高校基因工程課程內(nèi)容體系改革的思考與策略

趙慶新，耿榮慶，高學(xué)仁，孫遠(yuǎn)乾

（鹽城師范學(xué)院 藥學(xué)院，江蘇鹽城 224002）

高等教育現(xiàn)代化是中國(guó)特色現(xiàn)代化的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)人才現(xiàn)代化的路徑，是驅(qū)動(dòng)我國(guó)整體現(xiàn)代化的動(dòng)力源泉，而教材現(xiàn)代化建設(shè)是高等教育現(xiàn)代化的基本手段之一。我國(guó)工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教材內(nèi)容現(xiàn)代化，應(yīng)滿足如下幾個(gè)特征：實(shí)踐性和技術(shù)性要強(qiáng)，要有利于提升學(xué)生技術(shù)思維和技術(shù)水平；系統(tǒng)性和完整性要強(qiáng)，要有利于培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)設(shè)計(jì)能力和全面的技術(shù)掌控能力；時(shí)代性和行業(yè)性要強(qiáng)，要有利于學(xué)生與時(shí)俱進(jìn)，有利于培養(yǎng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代事業(yè)需要的人才。

目前，高校基因工程課程內(nèi)容體系切合現(xiàn)代化需求的優(yōu)化涉及我國(guó)生物工程、生物制藥、生物技術(shù)和生物科學(xué)等專(zhuān)業(yè)的建設(shè)水平和人才培養(yǎng)水平的提高，也與我國(guó)制藥、食品、環(huán)境、生物能源、農(nóng)業(yè)和林業(yè)等行業(yè)發(fā)展水平密切相關(guān)[1-3]。本研究以基因工程教材為案例，主要分析目前基因工程教材內(nèi)容體系存在的主要問(wèn)題、主要原因及策略建議。

1 目前基因工程教材內(nèi)容體系存在的主要問(wèn)題

1.1 實(shí)踐性與技術(shù)性不強(qiáng)

目前比較成型的基因工程課程教材是以實(shí)現(xiàn)重組蛋白合成的工程菌構(gòu)建為背景進(jìn)行編著的，普遍具有偏理論的特性，側(cè)重于介紹基本概念，以及回答“是什么”和“為什么”等問(wèn)題，未回答“怎么做”的問(wèn)題，其典型的缺陷在于未介紹引物和引物設(shè)計(jì)，而引物設(shè)計(jì)是基因工程實(shí)施過(guò)程中的第一環(huán)節(jié)和首要任務(wù)，否則所有基因工程都是紙上談兵。目前基因工程教材缺少引物和引物設(shè)計(jì)內(nèi)容，這種缺失初步?jīng)Q定了教材的實(shí)踐性、應(yīng)用性和操作性不強(qiáng)[4-6]。從課程角度看，基因工程課程屬性是技術(shù)類(lèi)課程和工程類(lèi)課程，上述所指的內(nèi)容缺少和缺陷，導(dǎo)致該課程技術(shù)性和工程性不強(qiáng)。

1.2 系統(tǒng)性與完整性不強(qiáng)

目前基因工程教材主要以重組蛋白合成的工程菌構(gòu)建為例介紹基因工程，但在交代基因工程的工具酶、載體、宿主等三大類(lèi)工具以后，并未系統(tǒng)介紹基因工程的主要過(guò)程和主要產(chǎn)物[3]。重組蛋白合成的工程菌構(gòu)建的主要過(guò)程是引物設(shè)計(jì)（獲得基于選用特定基因和特定表達(dá)載體背景下的引物序列）、基因克隆工程菌的構(gòu)建（獲得基因克隆工程菌）、基因表達(dá)工程菌構(gòu)建（獲得基因表達(dá)工程菌）和后期的蛋白表達(dá)過(guò)程[7-8]。而目前的教材內(nèi)容體系缺少系統(tǒng)性的工程技術(shù)體系特征，內(nèi)容上也缺少完整性。

1.3 拓展性和延展性不夠

重組蛋白只是基因工程的一類(lèi)，目前教材對(duì)其他基因工程的介紹過(guò)于簡(jiǎn)單和不全，未涉及基因敲除、反義mRNA、基因干涉等典型的基因工程類(lèi)型，也未涉及目前相對(duì)新穎的基因編輯等；另外，重組蛋白合成中，使用不同表達(dá)宿主時(shí)，選用表達(dá)載體和轉(zhuǎn)化方法都不同；使用不同生物來(lái)源的基因時(shí)，其模板種類(lèi)、特性和獲得方法也不同，需要全面拓展性闡述[4-8]。

