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科學教育與國民素質的提升
兒童早期發展的社會生物學意義
從玩伴到雇員:教育的演變
心理壓力的身體負擔感知
睡眠剝奪對學習記憶的影響
2014年度繼續醫學教育園地
發育行為障礙的早期識別
面孔可信任度評價的研究回顧
兒童社會認知發展的跨文化視角
體育活動的生物學效應:“流動腦”機制
“雙非兒童”及“留守兒童”問題初探
塑造兒童良好行為的基本原理及應用
發育性協調障礙兒童的康復訓練個案研究
網絡成癮青少年情緒和認知功能影響的研究
教育生物學:架起溝通生物醫學與教育的橋梁
醫教結合背景下腦癱兒童康復管理策略
失樂癥的認知神經機制及矯正和教育策略
特殊嬰幼兒早期發現和干預的醫教結合模式建構
手機移動互聯網依賴與大學生社會交往能力的關系
音系結構:來自生物語言學的視角述評
空氣污染物與兒童呼吸道疾病的相關性調查
超掃描的發展及其在教育領域的應用潛力
增強記憶與改善語言學習的臨床試驗(英文)
注意缺陷/多動障礙兒童青少年的超重肥胖狀況
學習動機及方法與學科成績的相關性
自閉譜系障礙干預面臨的困境和意義
創造性思維醞釀效應研究進展及其實踐隱意
挑戰性游戲對兒童全面發展的重要性
香港三年級學童閱讀中、英文時腦電圖的分析
睡眠時間對不同性別學齡兒童學校表現的影響
非言語型學習障礙兒童對表情和情境情緒的認知特點
0~3歲嬰幼兒早教調查:滬80后已婚女性的觀點、參與和期望
心智、腦與教育——教育神經科學對課堂教學的啟示
香港小學生非上課日活動模式初步探討(英文)
上海市嘉定區小學生肥胖防治健康教育干預效果評估
不同類型社會退縮兒童人際沖突應對策略的差異
家庭教養方式與智能發展的關系:氣質的調節作用
健身運動對兒童認知、大腦功能和學業表現的效益
非線性語音分析在普通話語音發育障礙評估中的應用
學生營養改善項目的國際經驗及對我國營養工作的啟示
益生菌對兒童與青少年功能性便秘治療效果的Meta分析
心智、腦與教育——教育神經科學對課堂教學的啟示
香港兒童參與體能活動狀況及自覺體能能力探討
非言語型學習障礙兒童對表情和情境情緒的認知特點
兒童心理危機干預培訓課程對提高小學生心理危機知識的作用
自發與誘發狀態下老年人與青年人反事實思維比較實驗研究
南京城區學齡前兒童發育性協調障礙流行現狀與家庭環境相關性研究
關鍵詞:精品課;微生物學;微生物學實驗;教學改革
“微生物學”是一門生物學科的必修基礎課程。微生物學的發展對探索和揭示生命運動的規律,推動自然科學的發展起著其他學科不可替代的重要作用。微生物學與現代遺傳學、生物化學、細胞生物學和分子生物學等前沿學科有著不可分割的密切聯系。微生物學教學對于獲得微生物學知識、掌握微生物生命活動的規律、了解微生物與人類和自然界的關系、掌握微生物學的研究方法、提高分析問題及解決實際問題的能力等均起著非常重要的作用。經過多年努力,使微生物學成為北京師范大學校級精品課程。我們將在以下幾方面繼續努力,使這門課程向更高的目標發展。
一、打鐵先得本身硬:教師素質提高
作為教師,既要熱愛教學工作、懂得教育教學的規律,又要有過硬的專業知識。在知識快速更新的今天,要想打造一門高質量的課程,就需要教師不斷提高自己。
1.不斷學習,提高自己,積累素材
幾年來,微生物課程組的教師利用多種途徑學習和積累與教學有關的知識,如從報紙上、專業期刊雜志上、網絡上等多種途徑收集和積累教學資料。多年來收集了許多的文字資料。
積累了幾十個視頻小動畫,建設了教學圖片庫,收集了多所兄弟院校的微生物學課件等。既積累了教學素材,又在這個過程中提高了自己的專業知識水平。
2.整體作戰,梯隊建設
中青年教師虛心向老教師學習,老教師認真傳幫帶。幾年來,始終堅持課程組教師一起研究和分析教材。在老教師的指導下,中青年教師在教材編寫、教學研究過程中不斷成熟,逐漸肩負起教學的重任。
3.同行交流,取長補短_
積極參加全國教學研討會,并多次在大會或小組報告會上介紹北師大的教學情況,與同行進行交流。與北京大學、武漢大學、南開大學、中國農業大學、湖南師范大學、華南師范大學、河南師范大學、陜西師范大學、山東大學與河北師范大學等多所高校的微生物學同行建立了密切的聯系,并進行微生物學教學內容、教學改革等方面的交流,吸取兄弟院校的先進經驗。
