分子生物学的发展史
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分子生物学的发展史范文第1篇
众所周知，家猪缘自野猪的驯化。目前，野猪主要分布在欧亚大陆的南部，即分布于欧洲、北非和亚洲中部天山山脉的欧洲野猪，分布于中国大陆、台湾、爪哇、苏门答腊和新几内亚的亚洲野猪。相比之下，家猪的分布范围要大得多，几乎遍及全世界，其品种也千差万别、多种多样。家猪与野猪在形态和习性上的差别明显，家猪的下颌骨、头骨和泪骨较短，犬齿退化，鼻部上移，颜面凹陷，面部加宽，后躯加长，体重增大，体幅变宽，胃肠发达，腹围增大。它们一般白天活动，黑夜休息，性情也颇为温顺。人们不禁要问，凶猛的野猪是如何驯化为形态、习性迥然不同的家猪呢？家猪起源于何时、何地？系单一起源，抑或多个起源呢？诸如此类，皆为学术界长期关注的问题。多年来，国内外学者从不同角度，孜孜以求地探索家猪的起源与驯化，业已取得颇为丰硕的成果，然而，诸如驯化之初，鉴别家猪和野猪等关键问题，至今仍茫然无绪。本文在评述前人工作的基础上，着重探讨上述关键问题，尝试提出新的思路，希望能有助于研究的深入。
动物考古学的证据
考古学诞生以来，发掘成果日新月异、层出不穷，为探索家畜起源提供了颇为翔实的实物资料。当前，探索家畜起源主要借助于动物考古学的研究成果。一般说来，判断考古遗址出土的动物骨骼是否为家畜，主要依据以下三个原则：1、基于骨骼形态学的判断，即通过观察和测量，比较骨骼、牙齿的尺寸、形状等特征信息，以区分家养动物和野生动物。2、考古遗址中某些动物经过了古代人类有意识的处理，可认为属于家养动物。3、把动物的年龄结构及骨骼形态上的反常现象与考古学分析有机地结合在一起进行判断。
据报道，世界上最早的家猪发现于安那托利亚东南部的遗址土耳其之亚洲部分，其年代约距今9000年。我国迄今发现的最早家猪，一般认为是距今约8000年的河北省武安县磁山遗址。这一认识的根据如下：即1、该遗址窖穴中发现有完整猪骨，在其上面堆积着小米；2、绝大多数猪的年龄介于1－2岁间；3、猪上下臼齿的测量数据，与新石器后期遗址出土猪的数据相近；4、稳定碳同位素的分析表明，猪以4类植物为主要食物，表明与饲养相关。
关于新石器时代家猪饲养的前提条件，袁靖先生认为有以下三条：1、传统狩猎获得的肉食已显不足，需要寻求新的肉食资源；2、居住环境周围存在着一定量的野猪，容易获得驯化对象；3、农产品有了一定的剩余，为家猪饲养提供了足够的饲料。由此可见，出土了许多猪骨的广西甑皮岩遗址距今约10000年，因不满足上述条件，故不能认为是家猪的发源地。与此同时，有关专家正在积极探讨河南舞阳贾湖遗址距今约9000年的出土猪骨，不久应有明确结论。
借助分子生物学方法，是研究家猪起源的另一重要途径。分子生物学理论指出，长期的进化道路上，生物的DNA分子既保持着基本稳定的遗传，又容忍偶然变异的产生。显然，DNA分子的遗传稳定性，保证了亲代与子代之间的遗传连续性；而DNA的变异，又使得子代与亲代出现差异，导致了物种的进化。研究表明：突变导致的DNA中核苷酸序列的改变，与时间的累积成正比，即时间越长，DNA中核苷酸序列的改变越大。这种变化的速率是恒定的，两种生物分离的时间越长，其分子的差异则越大，这就是所谓的“分子钟”。这样，若探明现存物种DNA的核苷酸序列，便可望估计它们共同祖先的分离时间，即其物种的起源。由于动物体内的线粒体DNA，简写为DNA具有母系遗传、变异速率快、拷贝数目多的特点，故常将其作为研究物种系统进化的首选。
等首先利用限制性片断长度多态性分析了家猪包括亚洲猪和欧洲猪、日本野猪的DNA限制性酶切图谱，结果发现亚洲猪和欧洲猪存在着很大的遗传差异，表明两者应有独立的起源。等对29个中国地方猪种、1个欧洲猪种以及野猪的DNA也进行了分析，除证实了的研究成果之外，还发现中国野猪与中国家猪更为接近，暗示着中国地方猪可能只7DNA序列与欧洲野猪密切相关，而另外一些则与亚洲野猪密切相关，表明家猪应分别缘自欧洲和亚洲野猪的驯化。之后，蒋思文等对中国9个品种的140头猪的线粒体控制区440和细胞色素基因798的作了系统发育分析，而等对中国梅山猪、瑞典长白猪以及两个欧洲野猪的MTDNA作了近全序列分析，其结果均证实了欧洲家猪和亚洲家猪分别起源于亚洲野猪和欧洲野猪，即现代家猪有着两个母系起源。
此外，各学者还利用“分子钟”理论估算了家猪的起源时间。等首先根据哺乳类动物MTDNA每百万年2％的进化速率，估算出欧洲家猪和中国家猪可能在280000年前来自同一祖先。等则认为两者分离的时间大约为500000年前。等的研究成果揭示了中国地方猪种和欧洲野猪的MTDNA序列变异发生在413000－875000年前，亚洲野猪的变异发生在7000－15600年以前，即亚洲家猪的驯化发生在7000－1600年前。等估计亚洲家猪与欧洲家猪的分离时间为90000年前。从以上数据可以看出，利用分子生物学推断出家猪的起源时间绝大多数远早于考古实物资料，其原因尚需进一步研究。需要指出的是，各项研究估算家猪起源时间的显著差异，与分子标记及核苷酸序列的不同选择密切相关。
中国国土辽阔，养猪历史悠久，各地气候和自然环境差异很大，形成了众多的种。研究指出，若按自然地理环境条件、社会经济条件以及外形、生态特点来考虑，中国家猪可以分为：华北型、华南型、华中型、江海型、西南型和高原型等六大类型。至于中国家猪的起源问题，兰宏等利用RFLP技术，分析了我国西南地区家猪和野猪的MTDNA，发现西南地区的家猪与当地野猪极为相近。而常青等对华东地区家猪和野猪的随机扩增多态DNA，简称作了分析，结果表明：长江下游江苏地区家猪的品种或类群内，变异幅度相对较小，群体的遗传趋异程度处于较低水平；而华东地区的家猪和野猪可能起源于一个共同的祖先。之后，等和等的研究成果，均证实种的遗传资源缺乏，其暗示着中国家猪的单一起源，而各地猪种的不同表型应为人工长期选择的结果。 聚合酶链式反应，简称技术的出现和成熟，使人们可望通过古代猪骨DNA的分析，更直接地探索家猪的起源与进化。2002年，等根据DNA控制区域的核苷酸序列分析，复原了日本冲绳岛考古遗址出土猪骨的DNA，并对其与现代野猪、琉球群岛、日本岛、亚洲大陆等地家猪之间的关系进行了探讨。他们指出，古代猪系东亚家猪血统，与琉球群岛的本地野猪相关；清水贝丘遗址弥生－和平时代，出土的猪，出现一个独特核苷酸的插入现象，表明其与琉球群岛的现代野猪有所不同，反映了在弥生－和平时代早期或更早一些时候，亚洲大陆的家猪已被引入到冲绳岛。综上所述，不难预见，随着分子生物学理论和技术的不断成熟，利用古代DNA技术，探索家畜起源及发展的工作必将日益增多。
存在问题
无疑，家猪起源的研究业已取得了显著的成就，然而，随着研究的深入，新的问题也不断出现，需要进一步思考和探索。众所周知，野猪经驯化演变为家猪，其过程极其缓慢。而在驯化初期，家猪和野猪间，形态上几乎没有差别，甚至完全没有差别。欲鉴别这一时期的家猪和野猪，主要依赖于形态学研究的动物考古学显得无能为力。即便利用古代DNA技术，原则上也同样难显其能。这一点是最令人困惑的。此外，就目前而言，分子生物学的工作还主要集中在MTDNA方面。而MTDNA是一个单位点的分子标记，具有一定的片面性，难以揭示父系血统对后代基因的作用和影响。实际上，已有不少学者对此提出了质疑。
思 考
袁靖先生认为，人类获取肉食的模式，按时间先后可分为三种，即依赖型、初级开发型和开发型。早期，渔猎是肉食的主要来源，肉食的丰富程度与获取的难易，完全受环境资源的制约，这种获取肉食的模式称为依赖型。之后，除渔猎外，人们学会了某些动物的驯化，开拓了获取肉食的新资源。此时，肉食资源还主要以渔猎为主，原始畜牧业仍然居于辅助地位。这种模式被称为初级开发型。随着畜牧业的发展，渔猎的比例逐渐下降，人们的肉食来源发生了质的飞跃，即肉类的大部分来源于某种驯化家畜，周围环境野生动物已下降成为肉食的次要来源，人们将这种模式称为开发型。显而易见，家猪的起源应当发生在初级开发型阶段，即驯化的开始阶段。
