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生物制药专业主要课程
主要课程:生物化学及生物化学实验、分子生物学及分子生物学实验、药理学及药理学实验、药剂学及药剂学实验、生物技术制药、生物制药工艺学、发酵工程、药品与生物制品检验。 除了学习专业知识外,还包括相关类课程的见习、实验操作(物化学及生物化学实验、分子生物学及分子生物学实验、药理学及药理学实验、药剂学及药剂学实验)和实习等。
主要实践性教学环节:包括相关类课程的见习、实验操作(物化学及生物化学实验、分子生物学及分子生物学实验、药理学及药理学实验、药剂学及药剂学实验)和实习等等。
生物制药专业就业方向
毕业生可从事生物药物的资源开发、产品研制、生产、技术管理、质量控制等工作。
从事行业:
毕业后主要在制药、新能源、医疗设备等行业工作,大致如下:
1 制药/生物工程;
2 新能源;
3 医疗设备/器械;
4 医疗/护理/卫生;
5 其他行业。
从事岗位:
毕业后主要从事医药代表、销售工程师、生物制药等工作,大致如下:
1 医药代表;
2 销售工程师;
3 生物制药;
4 销售代表;
5 研发工程师。
生物制药专业培养目标
关键词:生物技术制药;教学改革
中图分类号:文献标识码;文章编号
在现代生物技术、现代信息技术、新材料技术等发展腾飞的新世纪里,在我国的生物制药领域发生了巨大变化,有了长足的发展。目前,面对日新月异的生物技术制药的发展态势,使得《生物技术制药》这门课程的内容和扩展也很快,传统的教学形式已经不能满足高校创新型人才的培养要求,生物技术制药教育体系必须实时改革[1]。本文作者根据这几年来的从教经验,谈谈几点看法。
一、生物技术制药课程特征分析
1.1优化教学体系,避免教学内容重复
生物技术制药课程作为生物技术专业的一门必修课,内容涵盖了生物化学、细胞生物学、分子生物学、药理学、细胞工程、生物材料以及化学工程等相关学科,内容较多,学科相互交叉,讲授难度较大。生物技术专业的学生在学习本课程之前已经学过了生物化学、细胞生物学、分子生物学、药理学等基础课程。但是,对于生物材料和化学工程方面的知识了解较少,而这方面知识对于整个生物制藥来讲极为重要。根据过去几年的经验,在教学过程中,我们在保证基础知识掌握的前提下,增加了生物材料和化学工程方面的内容。并及时更新教学内容,以科研带动指导教学,重视开拓学生科学视野,提高学生的科学创新意识[2]。
1.2突出学科特色,调动学生积极性
生物技术制药课程是一门综合性学科,以实验为基础,具有很强的实践性和应用性。生物技术制药领域发展迅猛,新材料和新技术的结合不断应用于这里,共同推动了生物技术制药科学理论技术的持续创新。如用于水处理的高分子树脂材料,后来却可以用于分离纯化糖类、蛋白质类等药物。近年来,许多新型药物如缓释剂、微胶囊等使用了可以生物降解的生物材料如聚乙二醇、聚乳酸、聚羟基乙酸等。这些生物材料的使用丰富了生物技术制药的内容。在通过不断介绍新的生物材料的基础上,并结合新技术在制药领域的应用,极大的激发了学生的学习兴趣。
二、生物技术制药课程教学改革分析
教学是一种艺术活动,生物技术制药课程教师应有扎实的生物科学、药物科学、化学工程等理论基础、丰富的实践经验和宽广的人文知识底蕴、熟练掌握教学基本技能,讲起课来才能收放自如,能引人入胜,获得良好的课堂教学效果。
2.1运用交叉学科分析研究问题,拓展学生科学视野
在进行《生物技术制药》教学时,既强调对基本概念的解释、理论的归纳,同时应注重各个学科之间的紧密联系,从分子生物学、药学、医学、生物材料学以及化学工程等多角度进行理论研究与分析,教授学生以生物技术制药历史发展的观点、从不同学科认识问题,使学生真正明白其中的科学道理。如在酶工程制药中对于酶的固定化教学中,笔者就融合了生物材料、分子生物学和药学等知识。酶是一大类具有特殊结构的蛋白质生物大分子,可以通过分子生物学和药学两种角度来讲授;而对于固定酶所用的明胶、聚乙烯醇等材料是生物材料课程学习的重点内容部分,如材料的理化性质、结构特征、制备、应用等。通过对酶及其负载生物材料的结构特征进行分析,从多学科角度讲授酶制药过程,加深了学生对酶工程制药的理解。
2.2充分利用多媒体教学和现代信息化技术
多媒体教学可以使抽象、枯燥的理论通过图文并茂生动地表达出来。通过部分动画演示和观看教学录像即能引起学生兴趣,又能快速理解接受理论知识。笔者在备课时访问各种电子化的课程资源库,获得直接相关的资料;课堂上给学生提供生物技术相关的学习网站如小木虫、丁香园等网站,引导学生不断学习的兴趣。充分利用现代信息化技术和多媒体教学,提高了学生教学效率[3,4]。
2.3课堂教学与实验教学相结合,激发学生学习兴趣
为了使学生充分掌握《生物技术制药》这门课程,更好地为今后的生产实践服务,为科研服务。生物技术制药实验课程设置了基础实验和综合实验[5]。与理论课同步开设了DNA的提取;细胞融合;细胞转染等实验,作为课程实验的基本环节。综合实验是为了提高学生兴趣和科学素质设置。实验过程中我们进行了生物材料壳聚糖的制备,生物酶的制备;开展了以壳聚糖负载生物酶的实验。这些实验引起了学生极大兴趣,使得在课堂上讲授的枯燥的理论在实验中变得生动而具体了,充分调动了学生的积极性,取得了较好的教学效果。
三、结语
通过上述对《生物技术制药》课程教学改革的探索,激发了学生对本门课程的学习兴趣和积极性,对于教学效果有极大的帮助。期望培养出具有视野开阔、专业素质优良、有较强实验操作能力,可以将专业理论和技术运用到实际工作中的创新性和竞争性人才,实现现代教育目标。
参考文献
[1]凌建亚,张国英,陈敏,等。基于协同创新的生物技术制药课程建设初探[J].高等理科教育,2015,5:101-104.
