生物信息學新進展精選(九篇)
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第1篇：生物信息學新進展范文
CRISP在哺乳動物中分布比較廣泛,繼有學者在哺乳動物附睪中發現酸性附睪蛋白后,相繼又在哺乳動物生殖系統中發現了大量CRISP成員。這些CRISPs之間序列同源性高達40%~80%,而且都分布于外分泌腺體中。依據組織特異性和序列同源性CRISPs可分為CRISP-1,CRISP-2,CRISP-3和CRISP-4四類[4]。
CRISP-1CRISP-1主要分布于中[1],由各種哺乳動物的附睪分泌。根據所屬物種的不同,CRISP-1通常在大鼠中被稱為附睪蛋白(DE),在小鼠中被稱為酸性附睪糖蛋白(AEG),以及在人類中被稱為AEG相關蛋白(ARP)[1]。Cohen等[2]和Roberts等[5]研究發現,CRISP-1于獲能過程中釋放。在獲能和隨后誘導的頂體反應期間,與頂體區域結合的CRISP-1能夠遷移到赤道部分從而參與精卵融合。此外,也有研究報道CRISP-1首先可與卵透明帶發生相互作用,隨后通過與卵細胞補充位點的結合從而促進配子融合。但是,過量的外源CRISP-1卻能夠阻斷精卵的結合[6]。Busso等[7]和Roberts等[8]證實,在獲能期間CRISP-1能夠抑制大鼠蛋白酪氨酸的磷酸化以及孕酮誘導的頂體反應。這意味著CRISP-1能夠抑制獲能過程,因此被視為去獲能因子。進一步的研究結果表明了CRISP-1是通過具有離子通道調節活性的CRD結構域來擔任去獲能因子的角色的[2]。此外,Cohen等[6]研究還發現,CRISP-1對質膜的穩定也起著非常重要的作用。總而言之,CRISP-1在受精過程中是一種多功能蛋白,參與多種重要的生理學過程。
CRISP-2CRISP-2又稱為特異精母蛋白(testisspeci-ficprotein1,TPX-1),其組織特異性很高,主要在人、大鼠和豚鼠的頂體和尾部表達[9-10]。近年來研究表明,精母細胞可通過表達和分泌CRISP-2,從而調節細胞與支持細胞(sertolicell)的連接。Gibbs等[11-12]研究發現,CRISP-2不僅能夠通過CRD結構域來調控心肌RyR(ryanodinereceptor)通道的活性而引起Ca2+的變化,還能與MAP3K11(MAPkinasekinasekinase11)修飾蛋白結合。在MAP3K11修飾蛋白的作用下,CRISP-2發生磷酸化,從而參與頂體發育的過程。2008年,Jamsai等[13]報道CRISP-2還可與配子發育蛋白1(gametogenetin1,GGN1)結合形成CRISP2-GGN1復合物,該復合物在尾部重組和運動中也發揮著重要作用。與CRISP-1的功能相似,CRISP-2也能夠參與精卵融合的過程[14],這說明不同的CRISP也可能具有相似的功能。
CRISP-3CRISP-3又稱SGP28(specificgranuleproteinof28kDa),是一種特殊的、分子量為28kDa的顆粒蛋白。CRISP-3首先是在人類中性粒細胞中發現的。Laine等[15]和Kratzschmar等[16]在人類的唾液腺、胰腺、前列腺中也發現了高表達水平的CRISP-3mRNA,但是在附睪、卵巢、結腸中CRISP-3的表達水平則較低。此外,Bjartell等[17]在人類組織液,如唾液、汗液、血液和精漿中,也檢測到了分泌的CRISP-3蛋白。近年來有研究報道,晚期前列腺癌病人在切除后血清中CRISP-3濃度下降,推測CRISP-3的表達可能與雄性激素受體功能相關。2010年,Pathak等[18]報道,CRISP-3能夠與人類精漿中含有94個氨基酸的前列腺分泌蛋白(prostatesecretoryproteinof94aminoacids,PSP94),也被稱為β-微精原蛋白(β-microseminoprotein,MSP)發生相互作用。在前列腺腫瘤中,PSP94的表達水平表現出明顯的降低,甚至消失,而CRISP-3的表達水平則明顯增高。由于在某些病理過程中,CRISP-3的表達水平發生明顯的改變,因此可作為某些疾病的理想標記物[19]。研究發現,在子宮內膜、腎上腺上皮癌癥細胞以及慢性胰腺炎病人的胰腺細胞中,CRISP-3會有定量的過表達,這意味著CRISP-3不僅在組織炎癥和免疫應答過程中發揮重要作用,還被認為是宮外孕、前列腺癌以及慢性胰腺炎的一種潛在生物標記物。近年來,有文獻報道,源自中性粒細胞的CRISP-3與某些參與植物抗菌防御相關蛋白的序列同源性較高。因此,推測其在先天免疫防御上也發揮著重要作用[1]。