认为，所谓驯化，就是经过不同世代的变异积累和环境诱发产生的发育变异之后，一大群动物逐步适应人类需求和封闭环境的过程。等的驯化定义为：改变动物或植物的遗传特征，使之更符合人类需求的过程。则认为，野生动物的驯化，需要满足以下条件：1、固定的食物来源；2、生长相当迅速；3、在封闭环境中繁殖；4、性格柔顺；5、不易惊慌等。以上学者的意见，可将家畜的驯化条件归纳如下：1、动物在人类的干预下经过世代的积累；2、动物与人类的关系极为密切，其食物主要来自人类的供给。显然，如何采用科学方法判断这两个条件是否形成，当是探索家畜起源的关键所在。具体说来，有如下四种方法：
1、食性分析。相对而言，家猪的栖息环境较为狭窄，其食物的来源也十分稳定，并与饲养者的食物基本一致。因此，若以考古遗址出土猪骨为对象，分析它们的稳定同位素和微量元素，了解它们的食性及其变化，并与先民们的食谱相比较，探讨两者之间的关系，可为家猪的起源提供重要的信息。
2、古代DNA研究。驯化初期，交通极为不便，文化交流颇为困难，猪只能近交繁殖。这样，利用、微卫星等多位点分子标记，可望捋清古代猪个体间的亲缘关系，进而探明它们的世代和谱系关系。无疑，若发现有三代关系，即可推断猪已驯化。
分子生物学的发展史范文第2篇
人类将步入21世纪，我国精神医学的发展也将进入一个新的时代。
1 生物精神医学的发展
21世纪初，将完成精神疾病群体遗传学、遗传流行病学研究，精神疾病遗传学研究将从细胞水平向分子水平过渡。从分子生物学探索精神疾病的病因将得到全面的发展，重点在Alzheimer病、精神分裂症及情感性精神障碍候选基因的研究。随着分子生物学技术的持续发展和人类基因组-环境基因组计划的完成，精神科各种疾病和致病基因将被陆续克隆，在此基础上，21世纪的后期将可能开展对精神疾病有效的基因治疗，从而完成精神医学发展史上一个质的飞跃。
20世纪60年代开始提出的各种神经生化假说(主要指经典神经递质假说和神经肽假说等)，将在新世纪陆续得到验证；随着神经生物学对各种与精神疾病有关的功能蛋白(包括受体、代谢酶等)性质的了解，各种精神疾病的发生机制也将得到阐明。在20世纪80年代后，CT、MRI、SPECT等现代先进检测仪器开始用于精神医学，使神经影像学在精神医学领域有了初步的发展。21世纪我国各大城市将逐步装备PET仪在临床科研中应用，精神医学的脑功能影像学将出现一个新的研究热点，对活体脑部受体的研究将彻底取代20世纪在精神病患者尸体脑组织上的研究，这对克服许多实验不稳定因素对研究结果的影响是一个很大的进步。
20世纪90年代热衷于寻找直接服务于精神疾病临床诊断的某些精神生理学标志，虽然探索的结果往往自相矛盾、莫衷一是，但这方面的工作在新世纪会得到加强，除了在脑电生理、眼球运动等方面的研究继续深入、推广之外，新的、更多的精神生理学标志将被应用于临床辅助诊断。
免疫学、神经内分泌学等多种学科与精神医学的结合发展也势所难免，精神医学将出现相当多个互相联系但又独立性极强的分支学科，是21世纪精神医学发展的体现。
2 联络精神医学的发展
在步入21世纪后，心理卫生知识将得到普及，内外科医师对心理障碍的识别率将大幅提高，市级综合性医院将建立精神科联络-会诊机构，并且有专门的心理工作者和精神科医师参加临床各科的防治工作。
3 社区精神医学的发展
康复精神医学在新世纪中也将得到充分的发展，以功能训练、全面康复、重返社会和提高生活质量为宗旨，逐步建立适合我国国情的社区康复模式，造就一批从事精神康复的专业工作者，以及社区服务工作者，广泛地推行各种技能训练、社区病例管理及某些职业康复方案等，以促进精神病人的心理社会性康复。这使精神卫生服务社会化变得十分紧迫和必要。
4 精神卫生机构领导和医护工作者应作的努力
21世纪精神卫生机构领导和医护工作者应作的努力主要包括以下几个方面：
(1)人才队伍的建设 精神医学的发展主要靠科研、临床、社区服务三支人才队伍的建设。新世纪精神医学分支学科的大发展主要靠科研队伍，我们需要通过自我建设、同国际先进国家合作交流，尽量同国际接轨，进行大量的跟踪性科研，缩短同国际先进水平的差距，以便在新世纪中进行更多的创新性研究，赶超国际先进水平。其次，随着精神医学的发展，强大的临床队伍是必不可少的，使疾病病因学理论、药理学理论付诸实践，更好地为患者服务。社区服务队伍的建设和壮大是21世纪精神医学发展的特色，这支队伍使精神医学走向广阔的社会，使精神医学充满生命力，也是精神医学在21世纪发展的标志。
(2)精神卫生知识的普及 21世纪人人关心精神卫生、人人了解精神卫生的普通知识、人人接受精神卫生教育，对在社区开展疾病的一级预防具有决定性的意义，也是精神卫生工作者的工作得到社会普遍支持的主要途径。
(3)提高临床服务质量 随着临床诊断从症状描述性的表层向分子水平深层的转化，临床诊断的准确性在不断提高，我们对临床分类与诊断标准的要求也不断提高。21世纪生物学的高度发展可能使目前的精神疾病分类标准发生根本性的变迁，比如，“精神分裂症”可能依据某些生物学指标而分成多个不同的较为合理且有说服力的新疾病类别，而“神经症”属下的8种疾病类别也可能依据某些生物学指标而重新组合分类；另外，新的诊断标准中必定会增加许多可靠的生物性指标，并且会出现许多疾病“早期诊断”的标准。转贴于
生物、心理、社会精神医学的高度发展，也使将来临床的治疗水平逐步提高，对因治疗将成为主流，对症治疗手段也增多且更有效。疾病发生机制、药物作用机制的阐明，使开发更有针对性、更有效的药物成为可能，使治疗更有的放矢，治疗精神疾病将像治疗内科其它疾病一样可做到标本兼治。
分子生物学的发展史范文第3篇
关键词：生物信息学；生物技术；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）36-0197-03
一、生物信息学课程的教学背景
生物信息学（Bioinformafics）是一门集数学、计算机科学以及生物学等多学科交叉而形成的新兴热点学科，实质就是利用信息科学与技术解决生物学问题。它的内涵目前包含了分子生物大数据的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面。依据分子生物大数据的类型不同，生物信息学的数据对象分布在基因组、转录组、蛋白质组等不同水平层次的数据以及跨层次的转录调控、转录后调控和表观遗传修饰等纵向连接。依据学科任务的不同，生物信息学一方面要组织好生物大数据的储存和获取，一方面要开发优良的算法和工具软件对生物大数据教学分析，同时还要利用这些生物大数据和工具来产生新的生物学认识，为下游的湿实验生物学家提供理论依据和指导。近年来，随着高通量生物大数据检测技术，如基因芯片技术、高通量测序技术等的发展，生物信息学已经在生物、医学、药物开发、环境保护以及农业应用等众多领域普及推广了起来。大量的生物数据急迫地需要处理，相应地产生了对生物信息专门人才的广泛需求。
因此，《生物信息学》课程也快速地在各院校大学生教学中开展了起来，甚至在局部高校产生了生物信息学本科专业。然而在实际的教学中也伴随着种种问题，影响了该课程的教学效果。本文现就近年来在生物背景的学生中所开展的生物信息学的教学实践浅谈一点体会，对其存在的问题和对策作一论述。
二、生物信息学课程教学改革
（一）教学内容特点
生物信息学属于多学科交叉学科，需要在分子生物学、遗传学、高等数学以及计算机编程等的课程基础上进行讲授。不同学科基础以及不同来源的生物数据反映在教学内容上，生物信息学的一个特点就是信息量大。它囊括了概率统计、计算机语言、人工智能和机器学习、生物数据库介绍、序列比对、分子进化分析、基因组序列分析、基因注释与功能分类、基因表达谱分析、蛋白质表达与结构分析、生物分子网络以及计算表观遗传学等众多的内容模块。