[2]赵卓,郭刚,吴超,等。以科研优势带动研究型教学的《生物技术制药》教学改革[J].西南师范大学学报,2014,39(8):155-157.
[3]姜海蓉,彭方毅,敏,等。制药工程专业课程体系探讨[J].时珍国医国药,2011,22(2):440-441.
[4]杨德龙,栗孟飞,李唯,生物技术制药教学改革与实践[J].生物学杂志,2015,32(2):106-109.
Research, Merck Research Laboratories,
Rahway, New Jersey
Lene Lange, Department of Molecular
Biotechnology, Novozymes A/S,
Bagsvaerd, Denmark (Eds.)
Advances in Fungal
Biotechnology for Industry,
Agriculture, and Medicine
2004, 445pp.
Hardcover EUR 157.50
ISBN 0-306-47866-8
Kluwer Academic Publishers
Jan S. Tkacz, Lene Lange编
不断完善的分子生物学技术为真菌研究和真菌产品的进一步开发提供了很好的技术支持。长期从事生物制品研究的美国科学家Jan S. Tkacz和丹麦科学家Lene Lange,以及其他的39位专家,系统收集了工业、农业、医药真菌相关资料,撰写出版了本书,这对帮助真菌工作者了解世界真菌研究动态,促进真菌学科深层次发展具有重要意义。
全书包括四个部分和一个关键词索引,各部分末尾均附有详细的参考文献目录。第一部分遗传学技术,包括4个小节:1.真菌实用分子分类;2.丝状真菌基因组学;3.真菌生物技术的分子工具盒;4.农杆菌的转化。第二部分特殊的(次生)代谢物质,包括4个小节:5.信息阶段的真菌聚乙酰合酶;6.多功能聚乙酰合酶的其它功能;7.无核糖体的肽合成;8.类异戊二烯:基因群与化学问题。第三部分酶与绿色化学,包括5个小节:9.丝状真菌的差异表达与蛋白分泌物;10.真菌蛋白的人工进化;11.生物催化与生物转化;12.丝状真菌的有机酸产生;13.真菌的风味与香气。第四部分寄主与真菌的相互作用,包括3个小节:14.人的真菌病原物:分子生物学的作用;15.植物病原物与寄主的分子相互作用;16.木本共生菌根的结构与功能基因组。
本书作者结合自己的成功研究经验,对真菌生物学与生物技术文献和资料进行了系统的整编和强化。该书的重点不是一般的研究历史回顾,而是选取典型的科学问题进行详细的阐述,如:分子分类、基因组学、真菌分子生物技术工具、真菌分子互作、现代生化以及人工进化等。本书系统性强、取材新、具有明显的时代特点,可供从事微生物学、生物技术研究和技术开发人员参考,也可供大专院校的教师和研究生阅读。
谢明,副研究员
(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所)
关键词:高等师范院校;分子生物学;课程改革
作者简介:梁卫红(1968-),女,山西祁县人,河南师范大学生命科学学院,副教授;杨献光(1980-),男,河北邯郸人,河南师范大学生命科学学院,讲师。(河南 新乡 453007)
基金项目:本文系河南省高等教育教学改革研究省级研究项目(项目编号:2012SJGLX134)、河南师范大学教学研究基金重点项目(项目编号:521751)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0110-02
分子生物学是一门从分子水平研究生命现象、生命本质及其规律的科学,以1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型为标志,分子生物学作为一门独立的学科诞生。该学科的最大特点是发展迅速,并在生命科学领域与其他学科融合交叉,对现代生物学发展的影响越来越广泛和深刻,因此分子生物学在生物学基础理论的学习中占有重要地位。目前很多高校的生物科学、生物技术、生物制药、生物工程、药学、环境科学等专业,都将“分子生物学”作为本科生的必修专业基础课或专业主干课,重视“分子生物学”教学已成为生物专业广大师生的共识。本文结合近年来河南师范大学本科分子生物学的教学实践,就分子生物学的课程体系安排、教学模式等方面进行了探索和分析。
一、课程教学内容体系改革
“分子生物学”的主要内容包括生物大分子的结构与功能、基因表达与调控以及技术方法等。通过对本课程的学习,要求学生掌握核酸、蛋白质等生物大分子的结构和功能,理解遗传物质的复制、转录和翻译过程及其分子机制、基因表达调控的基本模式、遗传物质突变、修复和重组的机理,了解分子生物学基础实验原理和应用。为在有限的学时和条件下,使学生理解抽象的分子生物学理论和基础实验原理,笔者从以下方面进行了改革和尝试:
1.课程在培养方案中的定位
从学科角度来讲,分子生物学涵盖面广、学科内容更新快,与“细胞生物学”、“生物化学”和“遗传学”等生命科学主干课程有一些交叉,所以在开设该课程时,需要充分考虑学生的接受能力。在本校生物专业2005年的本科生培养方案中,该课程为36学时,在大四第一学期开设,设定为生物技术和生物科学专业的必修课,水产养殖专业的选修课,实际开设时间是在学生教育实习之后11月到来年的1月,共9周,每周4学时。在教学中,笔者发现虽然在大四开设时,学生已经具备了预修课程的专业基础知识,但是由于95%以上的大四学生在这学期复习考研,而“分子生物学”又是许多生物专业硕士生入学考试的必修课,学生普遍反映该课程开设晚,学起来感觉时间紧、压力大。鉴于此,在2010年的本科生培养方案中,分子生物学改在大三第一学期,以每周2学时的方式面向生物科学、生物技术和水产养殖三个专业开设,这样学生可以在一个完整的学期内学习这门课,拥有了较为充裕的时间,系统掌握“分子生物学”基础理论,从反馈意见上看,学生非常认同这样的改革。