CRISP-4CRISP-4是CRISP家族最新的成員,主要以雄性激素依賴的方式由附睪上皮細胞分泌[20]。此外,在其他組織,如精囊、胸腺、脾和骨骼肌中,CRISP-4表達水平較低[21-22]。系統發育分析結果表明,鼠源CRISP-4與人源的CRISP-1直系同源(圖3)[21]。研究發現,CRISP-4在成熟以及精卵相互作用等方面發揮著重要作用。然而,到目前為止CRISP-4參與配子相互作用時的具體分子作用機制還尚未見報道。近年來研究報道,存在于人類和小鼠表面的瞬時受體電位M8(transientreceptorpotentialM8,TRPM8)發生激活后能抑制由孕酮誘導的發生頂體反應。2011年,Gibbs等[23]通過膜片鉗技術證實CRISP-4能抑制TRPM8的激活。雖然CRISP-4敲除的小鼠具有正常的能力且能生育,但CRISP-4敲除小鼠的受孕酮誘導后發生頂體反應的能力要明顯低于野生型。由于CRISP-4在男性生殖道中表達水平較高,并且在成熟和受精過程中發揮著重要作用,因此在男性不孕藥的研發及不孕癥的治療上,CRISP-4蛋白可被視為非激素男性避孕的藥物靶點。
無脊椎及低等脊椎動物CRISP的生物學功能
1蛇毒CRISP蛋白
蛇毒分泌液中富含大量CRISP蛋白,關于CRISP蛋白作用機制及分子結構的研究多半來源于對蛇毒CRISP家族成員的研究。研究發現,蛇毒CRISP家族成員對多種離子通道,如Na+、K+、Ca2+通道以及環核苷酸門控通道(cyclicnucleotide-gatedionchannel,CNG)等具有阻斷作用。
1.1CNG通道阻斷劑環核苷酸門控離子(CNG)通道是非選擇性的陽離子通道,在調節視網膜光感受器和嗅覺神經元的感覺傳導中發揮著重要作用。到目前為止,Yamazaki等[24]和Brown等[25]已分別從澳大利亞眼鏡蛇科的棕伊澳蛇(Pseudechisaustralis)和澳大利亞南部紅腹伊澳蛇(Pseudechisporphyriacus)的毒腺中分離出CNG通道蛋白阻斷劑Pseudechetoxin(PsTx)和Pseudecin(Pdc)。其中,PsTx是眼鏡蛇屬中發現的第一個CRISP家族成員。序列分析結果表明,PsTx和Pdc為CRISP蛋白家族成員,具有較高的同源性。電生理實驗結果證實,PsTx和Pdc均能阻斷視網膜光感受器和嗅覺神經元的感覺傳導,但是PsTx對嗅覺神經元和視網膜光感受器CNG通道的親和力比Pdc要高出15~30倍。晶體結構分析結果顯示,PsTx和Pdc蛋白PR-1結構域和CRD結構域之間凹面的氨基酸序列明顯不同,這說明結構域間凹面對PsTx和Pdc與CNG通道的結合具有重要的作用[26]。此外,PsTx和Pdc還含有一個Na+結合位點,但具體功能未知,推測其可能對高級結構的穩定具有重要作用。
1.2Na+通道阻斷劑鈉離子通道是細胞質膜上的一種跨膜糖蛋白,通常由三個亞基組成。鈉離子通道主要選擇性允許Na+跨膜通過,其主要功能是維持細胞興奮性及其傳導,對可興奮細胞如神經元、心肌細胞、骨骼肌細胞和內分泌細胞等在動作電位的產生和傳播中發揮重要作用。2008年,Suzuki等[26]研究發現,蛇毒PsTx和蛇毒Pdc的結構中含有一個Na+結合位點,即Ser73、Gln74以及Ser128。但是,尚未在其它蛇毒CRISP家族成員的結構中發現Na+結合位點,推測可能與Gln74被其它的氨基酸殘基替代有關。目前,關于Na+通道的報道還不夠完善,有待于進一步探究。
1.3K+通道阻斷劑鉀離子通道是生物體中最基本的功能蛋白之一,對鉀離子有高度離子選擇通透性,在生理過程中發揮著重要的作用。Tu等[27]從中國臺灣的中華眼鏡蛇(Najaatra)和竹葉青蛇(Trimeresurusstejnegeri)的毒腺中分別分離純化出具有K+通道阻斷功能的CRISP家族成員—natrin和stecrisp。序列分析結果表明,natrin和stecrisp的同源性較高。Natrin是由221個氨基酸構成的蛇毒蛋白,分子量為25kDa。免疫沉淀實驗結果表明,natrin可以與來自骨骼肌的蘭尼堿受體1(ryanodinereceptor1,RyR1)結合[28]。此外,natrin能抑制蘭尼堿與RyR1的結合,同時抑制RyR1鈣通道的激活。電生理實驗表明,natrin可以引起高鉀誘導的離體小鼠胸主動脈的收縮,但對其基礎張力沒有任何影響。黃燕軍等[29]研究證實,natrin能夠抑制大鼠肝臟脂質過氧化作用。此外,natrin還能夠誘導胃癌MGC-830細胞發生凋亡。Stecrisp也是由221個氨基酸構成,但是其表觀分子量在不同條件下是有差異的。有文獻報道,純化后的stecrisp的表觀分子量在變性凝膠電泳中為24kDa,在還原狀態下為28kDa。這種差異表明,stecrisp分子中可能存在穩定結構的二硫鍵。與natrin的多樣相似,stecrisp也具有多種功能,能夠在精卵融合、先天宿主免疫以及阻斷離子通道等方面發揮重要作用[3]。
