞】醫(yī)學碩士研究生 實驗教學 改革 實踐
分子生物學是研究核酸等生物大分子的功能、形態(tài)結構特征及其重要性和規(guī)律性的科學,是人類從分子水平真正揭開生物世界的奧秘,由被動地適應自然界轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的基礎學科[1]。分子生物學技術被認為是20世紀生物學一項最偉大的成就,也是當今新技術革命的重要組成部分。目前這項新技術已經(jīng)滲透到生命科學的各個領域,尤其是在醫(yī)學科學中已廣泛應用于基礎研究、疾病診斷與臨床治療中。一位醫(yī)學相關專業(yè)的碩士研究生學好、學通、學精分子生物學,是作為碩士研究生必須走好的一個階段,才能把本科階段學習的基礎知識與臨床研究和科學研究的最新進展聯(lián)系好[2]。
分子生物學是一門實踐性很強的學科,但相對于其他學科的實驗而言,分子生物學實驗復雜而理論難以理解,技術性很強,是理論和實踐相結合的典型課程,而且要求學生在實驗中感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程,培養(yǎng)學生獨立思考的能力和創(chuàng)新精神[3]。這就對實驗教學提出了更高的要求和目標,因此建立科學合理的分子生物學實驗教學體系,將對生命科學研究的思維方法帶進課堂,激發(fā)學生對分子生物學及科學研究的興趣和潛能,并可提高學生實驗的主動性和積極性,提升研究生實際操作能力,發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。
研究生的培養(yǎng)更應側(cè)重于獨立從事科學研究工作能力的培養(yǎng),為使研究生一年級的學生盡快轉(zhuǎn)換角色,逐漸順利地進入真正的研究領域,并為了與現(xiàn)代技術接軌,提高教學質(zhì)量和培養(yǎng)學生科學研究的能力。我們結合本實驗室的實驗條件、實驗設備以及實驗教學人員的素質(zhì)能力,對分子生物學實驗進行了改革與探索。
(一)結合實驗內(nèi)容編寫相關的實驗教材
我們對醫(yī)學碩士研究生的分子生物學理論部分選用的教材是朱玉賢《現(xiàn)代分子生物學》(第三版),本版教材有二章介紹分子生物學技術,但不能作為實驗教材。我們根據(jù)實驗課教學目的進行合理組合,力求使該實驗體系內(nèi)容新穎、實用、注重創(chuàng)新、體現(xiàn)素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)。編寫教材的主要參考書為薩姆布魯克《分子克隆實驗指南》,是分子生物學實驗教學比較好的教材和參考書[4]。我們在教材中主要介紹常見的各種分子生物學技術及其原理, 并精心挑選了相關實驗。其中重點介紹了基因工程技術的常用到的質(zhì)粒提取、核酸電泳、技術、酶切、轉(zhuǎn)化、重組體的篩選、蛋白電泳等實驗。
(二)合理按排分子生物學理論與實驗課教學
我們將分子生物學分為理論和實驗,分別采用的教材為《現(xiàn)代分子生物學》和自編的《分子生物學技術》,學時都為36學時。理論課在實驗課之前進行,讓學生先了解部分基礎理論。在上實驗課時,還須講解實驗的基本原理,這部分知識尤其重要。它是實驗內(nèi)容的理論基礎,有利于指導學生更好地理解實驗內(nèi)容、了解實驗目的,有助于增加學生對分子生物學的學習興趣,鍛煉學生的實驗思維。只有理論與實踐相結合,才能使學生真正掌握理論中抽象的知識。 靈活按排實驗課時間,并控制班級規(guī)模。