2.课程体系的制定和完善
本校生物专业本科“分子生物学”的教学体系自2005年以来进行了三次调整,第一次是从2005年起,采用了双语教学的模式,主要原因是当年本校面临本科教学评估,双语教学已经列为本科教学质量评估的观测指标之一,为使生物技术专业的课程的双语教学授课率达到15%,综合各方面因素,“分子生物学”双语教学成为一个试点。为开展人才培养模式的改革创新,“分子生物学”课程尝试采用双语授课形式,旨在提高大学生专业英语水平和直接使用英语从事科研的能力。但是当时适合高等师范院校本科生使用的原版分子生物学教材很少,几经筛选,本校最终将《Instant Notes in Molecular Biology》作为学生的教材。该书以24个专题的形式讲述细胞与大分子,蛋白质和核酸的特点,染色体结构,DNA的复制、损伤修复和重组,基因表达调控,分子生物学常规技术,每个专题相对独立,简洁易懂,但是系统性和深度尚有欠缺,难以适应学生考研的需求,所以在教学中,教师需要补充大量内容,因此无论教还是学,这本教材在使用中的缺陷都比较明显。鉴于此,自2009年起,本院选择了《现代分子生物学》作为教材,首先考虑该书由著名学者朱玉贤等编写,是“十一五”国家级规划教材,其次该书也是多所学校分子生物学考研复习的推荐参考书。该书在编排上分11章,从染色体与DNA,生物信息的传递,分子生物学方法,基因表达调控,疾病与人类健康,基因与发育,基因组与比较基因组学等方面介绍分子生物学基础理论和技术,在教学中,结合学生的实际情况,笔者并未完全按照该书的内容讲授,有些与生物化学、细胞生物学重叠的内容采用略讲方式,而有些内容则在教学中进行了补充或删减,例如:本教材中DNA修复和转座部分的内容薄弱,脉络不清晰,笔者主要依据《基因的分子生物学》进行了补充,而该书中一些与分子生物学主线关联不紧密的部分,则进行了删减,2012年,本校在多年教学经验积累的基础上,结合本科生的特点,出版了《普通分子生物学》一书,以易教易学作为编书的出发点,参考了多部目前国内外主流的分子生物学教材,构建了一个重在基础、兼顾前沿、简洁明了的体系,全书分6章,介绍了DNA的结构和复制,RNA的结构和转录,蛋白质的生物合成,基因表达的调控,分子生物学研究方法。该书在结构上分为三个模块,即基因组的维持、基因组的表达和调控、分子生物学技术,方便学生对学科体系的整体认识。
3.课程内容的优化
分子生物学是从生物化学分化延伸出来的一门独立的学科,一些内容和生物化学有较多的联系或重叠。但是分子生物学有自身的学科特点,突出对生命现象分子本质的解析。由于本校生物专业的“分子生物学”课程是在“生物化学”之后开设的,在课程教学中,任课教师通过讨论,对教学内容进行了分析,确定了两门课的侧重内容,在注意系统性的前提下,着重讲解教材的重点与难点,例如:在“生物化学”中已经有较大的篇幅讲述生物大分子的结构,在“分子生物学”课程中将略讲,教师在讲解复制、转录和翻译等过程分子机制时,以温故知新的方式,将基础知识和基本概念进行要点概括,借此为下一步的教学做铺垫,并检测学生的背景知识掌握情况,这种教学方法不仅得到了学生的广泛好评,而且使学科特点在教学中更加突出,专业课教学学时分配更加合理,起到了引导学生关注专业基础知识关联性的作用。
4.课程设置的调整
鉴于本校生物专业学生普遍有考研的需求,学生对“分子生物学”的教学要求高,希望能更贴近考研的要求,所以在2010年的培养方案中,分子生物学采取了分级、分段开设的方法,在大三面向所有专业开设的“分子生物学”,教学重点放在系统性和基础性上;在大四以选修课的形式开设的“高级分子生物学”,旨在通过教学促进学生提高专业基础理论的综合能力,在学科的深度和广度上做进一步的扩展,不仅补充了最新的国内外分子生物学前沿和热点内容,而且选择一些重点科研院所的考研真题进行剖析,引导学生完成拓展和提高。调查显示,学生普遍赞同这一课程改革方式。
二、课程实践环节与理论环节的有效衔接
实践教学是“分子生物学”课程的重要部分,但是由于条件所限,目前本校生物专业的“分子生物学”课程仅开设了理论课,实验课尚未开设。为解决这一问题,在理论教学中通过对教学内容的分析,尽最大可能的将基础理论的讲授和分子生物学基础实验相结合,坚持既要使教学沿着课程的主线进行,又要努力使实验技术的介绍与理论课教学合理的衔接的原则,一定程度上弥补了实验教学的不足,旨在通过课堂教学,使理论和实验教学融为一个有机的整体,一些代表性的分子生物学技术的原理和方法按照表1所示的安排在基础理论部分的讲解中进行了介绍。
作为任课教师,要使课堂教学精彩,还应深入科研第一线,这样才能利用科研和生产实践中的例子丰富课堂教学内容。[1]尤其是分子生物学这样更新快的学科,教师必须了解和准确把握学科发展方向和前沿热点,将自身科研实践中的经验、体会和感悟传递给学生,激发学生的对科学研究的热情,调动学生学习积极性。值得注意的是,专业课教学要充分发挥学生在学习过程中的主体作用,努力提高他们的分析能力、综合能力和创新能力,引导学生将理论知识和实验技术内容有效的融合,在教学中采用了一些方法来激发学生的学习兴趣和主动性,例如:每节课之后有要点回顾和知识链接提示,留给学生较为宽松的时间进行复习和延伸学习;设置一些与本节课内容有关的基础题、提高题、实验分析题,安排学生课下自行选择完成,以便学生检测学习掌握的情况,及时将知识梳理归纳,增加了学习过程的开放性和自主性。