1.4Ca2+通道阻斷劑鈣離子通道廣泛存在于各種生物組織的細胞膜中,參與神經遞質的釋放和心肌的活動等。到目前為止,已有科研團隊陸續從蛇毒中分離純化出多種具有Ca2+通道阻斷功能的CRISP家族成員,如ablomin(Agkistrodonblomhoffi)、triflin(Trimeresurusflavoviridis)、latisemin(Laticaudasemifasciata)、piscivorin(Agkistrodonp.piscivorus)、ophanin(OphiophagusHannah)以及catrin-2(Crotalusatrox)。序列分析結果表明,這些Ca2+通道阻斷劑的同源性較高,且半胱氨酸殘基的位置相對保守。電生理實驗結果表明,這些富含半胱氨酸分泌蛋白能夠通過阻斷Ca2+通道從而抑制老鼠尾部動脈平滑肌的收縮,但是對由咖啡因誘導引起的收縮則無明顯抑制作用。其中,ablomin、triflin、latisemin具有較高的Ca2+通道抑制活性。
1.5炎癥調節功能2011年,Wang等[30]研究發現,CRISP作為炎癥調節因子在機體內發揮重要作用。實時定量PCR和流式細胞儀檢測結果表明,來源于Najaatra毒腺的natrin能夠以依賴硫酸乙酰肝素和Zn2+的方式,通過激活MAPK和NF-κB通路來誘導血管內皮細胞上黏著分子、細胞間黏附分子-1(intercelluaradhesionmolecule-1,ICAM-1)、血管細胞黏附分子-1(vascularcelladhesionmolecule-1,VCAM-1)以及E-選擇素(E-selectin)表達水平的上調,從而達到最終促進人單核細胞U937黏附于血管內皮細胞的目的。因此,natrin作為免疫調節因子能夠在傷口治愈過程中發揮重要作用。
2HelothermineHelothermine(HLTX)是第一個在爬行動物中發現的CRISP家族成員,主要分布于墨西哥串珠蜥蜴(Helodermahorridum)的唾液腺中。HLTX與其它的CRISP家族成員一樣,也是單鏈蛋白,由223個氨基酸組成,分子量約為25kDa,能夠阻斷多種離子通道,包括電壓門控型Ca2+通道,電壓門控型K+通道,以及蘭尼堿受體(Ryanodinereceptor,RyR)等[31]。體內實驗研究表明,小鼠被持續注射HLTX后,會出現嗜睡、后肢局部癱瘓以及體溫下降等癥狀,這表明HLTX是一個低溫毒素。
3AllurinAllurin是通過分離純化兩棲動物—非洲爪蟾(Africaxenopus)卵膠膜的裂解物而得到的富含半胱氨酸蛋白家族成員,由184個氨基酸組成,分子量為21kDa。Allurin是第一個在雌性生殖道中發現的CRISP家族成員,與哺乳動物CRISP蛋白家族具有較高的序列同源性。通常CRISP蛋白由三個結構域組成,而allurin則僅含有PR-1結構域和鉸鏈區,缺少C末端的離子通道調節結構域[32]。Sugiyama等[33]研究發現,allurin通常以穩定的多聚體形式存在,且這種多聚體不能被SDS和β-巰基乙醇破壞。同哺乳動物結合蛋白的功能相似,allurin具有引誘蛋白(spermchemoattractantprotein)的功能,能夠在發育的不同生命時期與結合,幫助其從一個發育時期進入到下一個發育時期[34-35]。
4CRBGP(cysteine-richbuccalglandprotein)CRBGP是從日本七鰓鰻(Lampetrajaponica)口腔腺中分離純化出的一種新型富含半胱氨酸分泌蛋白,其因與CRISP家族成員具有高度同源性,同樣具有16個高度保守的半胱氨酸殘基,因此將其命名為富含半胱氨酸的口腔腺分泌蛋白(cysteine-richbuccalglandprotein,CRBGP)。這是首次在原始無頜類脊椎動物中發現的CRISP家族成員。Xiao等[36]已經從七鰓鰻口腔腺中分離純化出分子量為26kDa的天然CRBGP。Chi等[37]研究發現,七鰓鰻來源的CRBGP是Na+通道阻斷劑,能夠阻斷海馬神經元和背根神經元的Na+電流,降低神經元動作電位的頻率和振幅,并引起時程延長。此外,Chi等[37]發現CRBGP對海馬神經元的K+通道也具有阻斷作用。與此同時,Ito等[38]也發現,來源于七鰓鰻的CRISP(CRBGP)能夠抑制去極化引起的小鼠平滑肌收縮,并且推測CRBGP對Ca2+通道也具有阻斷作用。不過仍需電生理實驗進一步證明。此外,CRBGP還具有免疫調節活性,能夠抑制fMLP誘導的中性粒細胞遷移。因此推測,七鰓鰻來源的CRBGP具有多種生物學功能,很有可能在七鰓鰻吸血食肉的過程中阻斷宿主魚體的疼痛反應以及免疫反應等。