从历史发展角度看，这些内容以基因组测序为主体，生物信息学的发展可以划分为3个阶段：前基因组时代、基因组时代以及后基因组时代（又称为功能基因组时代）。以人类基因组计划的完成为时间节点标记，目前的生物信息学已经进入到了功能基因组学时代。因此，体现在当前的生物信息学教学内容上的另外一个特点就是“新”。
（二）教材的选择
生物信息学教学内容的以上特征要求在教材的选择上更需要全面衡量考虑。由于对生物信息学知识的大量需求，目前教材市场上的相关书籍也琳琅满目，选择余地较大。我们推荐的教材是科学出版社2010年第二版的Instant Notes Bioinformatics，由T. Charlie Hodgman等人编写[1]。这本书的教学内容以基因组的生物信息学分析为主体，兼顾概率统计、机器学习、代谢组学等数理基础知识和后续功能基因组分析。其中尤以序列比对、打分矩阵、系统发育树的构建分析为核心内容。这种课程设置把庞大的生物信息学体系缩小集中在了序列分析部分，这样既便于学生系统充分地掌握生物信息学知识，又兼顾了学科的发展基础和趋势。
另外，本教材为英文教材，这适应了生物信息学快速发展的要求，让学生近距离地体验到学科前沿气息。为了扩大学生的知识渠道来源，我在教学中推荐了几种不同类型的参考书籍。其中，David W. Mount编写的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和本校陶士珩教授主编的《生物信息学》，在教学内容以及体系上均和本教材较为相近[2，3]。乔纳森.佩夫斯纳著，孙之荣主译的《生物信息学与功能基因组学》则更侧重功能基因组学的内容[4]。李霞主编的《生物信息学》在内容全面、丰富的同时，也较为侧重功能基因组学的内容，同时还强调在医药卫生领域的应用和研究热点[5]。
该书使用了彩印版，同时伴有光盘、习题集以及参考答案，目前在教材市场上较为受欢迎。最后，考虑到生物学背景的学生在计算机实际动手能力方面相对较为弱势，我在教学中还特别推荐了几本结合生物信息学与编程语言的书籍供同学们课后学习。这些教材包括：A.基于Perl语言的《Beginning Perl for Bioinformatics》、《Mastering Perl for Bioinformatics》；B.基于R语言的《R Programming for Bioinformatics》；C.基于Python语言的《Bioinformatics Programming Using Python》[6-9]。
（三）学时和考核方式的设定
生物信息学课程尽管面临学科发展的迫切需要，教学内容广泛而众多，但由于大学本科生的学时学分限制，目前我们的相关教学仅包括32学时的理论学时以及两周的生物信息学实习。为了弥补学时不足的限制，我们更突出强调了实际表现的考核方式。考核成绩中的平时成绩由30%上升到40%，包括平时表现、随堂测验以及课后作业等。
（四）存在的主要问题与解决办法
1.激发兴趣。由于所教授的学生为生物学背景，不少学生均对数学、计算机等数理课程较为恐惧，缺乏学习兴趣和韧性。这是本课程讲授过程中所面临的第一大问题。为此，我尝试了多种教学办法进行解决，取得了一定的效果。
（1）去除学生的恐惧心理。从心理学上讲，恐惧的形成源于过去失败经历的阴影以及对于未知事物的不确定性。因此，我在教学中注意突出生物学在生物信息学中的重要地位，以生物信息学领域的成功科学家为例，破除以往失败经历的阴影。同时，适当地浓缩教学内容，降低学生对未知事物不确定性的恐惧。
（2）激发学习生物信息学的热情。通过教学的互动，让学生在互动中消除对生物信息学的陌生感，熟悉生物信息学，激起学习的欲望。
（3）在学习中感受生物信息学发展的脉搏。通过介绍生物信息学的发展史，对比历史上类似的科学发展历程，让学生深刻地领悟到当前的生物信息学在学科史中的定位。
（4）在实践中感受生物信息学的魅力。比如，在进行系统发育树构建的讲授中，同学们可以看到由于数学算法的使用，原本枯燥无味的序列数据居然能够反映物种和基因的进化历程。通过教学中的改革实践，同学们的学习兴趣有了较大的提升。
2.夯实基础。生物学背景的学生另外一个特点是数理基础和计算机语言编程能力相对较为薄弱。在教学过程中，我首先注意引导学生扬长避短，充分发挥学生在生物学理解能力上的优势，避免进入基础性的数学算法纠缠中。同时，让学生认识到，作为一个交叉性的学科，生物信息学的上下游学科链较长，同学们可以根据自身条件选择进入不同的环节。比如，擅长基础性的算法工具软件开发的同学可以进入上游的理论环节，擅长生物学理解的同学可以使用这些工具进入下游的生物信息应用领域。第三，在课程设置上，着重加强生物信息学方向的数理基础课程，比如生物统计、Linux以及Perl语言等，改善生物技术专业的学生在生物信息学方向的薄弱环节。最后，向同学们强调，注意在学习的过程中提高学习能力才是根本。让同学们意识到，基础不是问题，只要提高了学习能力，持之以恒地去实践，均能学好本门课程。
3.紧跟前沿。生物信息学是一门前沿性很强的学科。为了既能提高学生的知识水平，又提高学生的学习能力，这就要求在教学中既要恰当地剪裁知识结构和体系，又要有提供充分的学习锻炼空间。为此，我们将课程设置为双语课程，这样做的好处是既不耽误知识的学习，又能适当地提高学生的适应能力，为学生在将来英文环境较普遍的生物信息学领域中的学习研究应用打下扎实基础。同时，为了更适应将来学生对生物信息的使用环境，同时也为了降低难度，我们的双语课程更侧重阅读、理解能力的提高，以避免简化为英语学习课，和普通的英文课程内容的重叠。另外，前沿性很强的生物信息学处处蕴藏着创新的机会，在教学过程中，我注意鼓励学生的创新意识。比如，学生在上课过程中的一些小想法，我鼓励其大胆投入，形成研究性论文。
4.注重实践性。生物信息学在教学中既要注重对学生思维方式的转变的教育，形成用生物信息学去看待生物大数据的思想，而不仅仅是解决某个具体生物学问题的“小工具”，又要求学生在课程学习中具备一定的实践能力。由于长久以来的教育体制和学习习惯的制约，同学们的学习重点仍然集中在知识的记忆、考试的应付上面，缺乏对实际动手能力的正确认识。这给生物信息学这门课程的教学，特别是实践教学带来了较大的压力。为此，我在教学中着重采用身边的典型案例教学法进行教学。比如，以往届学生由于其突出的实践能力最后促成了他毕业就业的成功为例，说明动手能力的重要性。贯穿在课程教学中，我对学生实验课程的理念是鼓励其独立自主地完成实验，尽量少干涉，允许其在实践中犯错误，在犯错中学习提高。经过思想观念的转变、实践中的反复雕琢提高，学生们的实践动手能力都得到了较好的提升。
三、结语
生物信息学是一门快速发展的新型热门学科，其发展与生命科学发展是相辅相成的。本文针对《生物信息学》的教学进行了一些探讨，特别是针对生物背景学生的教学进行了深入集中的研究。
本文认为，只有激发学生的学习兴趣，夯实基础，注重实践动手能力，紧跟学科发展前沿趋势，这样才能切实做好生物信息学的课程教学工作，提高该课程的教学质量，以此满足我国目前该领域对人才的教育需要，培养出具有一定的实践操作能力和很强的创新能力的大学生。
参考文献：
[1]T.Chalie Hodgman AF，David R. Westhead.生物信息学导读版[M].北京：科学出版社，2010.
[2]Mount DW （2002） Bioinformatics Sequence and Genome Analysis：科学出版社.
[3]陶士珩.生物信息学[M].北京：科学出版社，2007.
[4]乔纳森.佩夫斯纳.生物信息学与功能基因组学[M].孙之荣，主译.北京：化学工业出版社，2009.