1.4 時(shí)代性與行業(yè)性不強(qiáng)

目前，基因工程課程內(nèi)容體系的時(shí)代性和與行業(yè)關(guān)聯(lián)度不高。在介紹克隆載體、表達(dá)載體、克隆宿主、表達(dá)宿主、DNA 聚合酶、DNA 連接酶及DNA 限制性?xún)?nèi)切酶時(shí)，缺少對(duì)目前全球和國(guó)內(nèi)主要相關(guān)公司的介紹，以及對(duì)目前主要使用的表達(dá)載體的介紹，呈現(xiàn)與時(shí)代脫節(jié)、與行業(yè)脫節(jié)的狀態(tài)。同時(shí)，教材的思政內(nèi)容不夠豐富。目前基因工程的思政內(nèi)容與設(shè)計(jì)還未充分體現(xiàn)，我國(guó)的基因工程發(fā)展和研究現(xiàn)狀、主要重組蛋白產(chǎn)品案例、主要公司、重大技術(shù)發(fā)明、國(guó)內(nèi)外差異和優(yōu)勢(shì)比較、主要研究機(jī)構(gòu)和人物等內(nèi)容未有充分介紹，導(dǎo)致教學(xué)中學(xué)生家國(guó)情懷和科學(xué)技術(shù)情懷的培養(yǎng)達(dá)不到一定高度。

2 主要原因

導(dǎo)致目前基因工程教材出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因，可能有如下幾方面：教材展示基因工程內(nèi)容的角度存在不同；教材的工程性不強(qiáng)，理科思維較重，工科思維較輕；教材編著者的行業(yè)意識(shí)、前沿意識(shí)和現(xiàn)代化建設(shè)意識(shí)不強(qiáng)；教材編著中，思政內(nèi)容和專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的融合不夠；教材編著管理尚未形成較好的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，教材出版管理未形成較專(zhuān)業(yè)的審核程序。

3 改進(jìn)策略

3.1 增加引物設(shè)計(jì)內(nèi)容

引物設(shè)計(jì)的基本教學(xué)內(nèi)容在于介紹引物和引物設(shè)計(jì)。首先介紹引物設(shè)計(jì)需要考慮引物不能在基因內(nèi)部有識(shí)別序列，而在選用的表達(dá)載體內(nèi)部要有識(shí)別序列，選定加在正鏈和負(fù)鏈二端限制性酶切位點(diǎn)序列，再結(jié)合正鏈和負(fù)鏈的5’端35 ～40 個(gè)堿基的寡核苷酸序列，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，如適合引物Tm 值優(yōu)化和引物內(nèi)部或之間的二級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。另外，在基因工程內(nèi)容體系中，引物設(shè)計(jì)內(nèi)容適合放在基因工程三大工具內(nèi)容之后。

在教材中增加引物內(nèi)容是由引物設(shè)計(jì)在基因工程課程內(nèi)容和基因工程工作中的地位決定的。首先，引物是PCR 反應(yīng)體系的基本成分，其次，引物占據(jù)整體設(shè)計(jì)地位，引物設(shè)計(jì)相當(dāng)于整個(gè)基因工程方案的整體思路設(shè)計(jì)，引物設(shè)計(jì)需要考慮選用的DNA 限制性?xún)?nèi)切酶不能在基因內(nèi)部有識(shí)別序列和在選用的表達(dá)載體內(nèi)部要有識(shí)別序列。

3.2 完善基因工程內(nèi)容完整性

在介紹基因工程的三大基本內(nèi)容和引物設(shè)計(jì)內(nèi)容之后，需要介紹基因克隆工程菌的構(gòu)建、基因表達(dá)工程菌的構(gòu)建過(guò)程和實(shí)施基因表達(dá)過(guò)程等三部分內(nèi)容。（1）基因克隆工程菌的構(gòu)建過(guò)程，需要包含目的基因合成、目的基因合成后的檢測(cè)和純化、目的基因與克隆載體的連接、克隆宿主細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞的制備、連接體系轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞、克隆轉(zhuǎn)化子的篩選等內(nèi)容，最后得到基因克隆工程菌，該菌內(nèi)部具有目的基因連在克隆載體上的質(zhì)粒。（2）基因表達(dá)工程菌的構(gòu)建過(guò)程，需要包含從克隆工程菌獲得基因的克隆質(zhì)粒、雙酶切克隆質(zhì)粒、雙酶切表達(dá)載體、連接雙酶切的目的基因和表達(dá)載體、連接體系轉(zhuǎn)化表達(dá)宿主和表達(dá)工程菌的構(gòu)建。（3）實(shí)施基因表達(dá)過(guò)程需要包含表達(dá)前的表達(dá)工程菌的擴(kuò)大培養(yǎng)、表達(dá)誘導(dǎo)、表達(dá)發(fā)酵體系的液固分離、目標(biāo)蛋白的純化和鑒定等。