5Tex31Tex31是從軟體動物—織錦芋螺(Conustextile)的毒液中分離純化出的一種新型CRISP家族蛋白,分子量約為31kDa,含有22個半胱氨酸,是目前發現的CRISP家族蛋白中半胱氨酸含量最多的成員。Tex31具有類似于絲氨酸蛋白酶的蛋白水解酶活性,能夠水解加工芋螺毒腺中以前體肽形式分泌的多種神經活性肽。這些神經活性多肽經Tex31剪切去除前體肽后具有生物學活性。此外,Guo等[3]和Cohen等[4]發現,由于Tex31的PR-1結構域中含有暴露的保守殘基(His60、Glu75、Glu96和His115),因此推測其他PR-1蛋白也可能會具有蛋白水解活性。
應用展望
第2篇：生物信息學新進展范文
關鍵詞：生物信息學;雙語教學;改革及實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）46-0125-02
生物信息學是生物學、計算機科學及應用數學等學科相互交叉而形成的一門新興學科。它以DNA和蛋白質為研究對象，通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、檢索與分析，進而達到揭示實驗數據所蘊含的生物學意義的目的[1]。基于“加強基礎、拓寬專業、強化能力、提高素質”的人才培養指導思想，河南科技大學生物科學及生物技術本科專業開設了《生物信息學》課程，以便讓學生理解并掌握生物信息學領域的基本概念和基本理論，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力，從而適應今后工作和學習的需要。
生物信息學的研究對象為各種分子生物學數據，是在全世界各個實驗室中產生的，然后再提交到相應的數據庫中[2]。目前，這些大型分子生物學數據庫在存儲、檢索和可視化上，都是英文界面;《生物信息學》課程中講授的生物信息學軟件也均以英文為界面[3]。由于生物信息學學科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學》課程的教學有其特殊性，其中一點就是適宜于開展較高水平的雙語教學。通過雙語教學，可使學生盡快掌握以英文為界面的生物信息學網絡資源及相關生物信息學分析軟件的使用，提高本科生生物信息學基本的分析技能，繼而培養其創新能力。根據《生物信息學》的課程特點，我們開展了雙語教學的改革和實踐，獲得了較好的教學效果。
一、激發學生學習興趣
《生物信息學》課程涉及的知識點較多，在線生物信息學分析平臺均為英文界面，多數學生因而存在一定的畏難情緒。因此，在授課的過程中，首先引導學生加強生物信息學基本分析方法及專業英語的學習。學生通過瀏覽英文網站，英文閱讀能力得到了很大提高;同時也開拓了視野，提升了知識面。總之，通過激發學生的學習興趣，幫助學生逐步建立起學習的興趣和自信心，為開展《生物信息學》雙語教學打下了堅實的基礎。
二、選用英文原版教材
目前，適宜于本科生《生物信息學》雙語教學的英文原版教材較為欠缺[4]。其原因有兩點：一方面，部分《生物信息學》原版英文教材非常昂貴，因成本原因不適宜于本科生選用;另一方面，通俗易懂、適合入門的《生物信息學》英文教材又少之又少。項目組最終篩選到了一本適宜于我校生物科學和生物技術專業本科生選用的英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，該教材淺顯易懂，實踐操作性強，適宜于生物信息學初學者選用;另一方面，打印或復印該教材的成本較低，學生易于接受。
三、更新優化教學內容
基于英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，適當更新并優化了教學內容，重點傳授了應用性較強的生物信息學實踐分析技能。如核酸及蛋白序列數據庫的查詢、核酸及蛋白序列的相似性搜索、序列比對、分子系統進化樹構建、蛋白物理特性及3D結構的預測等分析技能。另外還講授了離線單機版生物信息學軟件如DNAMAN 6.0、Primer Premier 5.0、MEGA 5.0的使用方法。