三、教学模式的探索和实践
双语教学作为一种的新的教学模式,顺应了国家培养复合型人才的要求,也是考评学校教学质量和水平的一个重要指标。[2]2005年本校生物专业的“分子生物学”课程作为第一批教学模式改革的课程,率先采用了双语教学形式授课,一方面是出于本科教学评估的要求,另一方面也是专业课教学模式的一种尝试和探索。从2005至2008年的实践和学生反馈意见上看,双语教学作为教学改革的一种探索是值得肯定的,调查显示,92%的学生认同和赞成双语教学,认为通过使用原版英文教材和全英文课件,感觉学习“分子生物学”并没有开课前想象中的那么困难,通过学习,理解和掌握了学科知识体系,专业英文的阅读能力得到较大的提高,对专业词汇有一定的积累,很有成就感,对这门课更有兴趣了。从任课教师的反馈意见上看,由于难以找到合适的教材,所以在备课上需要下更大的力气,充实教学内容,不少教师在教学中信心不足,担心由于缺乏专业英文口语训练,造成专业术语的发音错误等问题。所以实际上,本校生物专业分子生物学开设的动因主要来自学校本科教学评估的要求。[3]笔者认为,双语教学的有效实施尚需从课程体系、师资培训、评价机制等多方面予以保证。[4]双语教学并没有固定的模式可循,需要从实际出发。
鉴于目前双语教学可用教材有限,选择适合的原版教材存在较大的困难,而分子生物学课程内容更新快,内容多,为适应绝大多数学生的考研难度需要,2009年以来,本校生物专业“分子生物学”选择了中文教材授课,将教学的重点放在系统性、基础性和前瞻性上,每年的授课内容至少更新30%,从学生的反馈意见上看,这一调整更加贴近学生的需要。这些年来的“分子生物学”课程改革实践也使本校认识到无论是常规教学还是双语教学形式,从学科特点、学生基础、师资条件等因素出发,制定合理的教学方案,提高教学质量,服务于人才培养这一目标才是课程改革的出发点和最终归宿。
参考文献:
[1]郑用琏.课堂的“磁力”来自哪里[J].中国高等教育,2004,(8):36-38.
[2]教育部“关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见”[Z].2007.
课程体系的制定和完善本校生物专业本科“分子生物学”的教学体系自2005年以来进行了三次调整,第一次是从2005年起,采用了双语教学的模式,主要原因是当年本校面临本科教学评估,双语教学已经列为本科教学质量评估的观测指标之一,为使生物技术专业的课程的双语教学授课率达到15%,综合各方面因素,“分子生物学”双语教学成为一个试点。为开展人才培养模式的改革创新,“分子生物学”课程尝试采用双语授课形式,旨在提高大学生专业英语水平和直接使用英语从事科研的能力。但是当时适合高等师范院校本科生使用的原版分子生物学教材很少,几经筛选,本校最终将《InstantNotesinMolecularBiology》作为学生的教材。该书以24个专题的形式讲述细胞与大分子,蛋白质和核酸的特点,染色体结构,DNA的复制、损伤修复和重组,基因表达调控,分子生物学常规技术,每个专题相对独立,简洁易懂,但是系统性和深度尚有欠缺,难以适应学生考研的需求,所以在教学中,教师需要补充大量内容,因此无论教还是学,这本教材在使用中的缺陷都比较明显。鉴于此,自2009年起,本院选择了《现代分子生物学》作为教材,首先考虑该书由著名学者朱玉贤等编写,是“十一五”国家级规划教材,其次该书也是多所学校分子生物学考研复习的推荐参考书。该书在编排上分11章,从染色体与DNA,生物信息的传递,分子生物学方法,基因表达调控,疾病与人类健康,基因与发育,基因组与比较基因组学等方面介绍分子生物学基础理论和技术,在教学中,结合学生的实际情况,笔者并未完全按照该书的内容讲授,有些与生物化学、细胞生物学重叠的内容采用略讲方式,而有些内容则在教学中进行了补充或删减,例如:本教材中DNA修复和转座部分的内容薄弱,脉络不清晰,笔者主要依据《基因的分子生物学》进行了补充,而该书中一些与分子生物学主线关联不紧密的部分,则进行了删减,2012年,本校在多年教学经验积累的基础上,结合本科生的特点,出版了《普通分子生物学》一书,以易教易学作为编书的出发点,参考了多部目前国内外主流的分子生物学教材,构建了一个重在基础、兼顾前沿、简洁明了的体系,全书分6章,介绍了DNA的结构和复制,RNA的结构和转录,蛋白质的生物合成,基因表达的调控,分子生物学研究方法。该书在结构上分为三个模块,即基因组的维持、基因组的表达和调控、分子生物学技术,方便学生对学科体系的整体认识。
课程内容的优化分子生物学是从生物化学分化延伸出来的一门独立的学科,一些内容和生物化学有较多的联系或重叠。但是分子生物学有自身的学科特点,突出对生命现象分子本质的解析。由于本校生物专业的“分子生物学”课程是在“生物化学”之后开设的,在课程教学中,任课教师通过讨论,对教学内容进行了分析,确定了两门课的侧重内容,在注意系统性的前提下,着重讲解教材的重点与难点,例如:在“生物化学”中已经有较大的篇幅讲述生物大分子的结构,在“分子生物学”课程中将略讲,教师在讲解复制、转录和翻译等过程分子机制时,以温故知新的方式,将基础知识和基本概念进行要点概括,借此为下一步的教学做铺垫,并检测学生的背景知识掌握情况,这种教学方法不仅得到了学生的广泛好评,而且使学科特点在教学中更加突出,专业课教学学时分配更加合理,起到了引导学生关注专业基础知识关联性的作用。