[5]李霞.生物信息学[M].北京：人民卫生出版社，2010.
[6]Tisdall J （2001） Beginning Perl for Bioinformatics：O'Reilly.
[7]Tisdall J （2003） Mastering Perl for Bioinformatics：O'Reilly.
[8]Gentleman R （2008） R Programming for Bioinformatics：Chapman & Hall/CRC.
[9]Model ML （2009） Bioinformatics Programming Using Python：O'Reilly.
分子生物学的发展史范文第4篇
关键词：微生物学实验课程；多学科融合；教学改革；教学质量；创新能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0108-03
微生物学是生物学和生命科学领域中极为重要的基础性学科，同时也是生物工程和生物技术专业的核心课程。由微生物学的发展史不难看出，该学科最重要的特征就是具有实验性和实践性，同时具有很强的应用性。微生物学实验教学既是对微生物基本理论的深化和巩固，又是培养学生观察能力、动手能力、分析问题和解决问题能力的最有效途径，更是培养学生创新能力、科学思维和提高对本专业学习兴趣的重要手段。因此，在开设微生物学课程时，微生物学实验也是既重要又十分必要的课程。我校的生物工程、酿酒专业和生物技术三门本科专业尽管分属于工科、理科性质，但均侧重于培养本领域具有国际视野、创新思维和解决实际问题的高素质人才。特别是我校“国家生命科学与技术人才培养基地”的人才培养目标明确定位为“培养适合社会发展的具有创新精神、实践能力和创业能力的新世纪高层次工业生物技术人才”。同时，微生物学是多个相关学科的联系纽带，特别是生物化学、分子生物学、细胞生物学和发酵工艺学等本专业的学科平台课程和专业核心课程，均依赖于微生物学科的支撑。同样，微生物学和微生物实验课程的知识体系、基本理论和前沿进展又离不开其他学科的支撑，因此，在学科交叉与知识融合的背景下，在本科课程设置和教学模式改革中，我们特别注重微生物学实验教学的教学模式改革和实践效果。
一、微生物学实验课程的传统教学模式及不足
微生物学实验是微生物学的重要组成部分，也是微生物学教学的重要环节。从培养人才目标上来看，微生物学实践教学与微生物理论教学具有同等重要的地位，甚至更高。就我校生物工程专业，微生物学理论课程设定40学时，而实验课程设定48学时，这也从一定程度上反映了实验教学的重要性。传统的实验教学虽有区别，但总的来看多以单元操作实验、结果验证实验为模块进行课程设置，其出发点是以掌握基本实验技能，加深基本概念和理论为目标的。就其出发点来看，传统的实验教学设置课程体系是发挥了良好的效果。但是，对照培养高素质、宽口径和创新型生物工程人才的培养目标来看，传统的实验教学仍有一些不足之处，概况起来有以下几点。一是在主观认知上，认为实验课的目的是验证课堂讲授的理论内容，常采用实验课堂上教师单纯讲解示范，学生一味跟踪模仿，造成了学生被动接受知识的效果。长此以往，实验教学形式僵化，学生上课兴趣降低，导致最终的教学效果很难达到预期目标。二是实验教学内容的设计上呈现点状式、碎片化特征，验证实验过多，综合型、设计型实验环节较少。这种实验内容的设计优点是强调对基础实验技术的掌握，但是很难充分激发学生的创新思维和探索未知世界的兴趣。三是实验安排上采取每周有实验，理论课和实验课并行的特征，导致一些连续性的实验难以及时完成。这种实验课程学时的安排布局看似合理，实则不符合微生物学实验的基本规律，因为有些微生物学实验需要半天、一天甚至更长时间才能完成，而零碎的时间打断了实验的节奏，导致不可预知的实验结果，更为重要的是没有给学生充分的时间去思考、分析和吸收消化所学知识，教学效果肯定大打折扣。为此，我们在吸收、总结传统实验教学精髓的基础上，根据工科专业人才的培养特征，探讨和尝试了一些微生物学实验课教学的新举措。
二、微生物实验教学改革的探索与实践
1.微生物实验课程的体系改革。传统的微生物学实验主要包含无菌技术、染色技术、纯培养技术、显微技术这四大技术。如前所述，一方面，这些实验技术是基本的微生物学实验操作，随着生命科学特别是微生物学科的快速发展，仅仅开设这样实验内容是跟不上学科发展的步伐的，因此微生物实验教学体系结构也要有相应的改革和创新，必须体现新内容、新技术、新方法和新进展。另一方面，实验课程通常将这些实验技术分散在相对独立的实验单元中，各单元之间缺乏方法和内容的有机结合，形成割裂的教学效果，难以有效地培养学生完整的知识体系，融会贯通的理解能力。这种传统的教学形式不利于创新型人才的培养。因此，我们在课程实验教学环节，重构课程实验的教学内容和课程体系，增加综合和设计型实验比重，进行基本技能和创新能力的交叉递进式培养。
首先，通过单元操作技能训练，培养学生的基本实验技能（即染色技术、显微技术、无菌技术、纯培养技术）和动手能力。本部分内容主要包括细菌、放线菌、酵母和霉菌的形态学特征；微生物培养基的配制和接种；微生物培养基的配制与灭菌等。单元操作训练是认识微生物、了解微生物的入门技能，也是开展微生物学研究和微生物工程必备基本技能。在开展单元实验过程中，为提高学生的积极性和实验兴趣，首先结合教学录像进行讲解，在实验的关键点设置思考题，在观看录像过程中，老师随时就问题和学生互动，让学生对实验原理不仅要知其然，还要知其所以然。在问题设置上要能够从细节入手，让学生学会知识的交叉运用、思维方式的灵活拓展。如在进行培养基灭菌实验中，首先设置问题1：常见的灭菌方式有哪些？其适用范围和特点有哪些？根据所学理论知识和老师引导，学生很容易回答这个问题。接着，设置问题2：无菌操作时，超净台面和双手表面如何杀菌？通过这个问题与接种操作技术结合起来。设置问题3：我们在消毒时为何用70%左右的酒精而不是用无水乙醇？通过这个将微生物学和生物化学两个学科进行了有机交叉，实现了知识的融合。紧接着设置问题4：如果工程发酵罐中发现了噬菌体污染，如何消毒？这个问题将理论问题与发酵工程相结合，该问题要求学生既要掌握理论知识，也要熟悉发酵工业才能很好地进行回答。通过四个环环相扣的问题实现了知识的迁移、交叉和融合。其次是通过综合实验设计，强化学生基本实验技能和微生物学基础理论知识的应用。在这一部分中，首先由教师将一系列独立单元实验设计成围绕为解决某一模拟课题而展开的系列关联的实验环节，然后学生利用微生物理论知识结合基本实验技能，在遵循微生物基本原理基础上在一定范围内自主选择实验对象。让学生学习和掌握相关的实验技术和方法并学会对不同实验结果进行分析比较。以自来水中大肠杆菌菌群检测为例，利用微生物的生理生化实验进行微生物的鉴定，并对照水质检测的国家标准来安排实验。在这个实验过程中，不仅利用了微生物学基本实验操作，而且还将大肠杆菌的形态学特征、生理生化特征以及菌种鉴定等知识融合到实验中。更为重要的是，让学生直接认识到微生物特别是大肠菌群在水质监测中作为指标菌的重要应用。再次，通过设计型实验，提升学生利用微生物学理论和实验技术开展工业微生物菌株选育的能力。在这一层次上采用学生自主设计、老师负责把关的开放式实验教学模式，强化工程概念和实践特征。学生通过完成前面两个阶段的实验，对微生物基本理论和实验技能有了较好的理解和掌握。在此基础上，开放式的实验教学按照自由组合分组、独立设计实验方案、协同完善内容安排、时间分配，强调团队合作的基本原则开展实验。老师在整个过程中要起着引导、启发作用。例如：以“从自然界中筛选产酸性淀粉酶（或有机酸）的芽孢细菌”研究课题开展实验为例。学生需要完成如下工作：通过生境分析明确采样地点；完成采样并查找或自行设计快速检出方法；进行富集和选择培养；筛选获得相对优良的产生菌株；初步鉴定和发酵实验。整个环节的完成不仅可以提高学生对实验课的学习兴趣，强化团队协作能力，更重要的是使他们获得一个真实的实验研究过程的锻炼。最后，设置交叉学科的创新课题，引导学有余力的同学积极参与授课老师的相关科研课题，激发学生对生物工程和生命科学的兴趣。如前所述，微生物与分子生物学、生物化学、遗传学、生物信息学等学科有着广泛的交叉与联系，当今工业微生物育种技术在多学科交叉融合的发展趋势下取得了长足的进步。因此，培养创新潜力大、科研素质高的学生，普通的实验设计难以满足需要。我们在不断的探索过程中，初步形成了创新课题的形式，让部分学生真正参与到科学研究的第一线。创新课题实验按照学科交叉、由易到难、注重创新的原则设置。在学生能够独立完成小型课题的基础上，再进一步融入到研究生课题的探索中。如，以“表达绿色荧光蛋白的重组大肠杆菌构建”为课题，将微生物学、分子生物学、生物化学、基因工程、生物信息学等相关学科知识交叉、融合其中，让学生在探索中创新，在创新中实现宽口径、厚基础型的人才培养目标。