二、兵馬未到,糧草先行:教材建設
國內外有許多特色的微生物學教材,具有內容豐富、插圖精美、體系完整等特點。這些教材特別適合綜合性院校微生物學課程。而師范院校微生物學課程的課時都較少,大都沒有設置微生物學專業,也缺乏相應的微生物學后續課程。因此,師范院校微生物學課程迫切需要一本簡明扼要、重點突出的微生物學教材,幾年來,微生物課程組的教師認真研究學習了許多國內外優秀的微生物學教材,學習這些教材的優點和特色、內容的先進性、編排的技巧性等,打造優秀的師范院校微生物學教材。
黃秀梨主編的《微生物學》于1998年由高等教育出版社出版第一版,2003年由高等教育出版社出版第二版,并被列為面向21世紀教材,榮獲2006年北京高等教育精品教材,2006年與其配套的教學輔助光盤由高等教育出版社出版。黃秀梨主編的《微生物學實驗指導》于1999年由高等教育出版社、施普林格出版社出版第一版。林稚蘭、黃秀梨主編的《現代微生物學與實驗技術》于2000年由科學出版社出版。這三本書組成了從本科生到研究生的系列微生物學教材。黃秀梨與辛明秀主編的《微生物學》第三版和《微生物學實驗指導》第二版即將在“十一五”期間由高等教育出版社出版,這兩本書均被列為國家“十一五”規劃教材。我們將繼續把教材建設作為課程建設的一個重要的組成部分,爭取使《微生物學》第三版和《微生物學實驗指導》第二版成為高質量、高水平的優秀教材,同時促進微生物學課程建設。
三、教什么:教學內容和教學體系優化
1.教學內容和體系的凝練
根據師范院校微生物學課程特點和規律,課程組認真研究教材,凝練本學科最本質和最核心的教學內容。認真處理好微生物學教學內容中與生物化學、遺傳學、細胞生物學和分子生物學中相互交叉的內容。在微生物學實驗教學中,將微生物學實驗整合為五個模塊,分別為形態結構觀察(細胞水平)、目的微生物的分離純化(群體水平)、微生物生理生化反應及理化因素對微生物生命活動的影響(生理生化水平)、微生物遺傳與免疫(遺傳免疫水平)和細菌系統發育學分析(分子水平)。五個模塊分別從不同水平和層次研究微生物生命活動的規律。通過凝練教學內容,重點突出,使學生在短時間的教學中抓住本學科的重點。
2.把最新的研究進展引入教學
微生物學研究發展很快,教學中要把微生物學最新研究結果及最新實驗技術手段引入教學。如:微生物基因組研究的意義及研究結果,不可培養微生物(uncultured microorganisms)的研究及意義,原核細胞中線狀染色體的發現,巨大細菌的發現,三域學說與微生物系統發育學研究,極端環境微生物學研究等。介紹與微生物學有關的諾貝爾最新獲獎項目,如朊病毒(1997年)是瘋牛病等的病原體、幽門螺桿菌是引起胃癌的病原體(2006年)。將最新的微生物學技術手段引入實驗教學或在教學中加以介紹,如:熒光原位雜交(FISH),變性梯度膠電泳(DGGE),限制性酶切片斷多態性分析,16S rDNA序列分析方法在細菌系統發育學中的應用等,既豐富了微生物學的教學內容、提高了學習興趣,又使學生了解到最新的研究進展,同時也認識到,隨著科學技術的發展,各學科相互滲透,相互促進,共同推動學科的發展,使探索生命運動規律的研究不斷深入。
3.專家講座,開闊眼界
多年來我們多次邀請專家進行專題講座,如近年邀請了中國科學院馬延河教授進行了題為“極端環境微生物學”的講座,使學生了解到,即使是在極端的環境中也存在著豐富多彩的微生物世界,極端環境微生物是寶貴的微生物資源。請中國農業科學院的王磊副教授進行了題為“分子微生物學實驗技術”的講座,使學生了解最新的微生物學實驗技術及所能解決的實際科學問題。通過專家講座豐富微生物學的教學內容。
四、怎樣教:教學方法和手段
在把握教材內容的前提下,合理的教學方法和手段是實現教學目的的保證。應用科學合理的教學方法和手段把條理化的知識體系傳授給學生。
1.注重各部分內容的內在聯系,體現知識的整體性
在教學中注重各部分內容和知識點之間的聯系,如在理論課教學中將微生物的形態結構、生理生化、遺傳與變異、微生物生態、微生物在實際中的應用等知識有機的聯系為一個整體。在每一個部分的教學中,挖掘這部分內容與教材其他部分內容的聯系,從而使學生獲得