课程设置的调整鉴于本校生物专业学生普遍有考研的需求,学生对“分子生物学”的教学要求高,希望能更贴近考研的要求,所以在2010年的培养方案中,分子生物学采取了分级、分段开设的方法,在大三面向所有专业开设的“分子生物学”,教学重点放在系统性和基础性上;在大四以选修课的形式开设的“高级分子生物学”,旨在通过教学促进学生提高专业基础理论的综合能力,在学科的深度和广度上做进一步的扩展,不仅补充了最新的国内外分子生物学前沿和热点内容,而且选择一些重点科研院所的考研真题进行剖析,引导学生完成拓展和提高。调查显示,学生普遍赞同这一课程改革方式。
课程实践环节与理论环节的有效衔接
实践教学是“分子生物学”课程的重要部分,但是由于条件所限,目前本校生物专业的“分子生物学”课程仅开设了理论课,实验课尚未开设。为解决这一问题,在理论教学中通过对教学内容的分析,尽最大可能的将基础理论的讲授和分子生物学基础实验相结合,坚持既要使教学沿着课程的主线进行,又要努力使实验技术的介绍与理论课教学合理的衔接的原则,一定程度上弥补了实验教学的不足,旨在通过课堂教学,使理论和实验教学融为一个有机的整体,一些代表性的分子生物学技术的原理和方法按照表1所示的安排在基础理论部分的讲解中进行了介绍。作为任课教师,要使课堂教学精彩,还应深入科研第一线,这样才能利用科研和生产实践中的例子丰富课堂教学内容。[1]尤其是分子生物学这样更新快的学科,教师必须了解和准确把握学科发展方向和前沿热点,将自身科研实践中的经验、体会和感悟传递给学生,激发学生的对科学研究的热情,调动学生学习积极性。值得注意的是,专业课教学要充分发挥学生在学习过程中的主体作用,努力提高他们的分析能力、综合能力和创新能力,引导学生将理论知识和实验技术内容有效的融合,在教学中采用了一些方法来激发学生的学习兴趣和主动性,例如:每节课之后有要点回顾和知识链接提示,留给学生较为宽松的时间进行复习和延伸学习;设置一些与本节课内容有关的基础题、提高题、实验分析题,安排学生课下自行选择完成,以便学生检测学习掌握的情况,及时将知识梳理归纳,增加了学习过程的开放性和自主性。
教学模式的探索和实践
双语教学作为一种的新的教学模式,顺应了国家培养复合型人才的要求,也是考评学校教学质量和水平的一个重要指标。[2]2005年本校生物专业的“分子生物学”课程作为第一批教学模式改革的课程,率先采用了双语教学形式授课,一方面是出于本科教学评估的要求,另一方面也是专业课教学模式的一种尝试和探索。从2005至2008年的实践和学生反馈意见上看,双语教学作为教学改革的一种探索是值得肯定的,调查显示,92%的学生认同和赞成双语教学,认为通过使用原版英文教材和全英文课件,感觉学习“分子生物学”并没有开课前想象中的那么困难,通过学习,理解和掌握了学科知识体系,专业英文的阅读能力得到较大的提高,对专业词汇有一定的积累,很有成就感,对这门课更有兴趣了。从任课教师的反馈意见上看,由于难以找到合适的教材,所以在备课上需要下更大的力气,充实教学内容,不少教师在教学中信心不足,担心由于缺乏专业英文口语训练,造成专业术语的发音错误等问题。所以实际上,本校生物专业分子生物学开设的动因主要来自学校本科教学评估的要求。
关键词:环境监测 生物传感器 生物大分子标记物
一、引言
生物技术具有和其他现代高新技术相同的主要特征,诸如开发周期短、效益高的特点,从现阶段来看已经突破了基础的理论研究阶段,从自20世纪70年代以来开始逐步进入技术应用阶段。随着现代生物技术理论研究的不断深入,其应用的范围得到了进一步的拓宽,不但在食品工业、高新技术农业、药品和发酵工业中得到了广泛的应用,同时还在环境科学、环境监测评价及防治中发挥着极其重要的作用。可以预见,生物技术必将成为环境科学中重点应用的技术。
二、生物技术的研究要点
1.生物技术的研究特点
1.1以生物作为研究对象,不过多地依赖于地球上的有限资源,主要在于对再生资源的开发和利用。
1.2研究环境相对简单可行,生物技术的研究基本上都是在常温、常压下进行,研究过程相对简单,可实现连续化操作,同时具有良好的环境友好性,能有效地节约能源,减少对环境的污染。
1.3利用生物技术开发的生物制品具有纯度高、质量优和安全可靠的特点,是未来新产品开发的一个新途径。
1.4能有效的解决传统技术下不能予以解决的难题,能根据人类的需求对生物的品种进行合理的改良,创造出更加具有经济价值的生物类型。
三、常规监测技术中微生物的应用
水体中的致病菌有可能引起各种传染病,因此,水质的细菌学测定,特别是肠道细菌的检验,在环境质量评价、质量卫生监督等方面具有重要意义。由于致病菌在水中存在的数量较少,直接监测比较困难,而且检查结果为阴性也不能保证绝对安全,因此在实际工作中常选用粪便污染指示菌——大肠菌群作为代表 。另外还有发光细菌法、污染物致突变的微生物监测,藻类与水质污染监测方式,用于监测水环境的微生物学指标是可行的。
四、生物传感器
1.BOD微生物传感器检测仪(BODs)
生物化学需氧量(BOD)是环境监测工作中的一项重要指标,它表示水中污染物的综合污染程度。目前国内外普遍规定样品在 20℃的温度中培养5d,分别测定培养前后的溶解氧, 二者之差即为BOD5 值,以氧的 mg/L 表示。但该方法操作较复杂,耗时长,且干扰因素多,结果准确度及重现性差,不能及时为环境管理和决策、科研、事故污染鉴定等提供科学依据,无法满足当前环境监测中快速测定的要求。因此,快速、准确测定水体中 BOD 一直是环境监测中的一大难题,而BOD微生物传感器检测仪就能满足这一要求,因此得到广泛应用。