在教材中，增加基因克隆工程菌的構(gòu)建、基因表達(dá)工程菌的構(gòu)建過(guò)程和實(shí)施基因表達(dá)過(guò)程等三部分內(nèi)容并保持連續(xù)性，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基因工程的整體理念，有利于工作方案的制定和設(shè)計(jì)。

3.3 適當(dāng)增加其他典型基因工程內(nèi)容

基因工程課程教材需要增加其他典型基因工程的技術(shù)體系，并加以歸納比較。例如，增加基因敲除、反義mRNA、基因干涉等典型的基因工程類(lèi)型的技術(shù)體系，對(duì)相對(duì)新穎的基因編輯的技術(shù)體系也進(jìn)行適當(dāng)介紹等；對(duì)不同基因工程的基因克隆的共性部分進(jìn)行適當(dāng)歸納，對(duì)不同基因工程的敲除載體、反義mRNA表達(dá)載體、基因干涉載體，以及目的DNA 合成的不同要求進(jìn)行適當(dāng)介紹。對(duì)不同蛋白表達(dá)的宿主和表達(dá)載體，以及整合表達(dá)和表達(dá)載體表達(dá)的差異，也需要適當(dāng)拓展。

3.4 強(qiáng)化課程內(nèi)容的時(shí)代性與行業(yè)性

基因工程三大工具部分可對(duì)目前全球基因工程技術(shù)領(lǐng)域的主要相關(guān)公司和國(guó)內(nèi)主要提供基因工程工具酶、載體、宿主和有關(guān)藥品的相關(guān)公司進(jìn)行適當(dāng)介紹；在基因工程菌發(fā)酵表達(dá)蛋白部分，可適當(dāng)補(bǔ)充針對(duì)我國(guó)目前生物制藥領(lǐng)域的主要工業(yè)園區(qū)、主要公司和重組蛋白產(chǎn)品等內(nèi)容的介紹，并對(duì)我國(guó)的基因工程發(fā)展的重大技術(shù)發(fā)明、國(guó)內(nèi)外差異和優(yōu)勢(shì)比較、主要研究機(jī)構(gòu)和人物等進(jìn)行適當(dāng)介紹，全力提升學(xué)生的家國(guó)情懷和科學(xué)技術(shù)情懷。

3.5 教材編著與出版管理的策略思考

國(guó)家教材委員會(huì)、教育行政部門(mén)和高校把一流教材建設(shè)當(dāng)作一流專(zhuān)業(yè)和一流課程建設(shè)的核心任務(wù)，編著符合新時(shí)代人才培養(yǎng)需要的專(zhuān)業(yè)教材受到普遍重視。從教材編著管理方面，需要強(qiáng)化和優(yōu)化教材委員會(huì)、教育主管部門(mén)、出版社和高校等多級(jí)管理制度，完善和優(yōu)化專(zhuān)業(yè)教材編著與出版規(guī)劃制度，優(yōu)化教材編著申報(bào)制度，優(yōu)化教材專(zhuān)業(yè)水平和思政水平審查制度，可以適當(dāng)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外高水平專(zhuān)家盲審制度，建立編著者科技專(zhuān)業(yè)水平審核制度，杜絕教材編著中的無(wú)序和混亂現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

高校的基因工程課程教材內(nèi)容改革需要強(qiáng)化工科特色，增加基因工程方案設(shè)計(jì)和引物設(shè)計(jì)內(nèi)容，完善基因表達(dá)工程操作內(nèi)容的系統(tǒng)性介紹，拓展其他物種基因工程的表達(dá)載體和表達(dá)宿主，進(jìn)一步拓展增加基因表達(dá)以外的基因工程內(nèi)容，如反義RNA 抑制、基因沉默、基因編輯等，保證課程內(nèi)容的時(shí)代性與先進(jìn)性，需要從管理角度，完善教材建設(shè)的多層多級(jí)管理制度。