相互聯系的完整的知識體系。注重結構與功能之間的聯系,在講述微生物的形態結構時,注意與其功能相聯系,在講述基本原理和基本功能時,適當點明與其對應的結構基礎。注意理論與實際的聯系并通過學習各種環境中微生物類群的結構特點和代謝特點等,了解微生物與環境的適應性及微生物與自然界和人類的關系。
在實驗課教學中巧妙設計實驗方案,將微生物學實驗整合為五個模塊。五個模塊各有側重,交給學生一個內容豐富、又相互聯系的實驗體系。
2.理論課與實驗課相滲透
理論課上重點講述微生物的基本理論和基本原理,實驗課主要學習微生物學的基本研究方法和技術手段,共同目標是使學生掌握微生物學的基本原理和微生物學的基本研究方法。理論課教學中強調微生物學基本理論得出的實驗過程和證據,實驗課上強調實驗手段和技術的基本原理及所能解決的理論問題。相互滲透,相互強調,使學生更好認識微生物學的本質、掌握其核心內容。課程組長期堅持主講教師參與實驗課教學,有利于把理論課與實驗課緊密的聯系,有利于對學生的全面培養。
3.積極進行教學改革,承擔教改項目
進行了“微生物學”教學內容、體系及教材建設研究(獲2001年國家級教學成果二等獎)和微生物學實驗改革研究(獲2004年北京師范大學教育教學成果二等獎)。與南開大學共同承擔并完成了武漢大學主持的“微生物學立體化精品教材體系”中的微生物多媒體課件的制作工作(教育部課題,將由高等教育出版社出版發行)。將教學研究成果不斷應用到教學中,提高教學水平和教學效果。
4.啟發教學、培養興趣、加強課堂討論,課堂教學與網絡學習相結合
認真研究教學內容,精心設計問題,引導深入思考,加強課堂討論,增強對知識體系的理解和掌握,充分利用北京師范大學的Blackboard網絡平臺進行輔助教學,豐富教學內容和信息量,提高課堂教學質量。
5.通過自主設計實驗,培養自主創新能力
從2000年開始,進行微生物學自主設計實驗的教學改革研究,培養學習微生物學的興趣、獨立開展科學研究的能力及自主創新的能力。許多學生都感覺, 自主設計實驗很辛苦,但值得。自主設計實驗報告按論文的格式書寫,強調對實驗結果的分析和討論,培養獨立分析問題的能力。
6.嚴格教學管理
理論課的成績由平時成績(30%)和期末成績組成(70%)。平時成績包括:小考(15%)、課堂討論(10%)和考勤(5%)。實驗課成績包括平時成績(50%)、自主設計實驗(40%)和實驗考試(10%)。平時成績細化到每次實驗。自主設計實驗包括實驗設計、實驗操作、小論文和實驗匯報四部分組成。通過小論文的寫作,還可鍛煉學生論文寫作的能力和查閱文獻資料的能力。實驗考試包括實驗理論和實驗操作兩個部分。每個教學環節都嚴格要求。
【摘要】 神經生長因子(nerve growth fact,NGF)作為最早被發現的一種神經營養因子,對神經細胞的生長發育、分化和再生發揮調節作用,是參與損傷神經再生和功能修復的重要因子,已引起當今生物醫藥界的重視。本文就NGF的組成結構、分布、生物學效應及其與神經系統損傷的關系做一綜述。
【關鍵詞】 神經生長因子 ;神經再生
Abstract:Nerve growth factor (nerve growth factor, NGF) is a kind of earliest discovered nerve nourishment factor, which plays an adjusting role in neuron survival, growth, differentiation and rebirth, and is also an important factor involved in the regeneration and functional repair of the damaged nerve , and has attracted the attention of current biomedical sector. This paper makes a review of the structure, distribution, biological effects of NGF and its relationship with the nervous system injury.