2.DNA生物传感器在环境污染监测中的应用
基于生物催化和免疫原理的生物传感器在环境领域中获得了广泛应用。近年来,随着分子生物学和生物技术的发展,人们开发了以核酸探针为识别元件,基于核酸相互作用原理的 DNA 生物传感器。该传感器可用于受感染微生物的核酸序列分析、优先控制污染物的检测以及污染物与 DNA 之间相互作用的研究,在环境污染监测中具有潜在的巨大应用前景。
3.可检测化学制剂和生物制剂的生物传感器
美国田纳西大学(位于美国田纳西州诺克斯维尔)的研究人员利用由生物工程技术制成的、存在杂质时会发出蓝绿辉光的微生物,开发成功一种基于芯片的环境生物传感器样品。这种被称为生物发光型生物指示器IC(bioluminescent bioreporter IC,简称 BBIC)的器件技术可在众多的应用(从航天器到反恐)中巧妙地检测出氨、锌等各类化学物质。
4.光纤化学/生物传感技术
光纤技术与光谱分析技术的有机结合就构成了光纤传感技术。光纤传感技术突破了光谱分析的传统模式,光可由光纤直接导入样品,而样品不必放入光谱仪中就能进行测定。特别适用于环境污染物、生物药物,以及生产过程的原位、在线监测和对样品的无损测定。早在十几年前,人们就曾经预言:光纤传感技术的出现将不可避免地引起分析实验室及分析控制仪器的又一次革命。随着环境科学与生命科学的发展,对各种与人类生存环境密切相关的化学物质的测定和变化过程的监测,已显得特别突出和重要。由于光纤化学/生物传感技术具有实时、在线及远距离自动监测和对样品无损测定等特点,人们对它在海洋环境监测中的应用给予了较多的关注,特别是在溶解氧、pH、湿度和水质毒性等监测要素的应用。
五、生物大分子标记物
随着社会对环境保护的日益重视和分子生物学技术的发展,将生物大分子标记物的检测应用到环境监测中已经成为一种趋势。生物大分子标记物检测由于其测定指标全面、准确、系统且具有特异性等优点。生物大分子标记物是指生物体内的一些对外界环境变化敏感并能产生一些可检测变化的大分子物质,这些大分子物质能够反映环境变化对生物体的影响。
1.核酸分子标记物检测
核算分子标记物检测方法有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术及DNA芯片技术。
2.蛋白分子标记物检测
环境中的许多污染物能直接与生物体内的蛋白质发生反应从而对生物体产生影响,或者诱导 (或抑制)生物体内一些基因的表达从而影响生物体内一些蛋白质的量。因此,生物体内的许多种蛋白都可以作为环境中有害物质暴露的生物标记物应用于环境监测中。蛋白分子标记物检测方法有酶分子标记物检测、金属硫蛋白( Metallothione in ,MT)的检测、热休克蛋白( Heat Shock Prote in , HSP)的检测及抗氧化剂防御系统的检测。
六、微核技术
环境污染已经成为全球共同关注的一个热点问题。为了检测出已经存在或潜在的危害,各种环境污染监测技术应运而生。植物微核技术是根据遗传学上染色体畸变的原理而建立的一种环境污染的生物监测方法,在对大气、土壤、水环境中各种有毒污染物的遗传毒性检测方面得到了广泛应用。国内外大量的对比实验研究表明,该方法普遍适用于检测环境致突变物,已经成为环境污染监测的有效工具。微核技术可用于监测大气污染,监测土壤污染,监测水污染,监测有机物污染,监测重金属污染,监测物理辐射污染。
【关键词】先导化合物;活性筛选;发现
先导化合物是指通过生物测定从候选化合物中发现和选定的具有某种药物活性的新化合物,一般具有新颖的化学结构,并有衍生化和改变结构发展潜力,可用作研究模型,经过结构优化,开发出受专利保护的新药品种。
一、先导化合物的寻找
(1)从天然产物活性成分中发现先导化合物。19世纪至20世纪期间,从植物中提取、分离得到了许多具有特殊治疗作用的药物。这些药物无需修饰即可直接应用于临床,如吗啡、奎宁、紫杉醇等。此外,还有许多药物是以从植物中提取的物质为先导化合物,进行结构修饰,获得了很好的治疗结果。随着技术的不断发展,人们开始从动物和微生物中分离提取并获得新的先导化合物。多种具有抗菌活性的天然抗生素被分离出来,如青霉素、四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等。对天然菌类提取物的优化蓬勃发展,创制了百余种抗生素,包括后来在临床中得以广泛应用的阿莫西林、头孢哌酮和阿齐霉素等。同时,大量的非抗生素类药物也从这类先导物种被提取或优化出来,包括从橘青霉素中提取得到羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂美伐他汀等。内源性生物活性物质也是先导物的重要来源。开发和应用体内这些微量的内源性物质为先导化合物寻找新药是目前药物研发领域中的新兴方向。(2)通过分子生物学途径发现先导化合物。分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学,通过研究生物大分子的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。分子生物学的研究内容包括各种生命过程,如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等,可以利用这些研究来发现先导化合物。(3)从代谢产物中发现先导化合物。代谢产物是指新陈代谢中的中间代谢产物和最终代谢产物。科学家利用高端技术进行提取和分析这类先导物并进行改造以获得新药。如由二级代谢产物偶氮化合物磺胺米柯定发现磺胺类强力和长效H1受体拮抗剂诺阿司咪唑,由于其不易通过血脑屏障,因此无中枢镇静作用,也没有抗胆碱作用,它与组胺竞争细胞上的H1受体,起抗过敏作用。(4)从临床药物的副作用或者老药新用途中发现。临床药物的常见的副作用包括恶心、干呕、视力模糊、头昏、嗜睡等。根据这些不良发应研究其作用机制,可以发现某些先导化合物。如新型的碳酸酐酶抑制剂利尿药就是一个成功的例子。
