分子生物學教學改革與分子診斷技術在臨床的應用

新疆大學生命科學與技術學院 李金耀

分子生物學是一門新興的學科，為生物學領域的基礎學科，隨著科學技術的不斷發展以及相關學科（遺傳學、細胞生物學、生物化學等）的發展而逐漸形成的理論、技術體系。分子生物學是在分子層面研究生物活動規律的學科，生物大分子包括核酸、蛋白、脂類、糖類等。核酸包括脫氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA），是生物體的遺傳物質及生物性狀的決定性因素，其編碼表達的蛋白及其它生物大分子構成了生物體的外在形態。

一、遺傳物質DNA 的發現、結構解析及測序技術的發展

受限于當時的科學技術發展水平及人類的認知水平，分子生物學的發展經歷了漫長的時代。1859年達爾文出版《物種起源》，提出了舉世聞名的“自然選擇”學說，成為了生物學發展的里程碑。但生物為什么能將性狀遺傳給下一代，如俗語說的“龍生龍、鳳生鳳、老鼠生來會打洞”，并沒有得到闡明。隨后，奧地利修道士孟德爾在觀察了2.1 萬株不同性狀的豌豆后，提出了遺傳法則，瑞士生物學家弗雷德里希·米歇爾于1869年分離出了核酸，在其他科學家的努力下逐漸發現了染色體及其成對現象、觀察到了細胞分裂過程中染色體的排布方式，并提出染色體攜帶遺傳信息。1911年，遺傳學家摩爾根提出了基因學說，闡明了基因在染色體上的分布，提出親本將遺傳信息傳遞給子代的過程中染色體重組形成獨特新個體的理論。之后，科學家發現傳遞遺傳信息的物質為DNA，研究了DNA 的化學成分和基本結構，并發現DNA 中四種堿基（鳥嘌呤：G、腺嘌呤：A、胸腺嘧啶：T、胞嘧啶：C）的含量比例是一定的。英國生物物理學家羅莎琳德·富蘭克林在1951年拍攝到了核酸X 射線衍射照片，在此基礎上，1953年，美國科學家詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了DNA 的雙螺旋結構，該論文發表在《Nature》雜志上。1977年，科學家弗雷德里克·桑格、沃爾特·吉爾伯特等發明了DNA 測序技術，開啟了分子生物學發展的新篇章。

二、分子生物學相關技術的臨床應用

隨著分子生物學的發展，對于生物大分子的檢測技術也在不斷的更新，針對核酸的檢測技術包括：Southern blot、Northern blot、熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization，簡稱FISH）技術，定性聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，簡稱PCR）、實時熒光定量PCR、一代測序技術及二代測序技術等；針對蛋白質的檢測技術包括：Western blot、酶聯免疫吸附測定（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，簡稱ELISA）等。而精準醫學及個體化治療時代的到來，使得分子生物學的很多技術已經被越來越廣泛的應用到醫學的臨床診斷，如孕婦唐氏篩查（21、18、13——三體綜合征）、病毒感染分型及載量檢測、腫瘤放化療耐性基因檢測、靶向藥物基因檢測、代謝綜合征臨床用藥指導等。現代測序技術日臻完善，成本逐年降低，2014年6月30 號，國家食品藥品監督管理總局審查通過了二代測序技術（測序儀及檢測試劑盒）用于胎兒染色體非整倍體（T21、T18、T13）檢測。2015年6月8日，國家發展和改革委員會（簡稱發改委）發布了《新興產業重大工程包》通知，新型健康技術惠民成為六大工程之一。首先，以遺傳性耳聾和唐氏綜合征等遺傳性疾病基因篩查為重點，推進基因檢測技術在遺傳性疾病、腫瘤、心腦血管疾病和感染性疾病等重大疾病防治上的應用，促進健康惠民。其次，快速推進基因檢測技術在遺傳性疾病大規模篩查上的應用，探索基因檢測技術在個人基因組檢測、基因身份證等新領域的產業化應用。