Key words:nerve growth factor (NGF); nerve regeneration
神經生長因子是20世紀50年代初由Levi-Montalcini在小鼠肉瘤細胞內發現的第一個神經營養因子,是一類由神經元、神經支配的靶組織或膠質細胞產生的能促進中樞和外周神經分化、生長和存活的活性蛋白質,它們在神經系統的發育和正常的生理功能維持中起著重要作用。目前,隨著對NGF的神經生物學效應的研究,對非神經細胞的生物效應也逐漸被發現:NGF具有促進新血管的形成作用,如在皮瓣移植手術中能夠增加血液供應,其機制在于NGF能促進神經細胞內Ca2+ 向細胞外釋放,Ca2+ 外流導致神經細胞緊張性增強,興奮性降低,使血管擴張增強,從而加大血流量;NGF能促進神經病損后的肌梭的細胞分化,可促進皮膚和肺的成纖維細胞的修復。也有研究發現,NGF是成年大鼠胰腺細胞生理學中的重要調節因子之一,能增強葡萄糖引起的胰島素分泌作用,有可能是細胞自分泌/旁分泌調節的機制之一。另外,有研究發現成骨細胞存在NGF的低親和力受體LNGFR,內源性和外源性的NGF可與LNGFR結合,達到細胞間信息傳遞的作用,從而使成骨細胞發生磷酸化,成骨能力增強。NGF的多種生物學效應及其作用機制正逐漸被闡明,也將進一步運用于臨床各個領域[5]。
1 NGF的結構
經典的NGF是從小鼠頜下腺分離出來的,分子量為140 000左右一種蛋白質,由α、β、γ三種肽鏈以共價鍵結合,按2∶1∶2的比例構成,即以α2βγ2五個亞基組成,等位點為5.1,沉降系數約為7,故又稱為7SNGF[6]。用不同方法提取可以得到一種2.5S NGF,大致相當于β亞基部,只有β亞基具有促進神經生長的作用[7]。在中性環境下,NGF較穩定。α 亞單位的分子量為26 500,其功能尚不清楚;γ 亞單位的分子量為26 000,含有共價結合的疏水化合物,并具脂酶活性,可將無活性的β亞單位轉化為活性β亞單位。NGF的兩對反向平行的β鏈構成了NGF長而扁平的形狀,β鏈是由118個氨基酸組成的單鏈通過非共價鍵結合而成的二聚體,每個單體內有三對二硫鍵,這三對二硫鍵為組成NGF的結構提供剛性支持[8]。
2 分布及來源
2.1 分布
NGF是一種“靶源性”多肽生長因子,NGF及其受體主要分布于神經系統,也廣泛地存在于非神經組織如上皮、間葉及淋巴造血組織。
此外,放射免疫和免疫測定NGF蛋白水平的研究進一步表明CNS 內也存在NGF,并發現海馬內NGF蛋白水平是整個腦NGF蛋白水平的4 倍。
2.2 來源
長期的研究表明,NGF的來源十分廣泛。經典的NGF是從小鼠頜下腺中分離所得。Angeletti等從印度眼鏡蛇中分離、純化了NGF,并測定了這種NGF的氨基酸組成及順序。在外周神經中,NGF主要分布在頜下腺、心臟、虹膜、皮膚、坐骨神經及輸精管等有交感神經或感覺神經支配的組織。此外,NGF在腎上腺、、肝及骨骼肌等組織也有少量分布。在中樞神經系統中,NGF主要分布于海馬、大腦皮層、中隔、Broea斜角帶、邁內特氏核、嗅球及紋狀體中間神經元的膽堿能神經元。最近,有報道從不同動物的不同組織、器官及人的體液,如唾液、血清、尿液等中分離、純化出NGF。這些研究表明NGF可以由不同來源的細胞分泌,而不僅僅由神經細胞分泌。
此外,許多細胞(包括一些腫瘤)在體外培養下能產生NGF,在體外培養基中也能觀察到NGF活性[12]。
3 生物學效應及受體
3.1 生物學效應
NGF是一種特異性蛋白質分子,其生物效應按作用的器官、系統不同可以分為神經系統、非神經系統兩大類。NGF能夠調節中樞神經系統的基底前腦膽堿能神經元和紋狀體的膽堿能中間神經元的發育、分化,在神經損傷的自我保護與修復中也起到重要作用。
近年研究還發現NGF參與免疫造血、內分泌和生殖等系統的功能調節。最近研究結果也表明,神經元前體細胞在有NGF的環境中能繼續增殖,而失去NGF時便分化成神經元,NGF能終止特定神經元自然死亡,維持神經元生存,增加神經遞質合成[15]。
3.2 受體
NGF受體為跨膜糖蛋白,依其糖蛋白與凝集素結合的能力大小分為高、低親和力兩種受體。低親和力受體(low affinity NGF receptor, LNGFR)不能活化內源性激酶,無生物效應。高親和力受體(high affinity NGF receptor, HNGFR)與NGF的復合體雖分解與釋放NGF緩慢,但NGF與HNGFR結合才能啟動NGF的生物效應。
高親和力受體(TrKA),是原癌基因(onco-gene)TrKA編碼的酪氨酸激酶(tyrosine kinase)受體蛋白家族成員之一。TrKA被公認為NGF的功能性受體,和NGF結合后表現出誘導神經細胞合成蛋白和酶,以及誘導軸突生長等多種生物學功能[17]。