我們將2010級180名碩士研究分為6個班,每班30個學生。根據(jù)分子生物學實驗的特點將實驗集中安排在一段時間里,保證實驗的連續(xù)性,將實驗課全部按排在周末2天時內(nèi)。這樣,改變了傳統(tǒng)實驗教學時間安排過于死板,時間過少且不連貫的現(xiàn)象。我們在實驗授課上主要是以基因工程的內(nèi)容為主線,順序是基因分離克隆,載體選擇、酶切,片段與載體的連接,重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化,重組子的鑒定、表達。這樣的安排有助于增加學生的學習興趣,使學生主動探索未知的知識,最重要的一點是有利于培養(yǎng)學生的科研思維。課程周期為3個星期,每周完成一項實驗內(nèi)容,在這3個星期里,學生剛好能完成一個基因工程的流程,形成一個完整的實驗概念,同時又有充足的時間讓學生思考和解決問題,加深了對實驗的印象。
充分做好實驗前的準備工作,以二人為1小組,精心準備每組使用的器材,如槍頭、離心管、鑷子、一次性手套,微量離心機、電泳儀、電泳槽、染色缸等。為了保證實驗結果的真實穩(wěn)定,實驗課老師和實驗人員反復對實驗進行了多次預實驗,并取得較理想的實驗結果。
錄像是良好的視聽媒體,其直觀性好,不受實驗條件和實驗材料的限制。在學生進行實驗之前,觀看我們實驗教師親自錄制的實驗演示。演示的內(nèi)容不僅所有的同學都能看清楚,而且能給同學們實驗過程的真實感受。同時還具有很強的表現(xiàn)力和感染力,能激發(fā)學生們的興趣,集中他們的注意力。
(三)雙語教學
在實際科研中,由于目前商品化的試劑盒應用廣泛以及大部分使用的儀器、藥品、試劑都是進口的,其說明書以英文多見,實驗步驟也多是采用英文。而剛?cè)雽W的研究生們掌握的專業(yè)詞匯少,不能準確翻譯與實驗相關的英文資料和說明書,更不用說閱讀專業(yè)文獻。我們精心組織備課,用英文制作課件、書寫教案和講稿,同時要求學生用英文寫實驗報告。
(四)實踐總結
本次實驗課改革探索,使分子生物學實驗課環(huán)環(huán)相扣,而且全部操作由學生自己完成,每一部分實驗都承上啟下,要求學生態(tài)度認真、思路清楚、操作仔細、相互協(xié)作才能完成。這樣的實驗課過程完整、結果明顯、教學效果良好。不僅使學生得到了分子生物學技術操作的訓練,也提高了教師的實驗技術能力,對相關技術和知識有了更深入的了解和認識。
參 考 文 獻
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[關鍵詞]現(xiàn)代分子生物學技術;醫(yī)學檢驗
隨著基因克隆技術趨向成熟和基因測序工作逐步完善,后基因時代逐步到來。20世紀末數(shù)理科學在生物學領域廣泛滲透,在結構基因組學,功能基因組學和環(huán)境基因組學逢勃發(fā)展形勢下,分子診斷學技術將會取得突破性進展,也給檢驗醫(yī)學帶來了嶄新的領域,為學科發(fā)展提供了新的機遇。
1 分子生物傳感器在醫(yī)學檢驗中的應用
分子生物傳感器是利用一定的生物或化學的固定技術,將生物識別元件(酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細胞、微生物、動植物組織等)固定在換能器上,當待測物與生物識別元件發(fā)生特異性反應后,通過換能器將所產(chǎn)生的反應結果轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暂敵?、檢測的電信號和光信號等,以此對待測物質(zhì)進行定性和定量分析,從而達到檢測分析的目的。
分子生物傳感器可以廣泛地應用于對體液中的微量蛋白、小分子有機物、核酸等多種物質(zhì)的檢測。在現(xiàn)代醫(yī)學檢驗中,這些項目是臨床診斷和病情分析的重要依據(jù)。能夠在體內(nèi)實時監(jiān)控的生物傳感器對于手術中和重癥監(jiān)護的病人很有幫助。