分子生物學技術成為了臨床醫學診斷、用藥的支撐體系，伴隨著個體化治療理念的逐漸深入，需要大量的相關檢測技術人才。但是傳統的分子生物學教學并沒有把相關的理論及技術體系與醫學的實際應用有機的結合起來，造成了人才培養與實際需求的脫節，一方面生物學專業的本科畢業生面臨著找工作困難的窘境，另一方面醫學及相關檢測機構需要大量的檢測技術人員，但普通的生物學專業本科生達不到相關的要求。隨著畢業生就業壓力的增加，很多新生剛入學就面臨著就業的迷茫，不知道畢業以后能從事什么樣的工作，甚至很多有轉專業的想法。因此，在進行專業授課時，尤其是分子生物學的授課時，改變既定的教學模式，適應社會發展的潮流就變得尤為重要了。

三、分子生物學課程講授模式探索

分子生物學的內容抽象復雜、講解困難，學生不易理解，所以我們選用了Robert Weaver 編著的《Molecular Biology》作為分子生物學教材，該書語言流暢、內容豐富、科學性強，通過實驗及結果分析得出相應的結論，易于理解；同時增加了學生的學習興趣，有利于培養學生的科學思維方式。在我從事分子生物學教學時，在開課之前進行了問卷調查，結果顯示，超過60%的學生列舉不出分子生物學相關技術的實際應用，更不了解其在醫學領域的應用。課余時間跟學生交流時發現：很多學生對這門課沒有清楚的認識，只是為了考試而學習，學生呈現出的問題是不知道學完分子生物學能做什么？將來能從事什么行業？針對學生的困惑，我改變了既定的教學模式，利用第一、二節課對分子生物學的技術體系及發展趨勢進行概述，并且與實際的應用尤其是在醫學上的應用進行了結合，解讀了相關的法規、政策文件，使得學生對分子生物學有一個概括性的認識，增加學生學習的積極性。在講到相關的分子生物學技術時，會對該技術的現實應用或最新前沿動態進行延伸，增加學生學習的信心。對于復雜的技術體系或理論體系，采取制作直觀、生動的幻燈進行講解，易于學生理解和掌握。同時鼓勵學生課前預習，課后查閱相關資料，加深印象；并組織學生進行相關資料匯總、交流，在課堂上進行分組討論，不僅增加了學生的學習興趣，還加深了學生的認識。通過靈活的、理論聯系實際的教學方式，學生對分子生物學的學習興趣十分濃厚，積極性非常高，達到了預期的效果。但是在教學過程中也出現了一些問題，如分子生物學實驗課與理論課的脫節，實驗課提前完成，與理論學習沒有同步進行，削弱了學生對相關實驗的認識及理解。在講到相關技術原理時，問答過程顯示，大部分同學并不能把相關原理與所做實驗進行有機的聯系，沒有起到加深認知的作用。建議在以后的教學過程中，理論講授與實驗操作緊密配合，便于學生理解。

四、分子生物學教學改革的一些建議

結合分子診斷技術的臨床應用，對分子生物學的教學改革提出以下建議：①對于復雜的理論與技術體系，采用多媒體教學與板書相結合的方式，易于學生理解掌握。②掌握著名科學家研究過程中的一些典故，增加教學的故事性及趣味性，提高學生學習的興趣。③加強分子生物學相關技術與實際應用的聯系，增加學生學習的積極性。④傳遞分子生物學技術在臨床應用的相關政策、法規，增加學生就業的信心。⑤相關技術的理論講解與實驗緊密結合，增加學生的理解深度。⑥理論聯系實際，帶學生參觀醫院的檢測平臺及醫學檢測機構的平臺，使學生有更直觀的認識。⑦推薦學生到醫院及醫學檢測機構實習，完成畢業設計，不僅完成了畢業論文，而且使得學生提早接觸社會，提高適應社會的能力。

五、展望

科學技術、社會經濟飛速發展的今天，社會對人才的要求和標準發生了很大的變化，要求高校對人才培養的目標也要隨之做出調整，這就要求對具體的課堂教學及考核方式提出了新的要求。隨著分子生物學相關技術在臨床的應用以及相關法規、政策的出臺，分子診斷技術相關檢測人員的需求會越來越多，如何應對新的發展形勢，增加生物學專業畢業生的就業渠道，增添就業信心就成為了相關領域教師教學迫切需要考慮的問題，尤其是分子生物學教學。改變現有教學模式，順應就業發展需求，不僅要培養出科研戰線的研究型人才，更要培養出相關專業技術人才，擴展就業渠道，滿足社會需求，促進社會健康發展。

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