2.微生物实验课程的课时安排和考核模式改革。如前所述，传统的实验教学课时安排导致不适宜于微生物实验课程的开展。为了避免分散的课时导致教学效果的降低，教务部门在安排班级教学任务时，会统筹考虑不同课程的差异性，在协调优化课时安排的基础上，排出相对完整的时间安排微生物实验课程教学。另外，任课教师统筹利用下午和晚上连续较长的时间开展教学工作。实践证明，优化课程学时结构，合理安排教学课时能够保障实验的连贯性、一致性，提高学生的积极性，从而显著提升教学效果。考核是实验教学体系的重要环节，是评估学生学习成效的重要手段。传统微生物学实验考核方式相对单一，通常以实验报告为主，考勤情况等为辅综合评定的方法作为考核手段。这种评价方法尽管具有标准公平、成绩公正、易于操作等优点，不足之处在于导致学生仅注重实验结果和实验报告的书写，而忽视了实验过程中发现问题、分析问题和解决问题能力的培养，更重要的是这种考核模式难以真实反映学生对微生物学理论和实验技能的综合分析能力和创新能力。因此，我们也对微生物学实验课程考核方法进行了一些探索和尝试。
首先，我们认为考核的内容不仅应包括对实验原理的理解和基本实验技能的掌握，还应包括分析和解决问题的能力、团队协作精神以及科学严谨的态度。因此，实行实验过程与结果并重的考评方法对于培养学生良好的实验技能和求真务实的科学态度很有必要。
其次，在加强对实验课程的管理和考核规范的前提下，淡化和简化实验报告中操作步骤按部就班的抄写，注重结果分析和讨论，并在实验结束后布置一些开放性的思考题让学生完成。这样，不仅能促使学生通过查阅资料解决问题，增强其学习主动性和分析问题的能力，也能避免学生对实验结果作假和抄袭实验报告的现象发生。
再次，分类考核，全面考查。对于一次实验课能够完成的单元操作实验，指导教师应当场检查学生的实验完成情况和结果，发现问题当场指出并评定课堂表现成绩。教师将根据实验课堂表现和实验报告完成情况，对每个单元实验的综合成绩进行评分。对于需要多次实验才能完成的综合性和设计性实验，要求提供详细的原始记录、实验结果分析报告作为实验成绩考核的重要依据。
三、结语
江南大学生物工程学院的微生物学理论教学和实验教学在多年来不断探索和改革的过程中，逐渐形成了具有特色的学科平台课程。在教学过程中，微生物学理论课老师一般都要担任微生物学实验教学课程，这样老师能够更好地自主协调和平衡理论教学与实验课程在时间、节奏和进度上的合理安排，从而使二者能够相辅相成，相得益彰，整体上提高微生物学的教学水平和质量。通过单元操作实验、综合实验、设计实验和创新实验等由易到难、由浅入深的实验内容结构安排，对学生更好地理解和消化理论课，培养学生动手能力、创新能力有重要的意义。
参考文献：
[1]诸葛健，李华钟.微生物学[M].第2版.北京：科学出版社，2009.
[2]周宜君，刘越，戴景峰，等.微生物学实验教学改革探索与实践[J].微生物学通报，2009，36（10）：1609-1613.
分子生物学的发展史范文第5篇
宫颈癌是严重危害妇女健康和生命的妇科癌症之一，其发病与人瘤病毒（HPV）密切相关。近年来的资料表明，宫颈癌前病变（CIN）和HPV感染的年轻化趋势明显，因此，广大育龄妇女应高度重视。
宫颈癌是一种可以预防和治愈的肿瘤，主要因为：①宫颈癌发病有一个漫长的过程，从癌前病变发展到宫颈癌需10年左右时间，人们对它的自然发展史和扩散转移规律已有深入了解。②防癌普查可以早期发现宫颈癌前病变和宫颈癌，患者由此得到早期诊断和早期治疗。这样就可以降低宫颈癌发病率和病死率。
早期宫颈癌多数无明显症状，可有类似宫颈炎的症状和体征，因此容易被忽略和误诊。尽管如此，宫颈癌仍有一些早期迹象，如白带增多、有异味，接触性阴道出血、月经不调、阴道不规则出血或绝经后出血等/因此，有以上症状的妇女应及时到医院就诊，无任何临床症状的育龄妇女，也应1-2年作一次宫颈涂片细胞学检查，做到无病早防，有病早治。
宫颈癌的防癌检查顺序为：妇科检查宫颈涂片细胞学检查阴道镜检查多点活检+颈管刮术（必要时宫颈锥切）病理检查。另外，有条件时，妇女可同时做HPV检测和液基薄层细胞学检查。
由于半数以上的宫颈原位癌病人，其宫颈光滑，因此凡初诊病人，即使妇科检查无症状、宫颈光滑者，也应进一步做常规宫颈涂片细胞学检查。
宫颈涂片细胞学检查用于宫颈癌的早期诊断已有50余年历史，是最简便易行、经济有效的方法，也是宫颈癌普查中首选的初筛方法。20世纪90年代后，细胞学技术有重大进展，减少了细胞学的假阴性，提高了细胞学的诊断水平，敏感性可达95％以上。但宫颈涂片细胞学检查只是宫颈癌的辅助诊断方法，而不是宫颈癌确诊和治疗的依据。因此，医生认为可疑的病人应进一步做阴道镜检查。
阴道镜检查能迅速发现肉眼看不见的亚临床病变，在宫颈可疑部位取多点组织活检，可明显提高活检的命中率，与宫颈涂片细胞学检查联用，能显著提高癌前病变和宫颈癌的早诊率。如果宫颈涂片细胞学检查异常而阴道镜检查正常，应常规刮取颈管内膜，以防漏诊。阴道镜检查的局限性在于看不见颈管内的改变和不能鉴别无间质浸润等。此外，如医院无阴道镜设备，医生会采用简便的碘试验或肉眼观察。据中国医科院肿瘤医院报道，肉眼观察至少可检出1/2-2/3的宫颈病变。
宫颈活检和颈管刮术的病理检查是确诊和治疗宫颈癌的依据，常被称为宫颈癌诊断的金标准。当阴道镜检查阴性、宫颈涂片细胞学检查阳性或病变伸入颈管等时，应常规做颈管内膜刮术。
分子生物学的发展史范文第6篇
乳腺是女性哺育与性的符号,她象征着女性的阴柔,更是母爱的标志；她是女性美与爱、性感、自信的象征,是女性的“第二张脸”,更是生命的一部分；她决定着人们的婚姻、家庭幸福,决定着夫妻感情,决定着事业成功。随着社会的发展,女性“乳腺”已经成为人类文明进步的动力。乳腺癌是全球影响女性健康最常见的疾病,它使乳腺癌患者的身心健康、家庭、社会经济状况受到严重的危害,严重地影响了乳腺癌患者的生活质量,影响着人类文明的进步。随着医学的发展和人类文明的进步,医学模式从生物医学模式向生物-心理-社会医学模式转变,转变的医学模式反映了人类的三重属性,本质是人类文明的进步。从哲学的高度看待人体与人类,是辩证唯物主义的医学观,这对人们正确认识转变的医学模式意义更为重大。人是自然和社会的统一体,是自然属性和社会属性的统一。人的本质并不是单个人所固有的抽象物,在其现实性上,它是一切社会关系的总和。因此,对人生命价值的评价,不能只强调人的生命神圣,更为重要的是生命质量的价值,而生命质量是以社会经济文化背景和价值取向为基础,是人们对自己的身体状态、心理功能、社会功能以及个人综合状况的一种感觉体验。人生命的存在与生活质量是辩证统一的,既要讲生命的存在,还要讲生命质量并将两者统一起来。随着医学模式的转变,人们对乳腺癌的治疗提出了更高的要求,乳腺癌治疗的医学模式更加引起社会的关注。从心理学和社会学角度分析,乳腺癌根治术不仅使女性失去了乳腺,还失去了象征着女性阴柔和母爱的标志,失去了女性美与爱、性感、自信的象征,更是失去了生命的一部分,必然对女性的心理、家庭和社会生活形成负面影响。张超杰等曾比较分析保乳治疗和根治术治疗对乳腺癌患者预后的影响,结果显示：保乳治疗对Ⅰ~Ⅱ期乳腺癌患者的预后无差异,而保乳治疗乳腺美观满意度大多优良,明显提高了患者的生活质量。