4 神經生長因子在中樞神經系統中的作用
在中樞神經系統中,NGF對單胺類能神經元并無作用,而是對某些膽堿能神經元有作用。外源性NGF可引起這類神經元增生和延長存活時間。NGF mRNA存在于膽堿能神經所支配的區域,生成的NGF可被這些神經末梢攝取,通過逆向運輸到達胞體,對膽堿能神經元起營養作用[18]。近年研究表明在中樞神經系統中,有關的神經元除了有基礎水平的NGF合成與釋放外,NGF的合成及釋放受到神經元活動的調節,而NGF本身又可使具相應受體的神經元遞質釋放增加,提示NGF可能作為一種選擇性的逆向傳遞信使分子參與神經突觸功能的調節作用[19]。
4.1 NGF對脊髓前角運動神經元的保護作用
有關NGF保護脊髓神經元的作用機制可能與NGF下列作用有關:①穩定細胞膜內游離鈣的水平;②降低氧化損害;③參與蛋白酶酸及基因表達調控;④NGF具有加強受傷脊髓前角運動神經元的mRNA轉錄功能[20]。
4.2 支持中樞神經元的存活
NGF支持基底前腦膽堿能神經元的存活。嚙齒類大部分基底前腦膽堿能神經元發育時期的存活并不絕對依賴NGF,但成年時期需要NGF維持其膽堿能表型及終末視野大小。
5 神經生長因子在周圍神經系統中的作用
5.1 NGF對周圍神經運動纖維的再生作用
姜萬梅、苗文哲等人在大鼠坐骨神經損傷后,局部注射NGF,經再生周圍神經形態學檢查、再生神經電生理檢測后發現,注射NGF組顯示再生神經干粗大,再生軸突數目多,有多而規整的神經束形成,再生神經運動纖維傳導速度(MCV),優于空白對照組。這些實驗結果提示:NGF對周圍神經運動纖維的再生有促進作用。
5.2 NGF對損傷的周圍神經后根節神經元(感覺神經元)的保護作用
孔吉明實驗顯示:對大鼠坐骨神經切斷后局部連續施用NGF,術后30 天空白對照組中脊神經細胞的死亡率為29%,而實驗組有高達98%的脊神經節細胞可存活下來。實驗結果表明,局部應用NGF周圍神經損傷后的感覺神經元有保護作用。
5.3 NGF對周圍神經損傷后髓鞘堿性蛋白(MBP)含量變化的影響及對周圍神經髓鞘的保護作用
髓鞘堿性蛋白(Myelin basic protein ,MBP),能夠維持神經元和神經纖維髓鞘結構及功能穩定。周圍神經損傷后的變性和再生改變在一定程度上表現為脫髓鞘與髓鞘再形成改變,因此MBP的含量變化能特異地反映脫髓鞘損害程度進而反映神經組織病損程度[24]。曹琳[24]326等實驗表明:周圍神經損傷后脊髓和坐骨神經中MBP含量均比傷前顯著升高,表明周圍神經和脊髓髓鞘發生了損傷、崩解,MBP從神經纖維髓鞘上脫落。在給予NGF治療后MBP含量有所降低。連續2 周肌注NGF后,MBP含量更接近傷前。實驗結果提示:NGF能減少周圍神經髓鞘的脫落,促使周圍神經損傷的恢復。
6 作用機制
關于NGF的作用機制有學者認為,神經損傷后靶源性NGF先與雪旺氏細胞(Schwann cells,SCs)表面的低親和力受體結合,并與其他一些與軸突再生有關的物質如層粘蛋白、纖粘蛋白等共同作用,在再生軸突前方擴散形成一個濃度梯度,引導生長錐沿SCs膜表面向前生長與靶細胞建立聯系[25]。經過第二信使體系的轉導,啟動一系列級聯反應,對靶細胞的基因表達進行調控而發揮其生物效應,最終使再生軸突成熟及髓鞘化,達到完全再生和恢復功能的目的。一旦軸突重新支配靶組織,后者又成為NGF來源,SCs又回到原來靜止狀態[26]。外源性NGF研究進一步鞏固了這些理論。
7 展 望
NGF的發現已有幾十年,其分子結構、理化性質、基因結構、主要生物學功能、受體結構和性質等均先后被闡明,是神經科學的重要發展之一。NGF促進受損神經再生、生長的作用是確定無疑的,存在著巨大的應用潛力,但臨床應用剛剛起步,在NGF聯合用藥、最佳給藥途徑、用量、如何較好地通過血腦屏障及副作用等方面尚待進一步研究。應該積極而慎重地開展這方面的基礎和臨床研究,將NGF廣泛地應用于腦血管疾病,腦血管疾病、神經變性病等臨床疾病的治療以及受損神經的修復之中。
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關鍵詞 分子生物學 婦科 產前診斷 免疫遺傳
中圖分類號:Q7文獻標識碼:A
1 分子生物學與婦產科的基本情況概述
分子生物學的興起是上世紀50年代以后的事情,但是自其興起和發展以來,發展的巨大成就十分引人關注。六十多年來產生了巨大的影響,繁榮的勢頭依然十分強勁。分子生物學研究要進行的問題在于對生命本質一致性的分析,學者們通過分子水平的研究,發現由最低級、最簡單的單細胞生物到最復雜最高等的人的基本組成(這些組成主要由蛋白質、核酸、糖等三類物質構成)的構成與遺傳信息的物質基礎(主要包括DNA和RNA)、流向(中心法則)以及含義(遺傳密瑪)乃至能量轉換的機理都是高度一致的,正是因此,人們才發現在分子水平層面,生物取得了相對的統一。分子生物學的這一成就具有極其重要的意義,它使得基因在不同生物個體、種屬之間的轉移成為可能,從而大大的提高了生命科學各個分支學科以及整個生命科學的發展。在21世紀,分子生物學的發展將不斷深入和擴大,關于腦的活動、生命發育、疾病免疫等復雜難題將成為分子生物學研究的重中之重。