四、適當講解理論算法
在注重傳授生物信息學實踐分析技能的同時，適當講解生物信息學理論算法。由于生物信息學涉及的算法多數都較為枯燥，在授課過程中側重于分析方法的講解和應用。如在講授Needleman-Wunsch全局比對和Smith-Waterman局部比對及分子系統發育樹構建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權算術平均組隊法）等算法時，在多媒體教學的基礎上，結合互動式“提問”及“板書”等方法輔助學生理解算法的基本原理及分析方法;同時布置課后計算題作業，要求學生獨立完成后上交，從而促進學生鞏固基本理論和基本知識[5]。
五、采用雙語多媒體授課
為了更好地執行《生物信息學》課程的雙語教學任務，我們首先制定了《生物信息學》課程雙語教學計劃。即選用英文教材，制作英文PPT教學課件，采用中英文相結合的授課方式。隨著學生生物信息學分析能力及專業英語水平的不斷提高，逐步在授課過程中由少到多地加大英文授課的比例。項目組已于2014-2015學年第2學期成功應用英漢雙語完成了《生物信息學》課程的雙語教學任務，教學效果良好。
六、實時演示在線分析過程
我?；诰W絡安全的考慮，在教室內僅能登陸校園網而不能登陸外網。在以往的《生物信息學》教學過程中，只能采用網頁抓圖的靜態教學方式，造成學生對生物信息學分析方法的體驗不夠強烈。為了達到更好的教學效果，項目組購置了能夠接收無線網絡信號的設備，在教室內可實時在線進行生物信息學分析，在講解數據庫查詢、BLAST分析、Bankit序列提交、蛋白質結構域分析、蛋白質物理特性及3D結構預測等內容時，學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對生物信息學分析方法的印象，從而更加容易掌握這些實踐操作。
七、網絡教學資源建設
由于受學時的限制，《生物信息學》課堂教學的內容非常有限。為了讓學生更好地利用生物信息學豐富的網絡資源，我們基于學校開發的網絡教學綜合平臺，構建了《生物信息學》課程網絡平臺。平臺不僅提供雙語多媒體課件、教學視頻、作業及相關要求等教學資料;還提供了Primer Premier、DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BioEdit軟件安裝程序和使用手冊、生物信息學英文文獻及常用的在線生物信息學分析工具的鏈接等內容。
八、科研與教學相長
在生物信息學課程的雙語教學過程中，我們堅持教學和科研互動，實現科研與教學相長。一方面，主講教師將科研中積累到的涉及到生物信息學的研究成果應用于《生物信息學》教學過程中，豐富了教學內容。如在講授Bankit在線序列提交序列時，我們以提交至國際核酸序列數據庫GenBank的芍藥（Paeonia lactiflora）乙烯受體ETR1（JX406435）、ETR2（KP265307）、ERS1（KP265307）、EIN4（KP265308）基因序列為例;在講授基因外顯子和內含子結構預測時，以芍藥ACO（KJ719260）和ACS（KP265309）基因組DNA序列為例;在講授Primer Premier軟件時，以芍藥ACO基因為例，分別設計用于半定量RT-PCR、CDS擴增及原核表達載體構建所需的PCR引物。通過把科研思路帶入教學中，從而有效培養了學生的科研能力及創新能力。另一方面，教學實踐也有利于教師全面了解生物信息學和相關學科的最新進展，不斷為科研提供新思路。
九、考試方式改革
《生物信息學》課程教學的目的是提高學生利用信息技術解決生物學問題的能力。因此，考試主要考查學生綜合利用所學知識分析問題和解決問題的能力。項目組對考試方式進行了改革，改閉卷考試為大作業。要求學生一人一題，綜合應用所學的生物信息學分析技能對所研究的核酸及其編碼的蛋白序列進行序列查詢、序列同源性搜索，PCR引物的設計，分子系統進化樹的構建，蛋白的物理性質及3D結構預測等分析，占考核成績的70%。采用這種考試方式，一方面促使學生在學習過程中不必花大量工夫去死記硬背，而把重點放在了基本理論、基本知識的鞏固及實踐操作技能的提高上，有效地提高了學生的實踐操作能力和創新能力;另一方面，也促使教師在教學過程中，注重從能力培養的角度進行教學課堂設計，提升教學質量和水平。
參考文獻：
[1]賀林.解碼生命――人類基因組計劃和后基因組計劃[M].北京：科學出版社，2000
[2]周到，黃敏.生物信息學雙語教學探討[J].科教文匯旬刊，2013，（231）：48-49.