二、先导化合物的活性筛选
(1)非抗菌活性先导化合物的筛选。现代生物技术,特别是分子生物学研究的进展使采用重组微生物技术筛选非抗菌活性先导化合物显示出优越性。该方法简化了分析检测过程,降低了结果的假阳性的发生,适用于高通量筛选系统。目前采用此技术建立了许多有效的先导化合物筛选模型。以重组微生物技术为基础的靶位筛选系统是将编码外源靶蛋白的基因克隆,转移到宿主(微生物)体内并进行表达,再采用经典方法对重组微生物的特性(如存活)进行评价。(2)抗癌活性天然先导化合物的筛选。随着对肿瘤发生机制研究的不断深入,人们以肿瘤发生、发展过程中相关酶、受体为作用靶点,设计出一些利用新的作用机制筛选抗癌药物的方法。例如,抑制DNA拓扑异构酶、抗有丝分裂、抑制生长调节及信号传导途径、钙离子通道阻滞剂等方法。这些方法特别适用于天然抗癌先导化合物的跟踪分离筛选,利用这些方法已筛选出一些新的有潜在抗癌活性的天然先导化合物。(3)抗氧化活性先导化合物的筛选。抗氧化活性先导化合物一般应用于治疗心血管疾病。例如,利用多靶点机制,从南海真菌中分离出来的一系列全新结构的鹿角缩酮类化合物,此类化合物能抑制苯肾上腺素引起的血管环收缩,与一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME合用能明显减弱其舒血管作用。而且,能显著抑制过氧化氢诱导的细胞凋亡、线粒体膜电位下降和细胞色素C的释放,也提示该化合物具有胞内抗氧化作用。
三、先导化合物的优化
先导化合物存在缺陷,如活性不够高,化学结构不稳定,毒性较大,选择性不好,药代动力学性质不合理等等,对先导化合物进行化学修饰,进一步优化使之发展为理想的药物,这一过程称为先导化合物的优化。优化方法有两种,一是通过化学操作和生物学评价、发现决定药理作用的药效团;或得到特异性高、毒副作用小的药物。二是改变先导化合物的化学结构,反复试验。例如利用生物电子等排体对先导化合物进行优化。
参 考 文 献
[1]赵爱国,韩宇萍.从植物药中筛选先导化合物的策略[J].中国药房.2002(9):517~519
有些企业为了节省开支,不安排员工体检,甚至雇佣患有传染病的工人加工生产食品,导致食品存在病原体,危害消费者的健康,食品运输和储存的管理问题。在食品进入市场的过程中,包装、储藏和运输出现问题,会造成食品污染。有些食品因检测的技术和方法不当,样品检测过于单一,食品净化不彻底,也使食品的质量得不到保证。
现代生物技术及其在食品安全管理中的应用
1.现代生物技术生物技术又称为生物工程,主要是以现代生物科学为基础,运用现代科技手段并根据生物的某些特性,按照一定的流程进行改造以达到预期目的的一种新型技术。现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和发酵工程五个领域,这些技术在食品安全管理领域具有广阔的发展前景。其中基因工程是现代生物技术的核心和基础,它几乎贯穿于细胞工程、酶工程、蛋白质工程等其他领域,并对这些领域的技术具有指导作用。(1)基因工程:又称为分子克隆技术、DNA重组技术,是以现代分子生物学技术为基础的一种新兴生物学技术,在分子水平上将异源基因与载体DNA在生物体外进行剪切、拼装和重组,并通过微生物质粒、噬菌体等作为载体,将重组后的DNA转入受体细胞,从而获得符合人类需要的产品或创造出新特性。(2)细胞工程:是一种运用细胞生物学技术,有计划有条理地改良遗传物质的生物技术,主要包括细胞培养、细胞移植、细胞融合、细胞重组等技术,与基因工程有许多相似点。应用细胞工程进行育种和培养获得新的遗传物质,往往比普通的遗传物质具有更高的抗性和更多的营养成分。(3)酶工程:是指利用酶、细胞器等具有的特异催化功能对酶进行改造,借助给定的技术手段生产出人类所需要的产品,主要包括酶的固定化技术、酶的修饰化技术和细胞固定化技术等。酶工程在食品添加剂、食物保鲜等方面具有广泛的应用前景。在食品中添加一种或几种酶,根据检测结果可评价食品的质量,操作简捷,可行度高。(4)蛋白质工程:是一种在基因工程的基础上,融合蛋白质晶体学、蛋白质化学等科学而达到人类需求的新型技术。由于它是以基因工程为基础的,所以也称为“第二代基因工程”。2.现代生物技术在食品安全管理中的应用现代生物技术运用于食品生产已有很长时间,它被广泛用于辅助生产发酵类食品,如酸奶、面包等。现代生物技术具有灵敏度高、定位准确、迅速等独到的优点,它在食品安全检测、安全管理控制领域扮演了非常重要的角色。随着现代生物技术的快速发展,许多创新性的技术不断被研发出来,对食品功能性的开发具有非常重要的作用。同时,现代生物技术在食品安全管理中也有举足轻重的地位。换言之,在食品安全管理系统中引入生物技术,可使管理工作事半功倍。食品安全管理主要分为食品安全检测管理和食品加工管理。在食品安全检测方面,目前广泛采用的生物技术有分离培养法、免疫学培养法、分子生物技术、生物芯片和生物传感技术等。以生物芯片为例,它是食品检验中快捷的技术,根据食品的安全情况建立安全检测监控体系,找出食源性疾病的阈值,建立食品安全管理预警和反应系统。