基因工程原理绪论教学改革研究报告

1 引言

绪论通常是每门课程的第一课, 包括课程基本介绍、前言和概论。绪论的主要内容是对该门课程进行全方面和综合性的概括和介绍, 使得学生对这门课程有一个总体的、大概的认识。同时, 也使学生了解该课程的教学总体安排和教学特点, 为今后的教学工作的沟通和学习方法的掌握打下良好的基础。所以, 讲好绪论课对每门课程都有着非常重要的教学意义, 也是特别需要重视的一个教学环节。

随着科技的日益进步和时代的快速发展, 基因工程已经与我们的日常生活密切相关, 我们可能时时刻刻都在感受着基因工程带给我们的巨大影响。在教学过程中, 我们主要从强化以下四个方面来进行教学改革。

2 基因工程的重要性

众所周知, 生物工程技术、信息技术、新材料技术是三大重中之重高技术, 而基因工程技术是生物工程技术的其中重要组成部分。基因工程是在分子的水平上, 根据前期的实验设计, 通过常规分子生物学手段将一种生物的一个或多个基因通过遗传转化并整合到另一种生物中, 从而使得这种生物定向表达这一或多个基因并可能获得一种新的遗传性状的技术。这种借助基因的操作来定向改变或修饰生物体, 具有明确的应用目的的活动。

3 基因工程的应用

3.1 蛋白质工程

主要是通过对目标蛋白质生物学和蛋白质化学等研究得到关于该蛋白质的晶体学和酶动力学等知识, 进而对该蛋白的编码序列进行优化和相应分子设计, 进一步在原核生物或真核生物中表达和纯化目标蛋白, 最终投入实际应用。

3.2 基因工程生产抗体和疫苗

在现代研究中, 用基因工程的方法可以特异地表达出病源生物的任意一段基因序列, 其中的一些表达产物 (多数是无毒性、无感染能力、但有较强的免疫原性) 可以用作疫苗, 比如目前市场上使用的多数乙肝疫苗就属于基因工程疫苗。一般情况下, 只有位于衣壳外表的蛋白结构域才能引起特异的免疫反应, 因此我们只需要合成衣壳蛋白的抗原决定簇的小肽就可以当作疫苗。此外, 用基因工程的方法对细菌和病毒进行改造, 使之成为活体重组疫苗。早在1993年Wolff等就意外地发现将DNA直接注射到小鼠骨骼肌细胞后可直接引起特异性免疫反应, 而且可以持续2个月以上。

3.3 人类疾病的基因治疗

各种临床统计数据表明, 越来越多的新生儿和儿童生理缺陷以及大部分成年人的各种疾病都与各种遗传疾病密切相关。迄今为止, 还没有遗传病患者经传统的治疗方法治疗后能过上正常人的生活, 他们的后代也同样难逃厄运。而基因治疗主要就是通过将外源基因的全长序列或部分片段通过注射或转化进入相应的致病组织和细胞中, 使目标基因过量表达或抑制表达, 从而补偿目的基因的缺陷或改变目的基因的表达, 进而达到治疗遗传病的目的。

NIH及其下属的重组DNA顾问委员会经过长期的审查, 终于批准了美国第一例临床治疗申请。1990年9月14日正式开始, 由Genetic therapy公司和NIH对两位患严重综合性免疫缺损症 (SCID) (缺少腺苷酸脱氨酶 (ADA) ) 的姑娘进行治疗, 治疗后其中一位患者Ashanti Di Silva的症状有所改善, 25-30%的T细胞能维持正常的ADA水平, 至今生活正常。迄今为止, 所有的基因治疗方法都是针对体细胞的, 处于伦理、安全、技术上的考虑, 性细胞基因治疗方案尚未被列入研究日程。