要準確客觀理解分子生物學對婦產科的影響,必須對婦產科的基本情況所有了解,在長期的醫學研究和發展實踐中,婦產科的研究和實踐內容不斷豐富和發展,如在生命發育階段,對胎盤、胎兒生理、母體子宮平滑肌的功能調節以及分娩發動機制、早產等問題都有研究。在妊娠期目前對于絨毛外滋養細胞以及胎兒胎盤轉運方面的問題也引起了學界的高度重視。在歐美國家,分子生物科學較為發達,對生物的基因芯片以及微RNA的研究不斷深入,探討了一些生物學的病理機制及治療方法,典型的如子癇、慢性高原疾病、肥胖等問題。以世界衛生組織(WHO)為代表的一些研究結構對婦科流行病學、早產病因基因組研究以及基于循證醫學早產臨床干預等問題進行了深入研究。
2 分子生物學在婦產科領域的應用與發展分析
事實上,婦產科的發展歷史較之于分子生物學要早很多,但是分子生物學興起之后,對婦產科的發展產生了極大的影響,有些影響甚至可以說是革命性的。比如在女性的產前診斷中,分子生物學的興起使得我們對一些具有嚴重出生缺陷或者遺傳病等問題在宮內期即可作出診斷并及時采取科學合理的對策措施。分子生物學產生之前,該領域主要運用的是胎兒鏡以及影像技術,但是,近年來,致病基因不斷分離克隆,高危胎兒的基因突變分析不僅重要而且必須,分子生物學技術為此提供了可能性,如分子雜交、熒光原位雜交、PCR技術等分子生物學技術在單基因病以及染色體畸變的診斷中獲得了較為廣泛的應用。此外,一些全新的分子細胞遺傳學技術,諸如端粒探針、錨定原位標記技術、基因組雜交等在婦產科的應用問題也已經被提上議事日程。筆者通過以上的分子生物學在產前診斷的應用問題的論述,已經很明顯的說了分子生物學對提高植入前遺傳診斷或用孕婦血中胎兒細胞診斷問題具有十分重要的作用。
當前,應用到婦產科的分子生物學技術是多種多樣,紛繁復雜的,如索森印跡雜交(Southern blot hybridization)、聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction)、熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization)、單鏈構象多態性(single strand conformation polymor-phism)、異源雙鏈分析(heteroduplex analysis)、DNA序列分析、蛋白截短測試(protein truncation test)等等,不一而足。這些技術在婦產科的很多具體方面得到了應用與發展,如在遺傳方面的研究,當前,我們已知一些遺傳性腫瘤(視網膜母細胞瘤、Wilm氏瘤)的突變基因是按孟德爾方式遺傳的。當然也有一些基因與腫瘤的易感性有關,但是其遺傳方式都是孟德爾方式,分子生物學技術可以對這些基因可以進行產前檢查。又如多聚合酶鏈反應這一分子生物學技術的廣泛應用,對于一些婦產方面的疾病,比如Duchenne's肌營養不良癥、囊性纖維化癥、苯丙酮尿癥、脆性X染色體綜合征等進行診斷和治療已經成為可能。再如,分子生物學在母嬰感染傳播方面的應用,超微量的DNA擴增技術具備敏感性、特異性以及簡便性的優點在母嬰感染傳播方面的應用優勢十分明顯。分子生物學的應用使得對于母嬰傳播方面存在可能的人類免疫缺陷病毒(HIV)、巨細胞病毒(CMV)、風疹病毒等進行一些提前的檢測與預防成為可能。值得一提的是利用PCR技術還可以根據不同引物的特點進行預后。近年來,丙型肝炎病毒(HCV)的母嬰傳播已成為一個研究熱點,PCR技術在這一領域也取得了諸多成就。此外,在婦科腫瘤基因研究方面,目前學界對腫瘤發生和發展的認識進入了分子水平。在分析腫瘤細胞中復雜的染色體異常組成以及對癌基因的定位及其抑制方面都有貢獻。當前免疫遺傳研究熱點是人類白細胞抗原系統(human leucocyte antigen,HLA)與該病的關系。分子生物學技術的應用使HLA分型研究從抗原水平進入到基因水平,使與疾病關聯的HLA基因準確分型、定位。以上所舉的一些也只是分子生物學在婦產科領域應用和發展的冰山一角,我們有理由相信,隨著分子生物學和婦產科的不斷交叉融合,兩個學科以及交叉部分都會取得更多嶄新的成就。
參考文獻
[1] 李隆玉,萬建萍,鐘傳慶.子宮內膜癌發生分子機制及治療的研究進展[J].中華腫瘤防治雜志,2008(19).