2放射治疗是乳腺癌保乳治疗的基础和前提条件
乳腺癌保乳治疗源于基础理论的研究。目前手术和放射治疗是治疗肿瘤原发病灶及其周围亚临床病灶有效的治疗技术。手术和放射治疗比较各有优势。手术是治疗原发病灶最有效的治疗手段；通过扩大局部手术范围切除原发病灶周围的亚临床病灶,结果是创伤大,并发症多,手术死亡率高,并且使人体的形体美容和功能受到严重的破坏,治疗效果并不理想。放射治疗是消灭原发病灶周围亚临床病灶的有效治疗手段,是一种无创伤性治疗,治疗效果确切,治疗副作用少,痛苦小,可保留人体的形体美容和功能,对患者自身条件要求不高,易被患者接受；缺点是是对原发病灶的治疗疗效较手术差。随着分子生物学和免疫学研究的迅速发展,人们认识到乳腺癌是一种全身疾病,早期就发生区域和血行转移,盲目扩大手术范围的局部治疗并不能改善患者的临床疗效,同时由于放射治疗的优点弥补了手术的缺点,女性乳腺癌手术治疗经历了从小到大,再从大到小,最后到保乳手术的发展史,且手术治疗趋向小、快、精。大量前瞻性的临床对照研究证明：早期乳腺癌保乳手术加放射治疗与乳腺癌改良根治术治疗疗效相近。手术和放射治疗相结合,通过手术治疗乳腺癌原发灶和区域转移淋巴结,通过放射治疗治疗他们周围的亚临床病灶,既治疗了乳腺癌,又保留了乳腺的形体美容和功能,并减轻了患者的心理、社会压力,提高了患者的生活质量。乳腺癌保乳手术未做放射治疗的局部复发率是做放射治疗的3倍,乳腺癌专项病死率增加8.6%。乳腺癌保乳术后做放射治疗较未做放射治疗提高乳腺癌局部控制率,提高了乳腺癌的生存率,所以乳腺癌保乳术后必须做放射治疗。
3乳腺癌保乳治疗体现了放射治疗的文明
随着放射治疗技术的提高、放射治疗设备的改进、放射物理学与放射生物学深入的研究和乳腺癌生物学特性深入的研究,乳腺癌的放射治疗作用和策略越来越受重视。乳腺癌保乳放射治疗技术经历了常规放射治疗、三维适形调强放射治疗和部分乳腺放射治疗的发展史。常规放射治疗技术效果较好,但由于乳腺组织的不均一性,导致放射剂量分布不均一,影响乳腺的美容效果；部分肺组织和部分心脏(左乳癌)受到高剂量照射,导致少数患者肺和心脏并发严重的放射性损伤,影响患者的生活质量,甚至导致患者死亡。与常规放射治疗相比,三维适形调强放射治疗可以明显改善乳腺组织放射剂量分布的不均一性,并降低肺和心脏组织的放射剂量,减轻了肺和心脏组织的损伤。由于三维适形调强放射治疗技术达到更好的放射剂量分布,减少肺、心血管、胸壁等损伤,使长期存活的患者生活质量更好。常规放射治疗和三维适形调强放射治疗均为全乳腺放射治疗技术,均存在很多的缺点：①对于患侧乳腺其他部位的复发几率并没有明显的影响,可能存在过多的乳腺组织受到了照射。②对心脏、肺组织和胸壁组织产生影响,可能导致肺纤维化、心脏疾病(左乳癌)、肋骨骨折和继发恶性肿瘤等。③治疗时间长,给患者带来不便,严重地影响了患者的生活质量。④导致急性放射性损伤,如乳腺皮肤脱落、肿胀、疼痛及身体疲劳等。⑤导致晚期放射性损伤,如色素沉着、皮肤纤维化、持续的乳腺水肿和疼痛。这些缺点给患者带来了痛苦,使患者形成了心理、社会压力,影响着患者的生活质量。为了进一步提高乳腺癌保乳治疗患者的生活质量,人们开始探索保乳术后部分乳腺照射(PBI)。PBI的定义是对手术切除区域及其临近的乳腺组织进行照射。加速部分乳腺放射治疗(APBI)、多导管组织间放射治疗、腔内放射治疗、术中放射治疗、永久性粒子植入放射治疗等技术应用临床,并取得了满意的结果。APBI解决了放化疗的衔接问题,方便患者,减少对肺、心血管、胸壁的放射剂量。多项研究的初步结果显示,APBI对有适应证的患者而言,其疗效与全照射相同。随着PBI的不断发展,可以进一步降低正常组织的放射剂量,减轻放射性损伤,缩短治疗时间,提高美容效果和生活质量。
4小结
分子生物学的发展史范文第7篇
关键词： 免疫学 科学史 课堂教学
早在2002年第173次全国香山科学会议，我国科学家就得出结论：免疫学是生命科学和医学的前沿学科，其发展水映一个国家的综合科学实力[1]。因此，对于未来生命科学、医学、药学等专业的人才培养，免疫学教学的重要性不言而喻。免疫学具有理论性强、概括性强、实践性强等特点，并且涉及分子生物学、生物化学、微生物学、细胞生物学等诸多前沿科学，是历届学生反映较难学的课程之一。在免疫学理论教学中渗透科学史教育不失为非常有效的一种教学方式，下面笔者结合近五年多的教学实践和尝试加以分析。
1.自然科学专业本科教学中科学史教育的重要性
我国自高中起实施文理分科教育，导致的后果是：文科的学生不了解一些基本的自然科学知识，如不知道光年是长度单位；理科的学生不知道一些简单的人文常识，如不知道澳大利亚位于南半球等。为了有效弥补自然科学类专业本科学生人文素质的不足，在专业课中有机进行科学史教育不失为一种有效的途径[2]。美国科学史专家乔治・萨顿说：“科学史是自然科学与人文学科之间的桥梁，它能够帮助学生获得自然科学的整体形象、人性的形象，从而全面理解科学与人文的关系。”同时，随着人类文明的进步，人们意识到飞速发展的科学技术创造了巨大的物质财富，但并没有给人类带来真正的幸福感和安定感，反而使人类面临更多、更复杂的精神问题。现代科学已不再是一种单纯的科学理论和技术体系，反而包含许多社会、历史、文化等因素。这些都在客观上要求科学教育和人文教育的融合[3]，[4]。另外，自然科学的绝大多数理论都经历过或是严谨或是巧妙，甚至是传奇的研究，这些属于科学史的范畴。法国数学家亨利・庞加莱说：“如果我们想要预见数学的将来，适当的途径是研究这门科学的历史和现状。”从这个意义上说，要合理预测每门学科的未来发展方向，就必须了解它的过去和现在。所以，对于科学史的了解，不仅有利于学生学习学科课程理论知识，而且有利于培养学生探索未知世界的兴趣[3]。
2.科学史在免疫学中的重要地位
截至目前，有18项免疫学研究成果，共计32位免疫学家获得诺贝尔生理学和医学奖，这还不包括与免疫学相关的其他医学研究成果[5]。这些科学家的生平事迹和研究过程几乎就是一部免疫学的发展史。其次，每个特定时期免疫学的基本技术手段，如沉淀反应、单克隆抗体技术、酶联免疫吸附技术、免疫印迹技术等的发明，立刻成为当时医学和生命科学研究中不可缺少的技术手段。从这个意义上说，免疫学科学史不仅是免疫学本身的科学史，在很大程度上还代表了医学和生命科学的发展史[1]。最后，人类不断战胜疾病的历史，也是一部免疫学发展简史，尤其是现代免疫学的飞速发展，为疾病的预防、诊断和治疗提供了强有力的理论支撑和技术手段[6]。
3.免疫学教学中科学史教育的重要作用
3.1正确理解科学家，塑造精神榜样。
美国行为经济学家丹・艾瑞里在著作《怪诞行为学》中对教育有过这么一段精辟的论述：“孩子们会对很多事情激动不已（如棒球），我们的大学作为社会团体要使他们像现在熟悉棒球明星一样熟悉诺贝尔奖获得者，我并不是说点燃对教育的激情是轻而易举的，可是，如果我们把这件事做好了，其价值将是巨大的。”作出奠基性贡献的免疫学家都具有非凡的个人魅力。这一点在早期科学家身上得以体现，譬如巴斯德，既是立体化学的奠基人，又是微生物学的鼻祖，还是现代免疫学的创始人，更是疫苗学的创始人。又如1960年诺贝尔奖获得者梅达沃是移植免疫学的创始人，开创了临床器官移植的新领域。同时，他在音乐、歌剧、哲学及科学文化传播方面的活动，使他的影响远远超出生物医学范围。随着目前大学生精神家园的缺失，科学家的榜样作用不可替代。
3.2感悟科学发现的巧妙，培养学生学习兴趣。