Skladal等用經(jīng)過寡核苷酸探針修飾的壓電傳感器檢測血清中的丙型肝炎病毒(HCV)并實時監(jiān)測其DNA的結構轉(zhuǎn)錄和聚合酶鏈式反應(PCR)擴增過程,完成整個監(jiān)測過程僅需10 min且裝置可重復使用。
Petricoin等用壓電傳感器研究了破骨細胞生成抑制因子(OPG)和幾種相應抗體的相互作用,研發(fā)出可快速檢驗血清中OPG的壓電免疫傳感器。
Dro-sten等報道了檢測神經(jīng)遞質(zhì)的酶電報,將電極放置在神經(jīng)肌肉接點附近可實時測定并記錄鄰近的神經(jīng)元去極化后所釋放的遞質(zhì)谷氨酸。
2 分子生物芯片技術在醫(yī)學檢驗中的應用
隨著分子生物學的發(fā)展及人們對疾病過程的認識加深,傳統(tǒng)的醫(yī)學檢驗技術已不能完全適應微量、快速、準確、全面的要求。
所謂的生物芯片是指將大量探針分子固定于支持物上(通常支持物上的一個點代表一種分子探針),并與標記的樣品雜交或反應,通過自動化儀器檢測雜交或反應信號的強度而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。
在檢測病原菌方面,由于大部分細菌、病毒的基因組測序已完成,將許多代表每種微生物的特殊基因制成1張芯片。通過反轉(zhuǎn)錄可檢測標本中的有無病原體基因的表達及表達的情況,以判斷病人感染病原及感染的進程、宿主的反應。由于P53抑癌基因在多數(shù)腫瘤中均發(fā)生突變,因此其是重要的腫瘤診斷靶基因。
Nam等人將硅基質(zhì)上合成的寡核苷酸芯片用于血清樣品中的丙型肝炎病毒分型。3 分子生物納米技術在醫(yī)學檢驗中的應用生物活性物質(zhì)的檢測有很多種方法,其中,以抗體為基礎的技術尤其重要。免疫分析加上磁性修飾已成功地用于各種生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)(如藥物、致癌物等)的檢測。將特異性抗體或抗原固定到納米磁球表面,并以酶、放射性同位素、熒光染料或化學發(fā)光物質(zhì)為基礎所產(chǎn)生的檢測與傳統(tǒng)微量滴定板技術相比具有簡單、快速和靈敏的特點。
Van Helden等將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學發(fā)光免疫測定技術相結合的自動檢測系統(tǒng),則成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型(HIV-1和HIV-2)抗體的檢測。另外,用于人胰島素檢測的全自動夾心法免疫測定技術也已建立,其中亦用到抗體、蛋白納米磁性微粒復合物和堿性磷酸酶標記二抗。
4 分子蛋白組學在醫(yī)學檢驗中的應用
當前有關分子蛋白質(zhì)組學的大量研究成果喜人,但一大部分結論是眾說紛紜、甚至是互相矛盾。一些經(jīng)典的腫瘤標志物卻無法在當前以表面增強激光解析離子化-飛行時間質(zhì)譜(SELDI-TOF-MS)技術為代表的蛋白質(zhì)組學技術中體現(xiàn)出來??赡艽嬖谝韵聨追矫娴膯栴}。一方面是SELDI-TOF-MS技術自身的限制性,包括敏感性、重復性以及使用當前設備對每個峰值蛋白確認的局限性;另一方面是實驗設計及對照組選擇是否恰當,某個蛋白組模式反映的是腫瘤的特異性,還是炎癥反應,或是代謝紊亂等無法定論;另一方面是不同實驗室結果可比性、標本處理過程的差異無法探究。只有這些問題得到解決, SELDI-TOF-MS技術在檢驗醫(yī)學中才能發(fā)揮革命性作用。
5 分子生物學技術在醫(yī)學檢驗發(fā)展中的趨勢