關鍵詞:生物信息學;教學改革;師范院校
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)36-0134-02
生物信息學(Bioinformatics)的發展與上世紀90年代人類基因組計劃的啟動密切相關,它綜合運用生物學、計算機科學和數學等多方面知識與方法來闡明和理解大量生物數據所包含的生物學意義。生物信息學已成為當今生命科學的重大前沿領域之一,是生命科學研究中重要的、不可或缺的研究工具。
我校生物信息學課程開設較晚,所以課程教學仍處于探索階段,尚未形成成熟的課程體系。本文針對本校學生的需求、課堂教學反饋等情況對教學內容、教學方法等多方面開展了改革與實踐,以期提高教學的質量和效果,培養全面發展的人才。
一、生物信息學課程教學現狀
(一)教材較多,因此難以選擇一本適合的教材
生物信息學教材很多,有些教材側重于生物信息學理論和算法,如許忠能主編的《生物信息學》對生物信息學的理論和算法講解詳細,但是對于師范院校生物科學專業的本科生而言較為深奧,不易理解;有些教材側重于生物信息學軟件使用,學生對于軟件分析所需要的背景知識掌握不夠,即使能夠運用軟件,卻不能正確分析和理解所得到的分析結果;由于生物信息學發展較快,教材更新速度相對較慢,一些新的生物信息學知識未能及時納入到已出版的教材中,而且有些書中所講的數據庫資源早已停用,有些軟件及其應用也早已更新版本。
(二)學生理論基礎薄弱,學習主動性不夠
雖然這門課程在我校是專業選修課程,考核方式以考查為主,但是選修這門課程的學生都對生物信息學有濃厚的興趣。這門課程開設在大三下學期,很多同學尚未開展或即將畢業課題設計,希望通過本課程的學習對畢業論文或將來考研深造有所幫助。然而在學習過程中,由于對分子生物學、生物化學、遺傳學等理論知識掌握不扎實,并且對學科前沿進展關注不夠,很少閱讀實驗性論文,在學習生物信息學相關理論知識時理解困難,而且對于如何將生物信息學應用于實際的課題研究也感到困惑。
(三)學生英語基礎不同,學習過程中容易產生消極情緒
要學好生物信息學,離不開大量專業文獻的閱讀,尤其是外文文獻,追蹤學科前沿研究進展,這就需要具備一定的專業英語基礎。此外,很多生物信息學數據庫以及應用軟件都是全英文的,涉及專業英語詞匯較多。由于學生的英語基礎不同,在學習過程中有些學生感覺專業英語閱讀和理解方面較吃力,容易產生畏難情緒。
二、教學改革與實踐
(一)修改教學大綱,理論與實踐結合
生物信息學是一門實踐性很強的學科,僅僅靠教師單一的講解理論和軟件的使用方法學生是很難理解和掌握的,因此在教學過程中要理論和上機實踐結合。教學大綱中原36學時為理論24學時、上機實踐12學時。考慮到我校學生學習該門課程的實際需求,強化實踐運用,將理論和上機實踐課時均調整為18學時,學生在實踐的過程中帶著問題主動去思考,發現問題、解決問題,更好地去理解生物信息學的理論知識。原教學大綱中理論課學習結束后再進行上機實踐,但是教學過程中發現理論課信息量大,有些知識學生初次接觸沒有較好地理解,或者當時能夠理解,但過了一段時間后再進行上機實踐時又要重新學習。在課程安排方面,調整為一個章節的理論課學習結束后開設相應的上機實踐,通過實際操作練習有利于鞏固所學理論知識,學生也比較喜歡這樣的教學方式。
(二)調整教學目標,優化教學內容
生物信息學內涵廣泛,應用領域廣,但是生物信息學在不同研究領域中的研究內容和應用程度有所不同。選修本課程的學生都是生物學背景,主要希望運用生物信息學知識去解釋課題研究中的生物學問題。考慮到本科生理論知識基礎相對較弱,很多學生尚未開展課題研究,因此應該在有限的學時里讓學生掌握與專業需求相關的生物信息學知識和實用技術,教學的重點和難點要根據本校學生特點進行調整,對教學內容進行優化、精簡。例如多序列比對算法、馬爾科夫模型等涉及數學、計算機知識,可以簡要介紹,但不做深入的講解。理論和上機實踐部分主要介紹生物信息學數據庫資源、序列比對、核酸序列分析、系統進化分析、蛋白質結構與預測,同時理論部分還包括生物芯片、高通量測序技術、介紹生物信息學的前沿進展。此外,還結合學生的需求在上機實踐課中增加了引物設計內容。