生物芯片在食品安全管理中具有很大的潜力,如对食品中毒素的检验和残留药物的检测等,生物芯片都可提供有力的保障措施。生物工程技术在食品加工管理中主要应用基因工程、细胞工程、酶工程等技术。以基因工程为例,它应用于食品安全管理体系,具有几个特点:一是优化食品的生物资源和品质。应用基因工程技术可改良动植物的品种,比如,可培养抗病虫、抗病毒的植物或耐干旱耐潮湿的植物,这为制作食品消除了很多安全隐患。目前,市场上许多转基因食品以其独有的性质广受消费者欢迎。同时,基因工程还可改善食品的品质,比如,可改良奶牛的生长激素,既增加牛乳的产量还提高牛乳的质量;可改良猪的生长激素,控制猪的总质量与其瘦肉的比例。二是改进食品中的菌类。不良菌种不仅给食品带来危害,而且还会使整个食品安全管理系统瘫痪。原因是:一旦用不良菌种发酵,食品的质量就会下降。食品安全管理的目标就是保障食品的安全性,用不良菌种而使食品质量受损,从客观上直接给食品安全管理带来了危险。而基因工程可改良菌种、提高食品发酵的安全性,从而改善食品安全管理系统。1994年美国Calgene公司研制的转基因番茄上市,这是第一个通过食品安全管理的转基因植物食品。在我国,转基因水稻、玉米、小麦和各种水果也都通过了食品安全管理系统检测,并在全国范围广泛采纳。
一、通过所系融合构建园艺生物技术教学平台,促进教学与科研的有机结合
(一)整合资源,为培养人才提供良好的实验研究条件园艺学一级学科下包括的果树、蔬菜、花卉、茶学、园艺产品采后学等二级学科(或方向)都涉及生物技术。由于学科划分及管理方面的原因,从事品种改良以及采后生理学的教师、设备等被分散在5个不同系中,不利于园艺生物技术的发展。2002年,华南农业大学整合园艺学科中与生物技术有关的人员和仪器设备,构建了园艺生物技术教学与实验实习平台———园艺生物技术研究所。该所为校级研究所,下设分子生物学与基因工程室、细胞工程育种研究室和脱毒与快繁室等3个研究室(或实验室),主要为科研和培养研究生提供实验条件。园艺生物技术研究所的人员全部来自园艺学院各系,其中教授8人。
(二)教学与科研结合,努力提高本科生的实验技能和研究能力2003年,根据园艺学科及华南地区园艺产业发展的需要,园艺学院创设了园艺生物技术方向本科专业,并开始招生。为方便教学管理,在园艺生物技术研究所的基础上又组建园艺生物技术系,园艺生物技术研究所与园艺生物技术系联合办公,人员及设备统筹使用。园艺生物技术研究所主要精力放在科研和研究生培养,园艺生物技术系则侧重于本科生教学和培养上,两者做到既有分工又有协作,相互支持。通过所系融合,使教学和科研资源得到合理配置,改善了不同层次学生的实验条件,不仅大幅度提高了园艺生物技术平台的使用效率,也大幅度提高了学生的生物技术实验技能和研究能力,同时还促进了科研水平的提升。
(三)充分发挥平台优势,承担教学和科研任务园艺生物技术平台的教师近年来承担了2项“863”课题、15项国家自然科学基金课题和50多项省部级课题。以果树、蔬菜、花卉和茶树等园艺植物为材料,开展了分子标记、基因分离和克隆、转基因、基因功能鉴定、细胞工程、种苗脱毒与快繁及采后分子生物学等多方面的研究工作,成绩显著;同时还承担了多项学校教育教学研究课题,为本院和外院学生开设20多门课程。
(四)加强硬件建设,为新专业方向的学生提供可靠的实验教学保障生物技术专业培养的学生必需经过严格的技术训练,如果没有相应的实验条件,创建园艺生物技术专业将成为空谈。生物技术专业的实验设备相对比较昂贵,仅靠教学经费不可能满足仪器购置的需要。因此,必须通过科研带动学科建设,利用国家重点学科建设、广东省211工程建设和重点学科建设、本科优教评估和人才引进等项目,多方筹措资金。有了良好的实验条件、配套的管理制度,可以使教学科研相互促进,为新专业方向的学生提供可靠的实验教学保障。
二、制定科学的课程方案
园艺生物技术专业根据现代生物技术的特点,结合园艺专业的发展趋势,制定了“园艺+生物技术”的复合模块培养方案。园艺,是本专业的立足点,要“站稳”,但不应该花费太多的学时。我们压缩了原有园艺专业课中的“各论部分”的课时,保留园艺学的核心课程园艺概论、园艺植物分类学、园艺植物育种学和园艺植物栽培学等,形成“园艺模块”。生物技术模块则开设园艺植物生物技术、植物细胞工程、植物基因工程原理与技术、农业生物技术等专业主干课,另外还设置了一些选修课,形成全新的课程方案。
三、建立和完善园艺生物技术学科及其理论体系
由于园艺生物技术是园艺学的一个新兴领域和学科分支,从园艺生物技术所成立之初起,就特别重视学科建设和园艺生物技术理论体系的建立。2002年,华南农业大学生物技术研究所编著了《园艺植物生物技术》一书作为研究生校内教材使用。由于该教材学术体系较系统、理论较严谨、体例统一、内容新颖和能充分反应园艺植物特点等因素,于2005年被教育部遴选为“研究生教学用书”,由高等教育出版社出版发行,成为国内首次公开出版的《园艺植物生物技术》研究生教材[1]。2007年又主编出版了“国家十一五国家级规划教材”《园艺植物生物技术》和《园艺植物生物技术实验指导》等本科生教材[2-3]。
四、创新实验室管理机制,实行全面开放和资源共享
从园艺生物技术研究所与园艺生物技术系成立之初起,所系实验室就按照开放型教学研究实验室的模式进行运作,建立和不断完善实验室管理制度,对本科生、研究生实行完全的开放管理,在教学、科研和人才培养方面都取得了显著的成效,大力促进了学科、专业之间的交流、综合与渗透,加强了横向联系和合作,提高了平台的知名度和影响力。