[3]戴凌燕，姜述君，高亞梅.《生物信息學》課程教學方法探索與實踐[J].生物信息學，2009，7（4）：311-313.
第3篇：生物信息學新進展范文
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無
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第4篇：生物信息學新進展范文
關鍵詞:分子生物學；課程設計；教學評價；探索
分子生物學是在分子水平上研究生命現象與生命本質的科學。作為生命科學的共同語言，主要闡明生物大分子的結構、代謝途徑、調控機制以及人體各種生理和病理狀態的分子機制，是推動新的診斷、治療和預防方法。對于中西醫結合醫學生而言，學習醫學分子生物學，不僅是為未來的專業課的學習打下基礎，也為將來的工作和繼續深造學習提供知識儲備。學生在學習時靠死記硬背，缺乏對知識的思考，不能將分子生物學的知識和臨床學科的內容進行橫向聯系，導致基礎理論知識和臨床實際應用嚴重脫節。這無疑更不利于優秀的中西醫結合人才的培養。因此，針對目前社會對高素質中西醫結合人才的要求，必然需要我們針對中西醫結合專業的特點，優化分子生物學的教學內容，探索有效的教學方法，以激發學生的學習興趣，強化學生對知識的記憶，培養學生將理論知識應用到其他課程學習及今后臨床工作中的能力，真正發揮分子生物學在醫學研究領域的重要作用。
一分子生物學課程教學的總體設計
分子生物學作為醫學臨床和科學研究的基本工具，發展速度快、應用廣泛。根據中西醫結合人才培養的目標與要求，以“理論適度，突出應用”為原則，優化教學內容，對教材內容進行更新、精簡和重組。同時對教學學時加以調整，做到重點主要講，拓展自學為主，并且改變教學模式，采用多種教學方法。
（一）教學內容整合和優化
分子生物學內容改革主要是以基礎知識為主體，積極反映本學科發展的新動向、新進展，力求做到“少而精”，由淺入深，循序漸進，既注意層次分明，又注意知識的連貫性及實用性。擬對教學內容包括以下幾點更新和優化。目前我校采用的《分子生物學》教材是第八版《生物化學與分子生物學》，之前采用過新世界中醫藥院校創新教材《分子生物學》第一版。中西醫結合專業分子生物學大綱要求授課內容包括緒論、基因與基因組、DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白質的生物合成、基因表達與調控、基因工程與癌基因。在培養設計中，《分子生物學》一般在《生物化學》之后學習。為了增強知識的連貫性和整體性將原來基因與基因組這章的內容與基因表達調控內容進行整合，重點介紹基因的結構，病毒、原核和真核生物基因組的特點。原癌基因和癌基因這章的內容，適度減少，原因是為了適應當前知識的更新，在此處只做基本概念的介紹，同時，提醒學生要緊跟科學發展，追蹤相關知識的更新。其他章節適度增加科學研究的新進展，而教學內容基本不變。除此之外，需要對一些章節的知識進行更新。例如基因表達牽涉到遺傳學和表觀遺傳學的內容，尤其是表觀遺傳學是近幾年生命科學研究的熱點，其對基因表達的調控涉及生殖發育、環境適應和疾病的產生。而目前《分子生物學》的“基因表達調控”一章只介紹了“原核生物的表達調控”和“真核生物表達的調控”兩節內容，沒有表觀遺傳學的內容，應予以適當添加，考慮到學時的限制，我們擬在表觀遺傳學的基本概念、調控方式和研究策略上做簡單的概括性的介紹。另外，在目前的分子生物學研究中，常常牽涉到基因組學的研究，其內容涉及海量的生物學信息的推導和計算。例如引物設計、測序比對、同源分析、表觀遺傳位點分析和組學研究分析等等。這就牽涉到一個重要的工具學科—生物信息學的學習。但是目前許多中醫類院校忽視對此內容的學習。考慮到此學科的難度，我們擬簡單介紹生物信息學的基本內容和常用的生物軟件的用途及使用方法，為他們在以后的工作和研究中打下基礎。再而，細胞通訊和信號轉導是目前中醫藥科學研究重點強調的內容，但目前本章的學習內容主要在強調基礎知識，忽視了與科研和臨床實際問題相結合。因此在本章中，我們擬整合和提煉基礎知識，重點講授與常見生理病理（例如糖尿病、細胞凋亡等）密切相關的信號轉導通路。