3.4 干细胞基因工程

干细胞是一类未分化的起源细胞, 而且可以自我复制, 从而可以分化成各种组织和器官的功能细胞。正是基于这些特点, 干细胞特别是胚胎干细胞的研究非常火热, 引领着细胞生物学的发展, 而且相关研究成果也广泛应用于医学方面。以宫血干细胞为例, 它是目前已知的人体细胞中自我复制与定向分化能力最强大的干细胞之一, 来源于女性子宫内膜, 通过女性的经血排出体外。较多研究发现, 宫血干细胞具有增殖能力强、不导致染色体变异、不导致肿瘤发生等特征, 因其数量巨大而成为全球最大的干细胞来源。在基础和临床研究中, 发现宫血干细胞在治疗肺损伤、肝硬化和糖尿病等方面效果突出。

3.5 转基因植物

通过转基因植物, 即可以为从事理论研究的科研工作者提供强有力的工具, 以研究基因在植物生长发育和生理代谢中的作用;还可以作为一种方便的生物反应器生成所需要的重要代谢产物或蛋白质;也可以用来进行遗传育种, 大大提高园艺作物的园艺价值和农作物的经济价值。

3.6 基因编辑技术

在长期的进化过程中, 细菌和病毒是相互作用的。病毒通常将自身基因整合到细菌中并进行基因复制, 而细菌为了清除外来入侵的病毒基因, 进化出了CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 这个细菌特异的免疫系统。在此基础上, 应运产生了CRISPR/Cas9基因编辑系统, 并迅速成为现代分子生物学和生命科学的研究热点。近4年来, 科学家们已成功应用这项技术在人类细胞、模式动物小鼠和斑马鱼中、模式植物拟南芥、小麦、水稻等农作物中实现快速而精确的基因编辑, 从而可以治疗模式动物小鼠和斑马鱼的相应遗传疾病, 还可以改良农作物的多种性状。由于这项技术可以方便快速地实现单个或多个基因的定向编辑, 从而具有非常广阔的应用前景。

4 基因工程技术的社会伦理问题

4.1 宗教界人士的强烈反对

他们认为否定上帝创造万物、甚至能人造生物。既然上帝已经创造了物种, 而且很完善了, 为什么还要改变?然而自然并不是一成不变的, 处于动态变化之中, 这也是自然进化选择的必然。

4.2 动物保护组织的强大压力

他们用动物作为模型进行各种基因操作是对所有生物生存权的极大损害。其实天生万物, 都是供人们来进行利用的;而且各种动植物本身也是平等的, 自然界的动植物时时刻刻都在受到人们的影响。

4.3 素食主义者的强烈反对

他们认为转基因植物使他们非自愿地摄入动物蛋白, 侵犯了他们的基本人权。从食物链的角度来讲, 自然界的基本物质一直在各种动植物之间动态变化并转化, 人们也时时刻刻都在摄入各种基本物质。

5 绪论教学后的师生互动与课堂参与

(1) 绪论教学后学生会对基因工程中的某一方向产生浓厚的兴趣, 基于此, 让学生课后查找资料, 描述日常生活中与基因工程相关的现象, 并应用基因工程的科学知识加以解释, 做成5分钟左右的PPT。

(2) 让每位学生讲解PPT, 即让学生充分参与课堂, 也增强了师生互动, 同时可以让学生在短时间内掌握各方面知识, 增长见识, 还有助于学生的后续课堂学习。

6 结语

综上所述, 明确基因工程与人们日常生活的关系, 明确其重要性是上好绪论课的前提;精心设计, 认真准备是上好基因工程绪论课的基础;教法灵活, 寓教于乐是上好基因工程绪论课的保证;此外, 加强沟通, 建立和谐的师生关系也是上好基因工程绪论课不可或缺的内容。

摘要：绪论是基因工程原理课程的开篇, 也是教学的第一堂课和前言介绍课。绪论的主要内容是对基因工程进行全方面和综合性的概括和介绍, 使得学生对这门课程有一个总体的、大概的认识。同时, 也使学生了解该课程的教学总体安排和教学特点, 为今后的教学工作的沟通和学习方法的掌握打下良好的基础。所以, 我们特别重视讲好绪论课, 即介绍课程的相关内容, 也强调该课程与人们日常生活的关系。

关键词：基因工程,绪论,改革