科学发现是某一阶段的历史产物，但是，科学家的巧妙设计与探索会加速科学发现进程，在教学过程中引入巧妙的科学发现，会让学生产生更浓厚的学习兴趣。比如，人们一直想搞清楚移植排斥反应的本质，但是却不知道如何入手。美国遗传学家斯内尔变换思维，把移植排斥反应当做遗传性状来研究，最后通过遗传学方法发现主要组织相容性复合体。而法国科学家多赛则另辟蹊径，他以大多数临床医生不重视的人类输血过程中受体血液中产生的抗体为突破口，找到了人类白细胞抗原。这些科学家的天才思维和巧妙发现等事实的讲解，在培养学生学习兴趣的同时，也让神秘的科学研究通俗化。
3.3培养学生的人文精神。
目前，很多大学生并非缺乏工具性的专业知识与技能，而是人文精神一定程度上的失落严重制约个体的成长。人文精神和科学精神如同“车之两轮，鸟之两翼”，二者相辅相成，缺一不可。在免疫学发展中，有着许多医学工作者救死扶伤，甚至舍己救人的故事。在免疫学教学中，可应用这些事例影响学生，提高学生的人文素质。例如，天花疫苗发明者琴纳在女儿身上试种牛痘疫苗。为了研制预防乙肝，美国科学家布隆伯格不远万里，深入澳大利亚乙肝患者中。SARS期间的抗感染免疫中，医护人员在抗击“非典”时冒着被传染的生命危险而不辞劳苦地工作甚至牺牲的典型事例。
4.如何做好免疫学教学中的科学史教育
4.1有机插入。
除了绪论中的免疫学发展简史可以以科学史为主讲解外，其他章节的教学只能有机插入，避免生搬硬套。如抗体结构这一部分内容，是免疫学的重难点内容，内容极其枯燥、晦涩、难懂。如果结合三位科学家对抗体的发现、结构解析和酶解片段的研究故事作为导言，引入相应理论进行讲解，就会使这部分枯燥的内容生动有趣，并且不再是单独的知识点堆积，而是前后联系的有机整体。
4.2避免喧宾夺主。
如果把免疫学课堂内容作为主料，那么科学史教育只能是佐料，不能占用过多时间。如ABO血性抗原的发现，放射性免疫的发明，干扰素的发现，toll样受体的研究，树突状细胞的研究等重要内容，可以适当放一些纪录片短视频，教师不过多叙述。这样既能增加科学史内容，又不会占用过多时间，还能提高学生的课堂专注力。
4.3课外小论文。
科学史教育是个庞大的系统工程，仅仅靠有限的课堂穿插是远远不够的。布置一些课外论文，可以达到事半功倍的效果。如体液免疫和细胞免疫的历史争论，胸腺发现的优先权之争，发现艾滋病毒的造假事件，对牛痘发明者琴纳的历史评价等有趣的论题，都可以作为学生的课外小论文。
总之，免疫学教学中渗透科学史教育是一项艰苦的任务，同时也是一项有意义的工作，无论是在提高课堂教学效率，培养学习兴趣，还是在培养学生人文素质和健全人格方面，都有显著的效果。
参考文献：
[1]陈慰峰.免疫学在生命科学和医学发展中的作用――记第173次香山科学会议[J].上海免疫学杂志，2002，22：73-78.
[2]李涛，肖恩玉，李志勇.论大学的科学史教育[J].河北大学成人教育学院学报，2012，14：113-117.
[3]马元方，王泽兵.论自然科学与人文科学的和谐发展[J].四川师范大学学报（社会科学版），2009，36：30-35.
[4]陈华群.浅论大学生命科学教育中科学史教育的意义[J].吉林教育，2011，11：7-8.
分子生物学的发展史范文第8篇
器官和组织的缺损或衰竭是临床遇到的极具危害性的医学难题，尽管目前人们通过器官或组织移植、外科再造和使用机械装置等治疗手段，解决了一些现实问题，但这些方法均存在不少缺陷。因此，人们一直在寻求一种新的治疗方法。随着多学科成果和技术不断交叉、融合和相互渗透，逐渐形成了一门新的交叉学科——医学组织工程学。作为一场意义深远的医学革命，在医学界它被誉为是继细胞生物学和分子生物学之后， 生命科学发展史上又一新的里程碑。
1 医学组织工程概述
组织工程学概念的提出始于20世纪80年代末，由于其重要的科学意义、巨大的临床应用前景、潜在的开发价值，受到了各国科学界的重视。医学组织工程学利用工程学和生命科学的原理来研究和发展具有生物活性的人工替代物，融合了细胞生物学、工程科学、材料科学和临床医学等相关知识。核心理念就是将体外培养的高浓度的正常细胞扩增后，吸附在生物材料上，形成具有三维空间结构的复合体，然后将复合体植入组织器官的病损部位，种植的细胞在生物材料被机体逐渐降解吸收过程中继续生长繁殖，形成新的具有相应形态和功能的组织和器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的［1］。其最大优点是可形成具有生命力的活体组织，进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代，根据组织器官缺损情况进行塑形，达到完美的修复。
目前组织工程学的研究手段已经不再局限于初始阶段的细胞生物学和动物实验技术、分子生物学技术，而是广泛应用基因克隆技术、转基因技术、移植免疫学技术、生物材料合成与改良技术、生物材料的编织技术、生物力学技术、影像学技术和生物反应器等先进技术［2］，极大地提升了组织工程学的研究水平和其自身的发展速度。与传统的自体或异体组织、器官移植相比，克服了以创伤修复创伤的缺陷，将从根本上解决组织、器官缺损的修复和功能重建等问题。
2 种子细胞
种子细胞是医学组织工程的生命源泉，它要确保在体外培养时有很强的增殖能力，并能定向分化，同时要保持其原来的生理性状。大多数观点认为种子细胞进入新的微环境后，会对新的微环境中的调节信号做出反应，从而定向分化为目的细胞。同时具备这些特点的干细胞就成了种子细胞的首选。应用干细胞治疗疾病较传统方法还具有低毒性，一次药有效；不需要完全了解疾病发病的确切机理；避免产生免疫排斥反应等诸多优点。在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在提高治疗有效率和缩短疗程方面优于常规治疗，且效果令人满意。
按分化潜能干细胞基本上可分为三种类型：一类是全能性干细胞，它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞（简称ES细胞），它可从早期胚胎的原始胚细胞及原始生殖细胞中分离培养获得，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，能分化出成体动物的所有组织和器官。由于在医学和生物学上具有巨大的潜力，而备受各国的高度重视，使其成为当前生物工程领域的核心问题之一，在这一领域，世界性的研究开发竞争正在迅速展开。ES细胞最诱人的前景是生产组织和细胞， 用于“细胞疗法”， 为细胞移植提供源源不尽的无免疫性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植细胞来治疗， 包括帕金森病、糖尿病、外伤性脊髓损伤、细胞变性病、心肌病和骨损伤等［3］。尽管ES细胞培养体系和来源问题研究已经取得了巨大进展， 但应用于临床还存在很多技术上的难题：其中最为重要的是其分化问题， 目前关于ES细胞自我更新机制及其向不同组织细胞分化的机制均尚不清楚， 因此如何防止其在体外培养时发生分化以及如何诱导得到纯化的分化细胞尚待研究；由于人胚胎干细胞来自具有发育成一个个体潜力的人胚胎，所以其研究不可避免地引发伦理道德问题的争议，并且在实际应用中还不能避免免疫排斥。
另一类是多能性干细胞，这种干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能，一般认为其具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。人们可望从自体中分离出成体干细胞，在体外定向诱导分化为靶组织细胞并保持增殖能力，将这些细胞回输入体内，从而达到长期治疗的目的。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。成体干细胞是普遍存在的，常位于特定的微环境中，问题关键在于如何寻找和分离各种组织特异性干细胞。成体干细胞具有多分化潜能，其中骨髓基质细胞和脂肪源干细胞已有大量研究及部分临床应用，在个体化治疗中已用于骨、软骨、心肌再生等领域；在群体化治疗中需要解决同种异体移植的免疫原性问题，采用基因敲除技术或RNA 清除技术去除抗原可能解决异基因细胞同种移植的免疫反应，但也有可能影响被敲除基因的其他功能［4］。最近，美国和日本相继公布了从人皮肤成纤维细胞转化为胚胎干细胞样细胞的研究成果，为解决这些问题带来了曙光，但要实现应用这一目标，还要进行更多、更深入的研究。