（二）課時的合理分配
分子生物學是從分子水平探索生命現象、生命活動的規律和本質的一門學科。因此，學習的內容牽涉到蛋白質、核酸等分子。本科階段的教學目標是通過本課程的學習，使學生掌握分子生物學的基本理論、基本技能和最新進展，并特別注重與基礎醫學和臨床醫學的結合，從而為學生進一步學習其他專業課程和開展醫學研究工作奠定醫學分子生物學基礎。因而，在課時分配上注重對基本理論和基本技能的側重。安徽中醫藥大學中西醫結合專業分子生物學的總學時是36學時，其中理論27學時，實驗時。理論學時中，緒論1學時，基因與基因組2學時，DNA的生物合成•4學時，RNA的生物合成4學時，蛋白質的生物合成4學時，基因表達與調控4學時，基因工程6學時和癌基因2學時將原來的DNA生物合成的4學時變為5學時，原癌基因與抑癌基因由2學時變為1學時。原來的基因表達調控由4學時變為6學時（將基因與基因組的內容整合到基因表達調控章節之前）。實驗學時的分配沒有變化，PCR技術應用3學時，核酸的制備和測定6學時。
二教學方法的革新
在教學過程中我們要根據教學內容采用一定的教學方法，這主要是由于不同的教學方法都有其適用性，而教學方法本身不存在絕對的優劣?！斗肿由飳W》各章內容都有其關鍵知識點，而每一知識點都有其特點，任何單一的教學方法對每一關鍵知識點而言并不總是最適合的。學生有了實際的參考的物質加以想象后就很容易理解這些抽象的知識要點，再進行理解記憶就變得相對簡單了。且有了這樣的類比經驗可以啟發學生產生更多的想象，讓這個分子生物學的某些知識變得簡單易懂。歸納和總結一直是醫學基礎課學習的重要方法。分子生物學的許多概念、分子結構特點和反應過程比較相近，學生易于混淆。例如，重疊基因與重復序列、啟動子與增強子等。諸如這類概念或化學過程相近的知識點，關鍵是使學生掌握兩者的相同和不同點，因此對比歸納式教學方法就有其優越性。教師通過對有聯系的知識點的對照歸納分析，有助于突出重點、易化難點，有助于將知識條理化、系統化，使學生把握住知識點內在的聯系和區別，達到認識其本質的目的。基于上述原因，對優化后的各章關鍵知識點，采用不同教學方法如類比聯想、歸納比較、引導啟發和理論聯系實際等方法進行講授，比較各教學方法在此知識點的適用性和優劣性，最終優化出一套適合中西醫結合臨床專業多元教學方法體系。
三緊密聯系臨床實際應用
分子生物學學習的目的是為臨床服務的，因此在教學上需要多聯系實際的醫學問題，即理論聯系實際的教學方法。例如，在講授DNA是遺傳信息載體的時候，可以將DNA指紋聯系到實際醫學的基因診斷和基因治療；在基因表達調控中，將遺傳學（單基因與多基因遺傳病）和表觀遺傳學調控，如DNA甲基化（組蛋白修飾）的表觀遺傳調控與心血管等疾病聯系在一起；在癌基因與抑癌基因內容時，可以將臨床實際遇到的癌癥的遺傳特點和檢測方式中加以引入。通過這種和實際的醫學診斷和治療相結合的方法使學生認識到學習內容可以直接解決實際的健康問題，將極大地調動學習熱情和興趣，提高學習效果。四建立科學合理的評價體系為了提高學生的質量，使其更能適應社會需求，安徽中醫藥大學積極進行教學改革，要求轉變教育思想，改變以前課堂教學的形式和對學生的評價體系。為此，在中西醫結合專業分子生物學的評價體系中，初步建立形成性評價。評價體系主要包括考勤（10%）、課堂問題（20%）、每章科學問題討論（20%）和試卷成績（50%）課堂提問主要是每次課教師準備三個問題，讓學生回答，根據回答情況，進行評分。每章科學問題討論采用PBL形式，分組完成，最后給于評價。