檢驗醫(yī)學中的分子生物學技術發(fā)展趨勢有二:一是定量PCR;二是PCR的全自動化,如應用擴增與檢測于一體的一次性試驗卡,可較好地解決PCR污染問題。除PCR以外的體外基因擴增技術如連接酶反應(LCR),鏈置換擴增系統(tǒng)(SDA),轉(zhuǎn)錄擴增系統(tǒng)(TAS),自限序列擴增系統(tǒng)(3SR),QB復制酶擴增系統(tǒng)等技術也將由科研進入臨床。分子生物學技術的標準化和質(zhì)量控制引起了廣泛關注,特別是衛(wèi)生部頒發(fā)的PCR實驗室管理辦法對PCR技術應用的健康發(fā)展起到了關鍵作用。為解決PCR交叉污染問題,從標本制備到檢測的全封閉系統(tǒng)及相應的自動化儀器已在國內(nèi)逐步普及。
結語:通過對現(xiàn)代分子生物學技術在醫(yī)學檢驗中的作用的研究,可以證明,不管是從什么角度看待這兩門看似毫不相關的學科,其實有著莫大的聯(lián)系。二者如果能很好的結合運用,將會為醫(yī)學與生物學帶來許多好處,并且可以相互發(fā)展,相互進步。
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一、教學方法的改革
(一)問題式教學,鼓勵學生積極思考
問題式教學方法是教師根據(jù)所講授的內(nèi)容提出問題,讓學生在限定時間內(nèi)閱讀教材,思考教師設定的問題,教師提問,根據(jù)學生回答問題的情況進行有重點、有目的的引導和講解,最終教師講解鞏固,使課堂氣氛活躍,調(diào)動學生學習和思考的積極性,提高教學效果。崔希福[2] 將問題式教學方法應用在基本原理課堂上,非常有助于抵制和規(guī)避課教學中普遍存在的問題,使學生不僅真正掌握基本原理和方法,并且提高了學生分析問題和解決問題的能力。王榮等[3]利用問題式教學方法在機械原理課堂上也進行了教學實踐,并取得了很好的教學效果。吉敏麗[4]在憲法學教學中通過問題式教學方法的運用,提升了學生思維能力,并開拓了學生的知識面及視野。問題式教學方法在看似枯燥的原理課程上運用將極大提高課堂的教學效果,使學生的自主思考和表達能力得到較好的提升。問題式教學與傳統(tǒng)的教學相比,是以“施人以漁而非施人以魚”的方式對學生進行培養(yǎng),與“填鴨式”傳統(tǒng)教學模式比較,更利于學生獲得分析問題和解決問題的能力,也更利于綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。通過本研究分析的結果,問題式教學在分子生物學理論課程中取得了較好的教學效果,有必要進一步推廣使用。
(二)研讀外文文獻,倡導學生開展講座
分子生物學是理論與技術相互結合和相互促進效果最顯著的學科,分子生物學的理論指導新技術的產(chǎn)生,新技術的應用又促進了新理論的形成。因此,分子生物學知識的更新速度在生命科學領域首屈一指,將外文文獻引入到分子生物學的教學中不僅能夠拓寬學生的視野,而且能夠展現(xiàn)這些抽象的理論知識在實驗中的應用以及基于分子生物學知識的最新研究進展,以啟發(fā)學生廣闊的思維方式。比如,基因的表達調(diào)控章節(jié),教材中講述了從基因水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的基因表達調(diào)控,正是由于基因表達調(diào)控的存在,才能使僅僅擁有2.5萬個基因的人類成為最高級最復雜的生物。表觀遺傳學是基因表達調(diào)控的新興內(nèi)容,包括小RNA和DNA甲基化對基因表達的調(diào)控等內(nèi)容,這些知識在教材中一筆帶過,學生無法真正認識和了解前沿信息。通過推薦外文文獻,讓學生分組學習和討論,并在課堂上以講座的形式分享自己學到的新知識,對于增強學生自信心和團隊協(xié)作意識、提高自我學習思考能力具有顯著的效果。