还有一类干细胞为单能干细胞，这类干细胞只能向一种类型或与之密切相关的两种类型的细胞分化。 其中以脂肪源、肌源、上皮源及神经源干细胞为代表，作为组织工程的种子细胞， 或以细胞治疗的方式进行了广泛研究， 并已有临床应用的报道。
3 支架材料
支架材料在医学组织工程研究中起中心作用，可为细胞提供黏附、增殖、分化并进而为组织的形成提供载体，还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。作为理想的生物支架材料至少应具备以下特点: ①良好的生物相容性：植入机体内不会引起炎性反应和毒性反应损害新组织的功能，维持正常细胞功能发挥; ②良好的可塑性：根据目的组织器官加工成特定的三维结构;③具有缓释功能：支架的降解速率可根据不同细胞组织再生速度进行调整，而且能彻底被新生的自然组织所替代;④支架的表面化学特性和表面微结构适合细胞粘附。因此寻找一种既具有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程成败之关键因素。
近年来，人们不仅在组织工程的最早产品人工皮肤领域进行了更为完善的研究和开发， 同时，在诸如人工骨、软骨、神经、血管材料等各系统，都进行了大量的研究和探索。目前研究的组织工程支架材料各自有各自的优点但也有不可避免的缺陷。国外研究较多的是PGA、PLA、PL2GA 等。这些材料具有可标准化生产、可降解、细胞相容性好等优点，但是这类材料本身亦存在一些固有不足， 如生物相容性差及机械强度不稳定等。基于这些原因， 研究人员一方面探索对聚醋类材料进行表面修饰， 同时也在积极寻找其它类型的支架材料。通过对材料表面进行修饰， 改善细胞与支架材料的相互作用; 通过模拟细胞生长微环境， 制备仿生材料，提高材料的亲水性、对细胞的黏附性， 促进细胞的分化增殖。将合成材料与天然材料有机结合， 已成为未来组织工程材料发展的新趋势。
研制复合材料、仿生材料、改性天然材料、纳米材料， 是当前支架材料研究的主要方向。越来越多的学者设计出具有合适降解度、良好通透性、组织相容性好的软骨细胞体外培养支架材料。新材料的开发要求具有良好的各项生物学特性。通过将缓慢释放的生长因子或相关的基因整合到材料中， 形成具有生物活性的生物材料， 可以使种子细胞能在更接近于体内环境的生物材料上增殖、分泌基质、最终形成组织。
在组织工程材料的合成与制备中通过采用纳米技术对生物材料表面的改性或者直接采用纳米材料或复合材料，不仅能提高细胞对材料的黏附能力，也能提高材料的生物相容性，同时通过材料表面与细胞间相互的生物作用，能刺激并诱发所期望的细胞效应，有利于细胞的分化和增殖，纳米材料以其与传统材料无可比拟的生物学性能，已在组织工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前景。纳米技术、组织工程技术和生物技术的发展与综合，将为培养支架的研究提供新的选择。
4 生物活性因子
人体内的生长因子是通过细胞信号传递影响细胞活力的一类多肽因子，通过自分泌、旁分泌及内分泌作用，促进或抑制细胞生长、繁殖、迁移、黏附和基因表达的作用。在医学组织工程研究中，也需要在损伤组织的修复与病损器官的再生与功能重建中供给生长因子以促进种子细胞的分化和增殖。目前实验中常用的生长因子有成纤维细胞生长因子（FGF) 、转化生长因子（TGF- β) 、胰岛素样生长因子（IGF) 、血小板衍化生长因子（PDGF) 、骨形态发生蛋白(BMP) 等等。它们不仅可单独作用， 相互之间也存在着密切关系，实验证明复合使用效果更好［5］。
在医学组织工程领域，生物活性因子对外源性生长因子或类生长因子作用的药物大多采用缓释技术，使其促再生作用持续一段时间。已有很多缓释材料在研究中，但目前尚未解决缓释体的有效释药浓度与组织器官再生所需药物浓度的相适应性。生物活性因子应用的另一个问题是多因子的协同作用及有序作用仍不清楚。
5 组织构建
医学组织工程的最终目的是构建组织器官修复体内缺损。构建组织工程化人体组织或器官， 涉及种子细胞在生物反应器中大规模培养、扩增技术，生物力学信号施加和化学信使生长因子或细胞因子的控制释放技术等多项关键技术。现在部分组织工程化组织已在临床应用中取得了初步的疗效， 充分体现了它在未来医学应用中的巨大潜力。最早经批准用于治疗和投入市场的移植物之一是组织工程皮肤植片。目前各国科学家们正在为多种组织， 包括骨骼、肝脏、动脉、神经、胰脏、皮肤、肾脏和膀胱， 构建组织工程结构［6］。但是体内环境是一个复杂的综合体， 除了各种生长因子、细胞间相互作用以及局部酸碱平衡等因素以外， 局部生物力学刺激也是一个重要因素。构建理想的组织还有很长的路要走。
就现在而言，医学组织工程领域所遭遇的最大的挑战之一是需要为复合组织和器官构建一个功能血管网。因为不论对于哪种组织和器官，血管形成都是关键性的；另外， 单一的器官中含有多种不同的细胞， 同时分离和扩增几种不同的细胞， 目前在技术上有一定的难度；其次， 在构建过程中维持严格的三维结构也是现有技术手段无法解决的难题。
6 展望前景
人体是一个具有复杂的形态结构、完善的功能的整体， 要完全模拟人体的组织和器官并非易事。虽然经过近20年的研究，医学组织工程已取得非凡的进展，应用组织工程的原理与方法， 已能构建多种组织并成功的修复相应的组织缺损，诸如皮肤、骨和软骨等组织和器官更是成绩斐然［7］。但是还有许多理论和技术问题有待进一步解决：在种子细胞的培养方面， 细胞的筛选和纯化是一个公认难题；在组织再生过程中发挥特异调节细胞增殖和分化作用的生长因子，可控性缓慢释放技术依然不完善；组织工程化组织在体外或体内形成过程中的演变规律如何？这些演变规律与正常组织发育、再生及创伤修复等过程有何异同，对这些问题目前仍然缺乏全面系统的了解。
医学组织工程的产业化无疑能够创造极大社会效益和经济效益，我国的组织工程研究从无到有逐步发展壮大起来，并取得了重要的研究成果。目前在研究开发上已经逐渐从临床前研究进人到临床试验阶段，如果我们能够创造出具有我国自主知识产权的组织工程产品， 率先应用于临床， 这样不仅可挽救众多病人的生命和肢体，促进相关学科的科技进步，更能造福于人类， 为形成新的知识经济产业打下基础。 参考文献
［1］ 王国正.组织工程研究［J］.中国医学科学院学报，2003，25(1):35.
［2］ Sedov VM，Andreev D，Smirnova TD，et al.The efficacy of cell therapy in the treatment of patients with tropic venous of lowes limbs［J］.Angiol Sosud Khir，2007，13(1):67-75.
［3］ 鄂征，刘流.医学组织工程技术与临床应用［M］.北京：北京出版社，2003：16.
［4］ Chen XL， Li ZL， Zhang WB，et al. Experimental study of maxillary sinus lifting with tissue engineered bone［J］.Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi，2007，42（10）：610-613.
［5］ Hwang WS， Ryu YJ， Park JH， et al. Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst ［J］. Science，2004， 303(3): 1669-1674.