課堂教學內容并不拘泥于一套教材,而是根據講授的章節選擇該章節適合的2~3套教材綜合講解,最終形成適合我校學生學習的講義。例如在講系統進化發育時,理論講解選擇由Masatoshi Nei和Sudhir Kumar編寫的高等教育出版社出版的《分子進化與系統發育》和蔡祿編寫的《生物信息學教程》,上機實踐選擇吳祖建等編寫的《生物信息學分析實踐》。
(三)教學與科研相結合,學以致用
生物信息學有很多分析軟件,應用很廣,即使是分章節按照序列比對、核酸序列分析、系統進化樹構建等給學生逐一講解相關的算法和實際的應用,學生仍然感覺知識零散,信息量太大難以掌握,容易產生畏難情緒而導致學習積極性不高。有些應用軟件學生即使有所了解,卻又不知道在科研中如何運用。所以在教學過程中,我們以課題研究為例,再結合相關的文獻來進行講解。例如選擇DNA條形碼開展物種鑒定為例,讓學生去查閱相關文獻,如DNA條形碼在中藥材混偽品鑒定中的應用、DNA條形碼在肉制品摻假中的鑒定等。這個課題應用性強,對本科生而言閱讀專業文獻的難度相對較小,僅涉及DNA提取、PCR擴增等實驗內容,容易激發學生的學習興趣。在學生理解課題背景知識的基礎上,讓學生重點看文獻中涉及的生物信息學相關知識,要求學生下載文獻中涉及的基因序列,根據下載的序列用MEGA軟件進行序列比對,計算遺傳距離,同時利用MEGA軟件構建NJ樹。這個過程就把生物信息數據庫、序列比對、系統發育分析等幾個章節的教學知識串聯起來,學生就知道為什么要下載序列、做序列比對,更好地理解系統進化樹構建的原理及意義。同時,也促進了學生閱讀專業文獻,尤其是外文文獻,增加專業英語詞匯量,主動關注學科前沿發展動態,更好的利用生物信息開展課題研究,做到學以致用。
(四)改革教學手段和教學方法
生物信息學理論教學中往往是教師主講、學生聽,學生被動接受,這種“灌輸式”的學習讓學生感覺枯燥乏味,教學效果較差。教學時應突出學生的主體地位,教師起主導作用,引導學生積極思考,參與課堂教學,激發學生的學習熱情。例如講解生物信息學數據庫資源時,可以布置課后作業,要求學生搜索國外生物信息學數據庫資源,并將查閱的資料制作成PPT,下一次上課時讓學生利用PPT講解搜索情況,分享經驗。教師在學生講完后點評,鼓勵學生關注生物信息學的前沿進展,在學習生物信息學的同時提高專業英語的水平。在講解生物芯片與高通量測序技術時,布置課前預習作業,針對高通量測序技術原理、應用、數據分析等教學內容設置幾個選題,讓學生分小組,每個小組選擇一個選題,通過查閱文獻資料,以PPT形式在課堂上講解。學生根據講解內容提問,交流討論。教師根據學生的匯報內容進行點評,進行有針對性的講解、補充。這樣的形式使學生主動去探究問題,而不是被動地接受教師傳遞的信息,對知識的理解更加深入,學生也反饋這種教學活動提高了學習的積極性,并留下深刻的印象。
三、結語
生物信息學作為一門新興學科,仍然在不斷的發展中,知識更新速度快,因此生物信息學課程的教學內容、教學方式應緊跟學科前沿發展,立足學校專業特點及培養特色,不斷摸索教學經驗,在教學模式上深入研究,提高教學質量,實現培養學生理論與實踐運用綜合能力的教學目標。
參考文獻:
[1]許忠能.生物信息學[M].北京:清華大學出版社,2008.
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[3]蔡祿.生物信息學教程[M].北京:化學工業出版社,2007.
[4]吳祖建,高芳鑾,沈建國.生物信息學分析實踐[M].北京:科學出版社,2010.