這種方式實施極大的調動學生的積極性，根本上改變之前僅依靠期末試卷帶來的學生惰性式學習習慣，培養了學生的學習興趣，課堂氣氛活躍，學生課下投入的時間大大提高，學習的自主性和能動性都得到大大增強。和一些形成性評價相似，課時、場地的限制和教師與學生比例失調限制了這種評價體系的實施。五結語分子生物學是生命科學的分支，是中西醫結合臨床醫學生必須熟練的基本知識和基本技能。在分子生物學的教學過程中，要密切聯系臨床的實際應用，及時聯系科學研究動態，才能激發學生的學習興趣，培養學習的積極性和調動學生自主學習的能力，使他們不僅能現在掌握分子生物學的基本知識，還能在未來工作中繼續跟蹤醫學分子生物學的發展，適應社會對新型中西醫結合專門醫療人才的要求。
參考文獻：
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第5篇：生物信息學新進展范文
[關鍵詞]科技期刊 組稿 科技創新鏈
[中圖分類號]G23[文獻標識碼]A
目前我國有5 000多種科技期刊，但普遍缺乏高質量的稿源，特別是新創辦的科技期刊面臨更加激烈的優質稿源競爭。《科研信息化技術與應用》是2010年5月新創辦的科技期刊，旨在反映當前世界范圍內科研信息化技術與應用的最新發展現狀，研究立足于我國科技發展水平的科研信息化建設和發展策略，探討推進我國科研信息化的機制與策略，為廣大科研工作者提供一個開放的交流平臺和前沿信息交流渠道，從而進一步宣傳和推進科研信息化工作。由于該刊是我國唯一一份以科研信息化（e-Science）為主題的綜合性、學術類刊物，在發展初期面臨認知度低、影響力弱、學科方向新、專家資源少、讀者群體小等諸多難題。新創刊物一般對應新的學術方向，沒有現成的組稿經驗可供借鑒，因而如何圍繞期刊所屬科技領域組織和策劃高質量的稿源成為刊物發展的重中之重。
通過兩年多的編輯實踐工作，我們總結出“多維度跟蹤科技創新鏈”組稿策略，圍繞科研信息化主題，從科技熱點、科研項目、學科交叉、學術交流、科研成果及應用、創新人才等方面主動組織優秀稿源，確保新創期刊的質量和特色，同時不斷積累專家和讀者資源，從而提升刊物品牌影響力。
一、“多維度跟蹤科技創新鏈”組稿策略
科技創新是一項系統工程，具有自身的發展規律。它以“科學問題”為中心開展科研活動，通常經歷發現問題（科技熱點）—規劃問題（科研項目）—研究問題（學科交叉）—研討問題（學術交流）—解決問題（科研成果及應用）—人才培養（創新人才）等環節。創辦科技期刊的目的是傳播科技成果、促進社會發展、發現和培養人才、積累科技史料等，因此在科技期刊的組稿過程中，必須跟蹤科技創新鏈的每一個環節，挖掘出高質量的稿件源頭，并組織策劃成不同的科技專題，最大限度報道科技最前沿、最有價值的研究成果，滿足廣大科技人員的信息需求。因此我們提出了“多維度跟蹤科技創新鏈”的組稿策略。
一是科技創新鏈的每一個環節都是科技成果孕育過程的關鍵步驟和重要節點，因此通過多維度跟蹤科技創新鏈可以抓住同行業科研人員共同的興趣點，從而最有可能約到高質量的稿件。
二是科技創新鏈中的各個環節各有側重，通過跟蹤不同環節可以組織到風格各異、特色鮮明的專題稿件，例如緊跟科研信息化領域涌現的學術熱點、學術會議、科技項目等創新鏈的重要環節，必然可以發掘到多種類型的專題組稿資源。
三是以多維度跟蹤科技創新鏈作為科技期刊組稿的重要抓手，可以全面把握期刊科技主題的發展脈絡，全景呈現科技動態發展演變的過程，充分發揮科技期刊的價值，提升科技期刊的影響力。
下面以我們的組稿實例說明“多維度跟蹤科技創新鏈”組稿策略的實施過程。
1. 跟蹤科技熱點
跟蹤和期刊主題相關的科技熱點可以引起作者、讀者的廣泛共鳴。對大數據管理和分析的研究是和科研信息化相關的科技熱點，2010年2月《經濟學人》雜志出版的《數據、無處不在的數據》?？?、2011年2月《Science》出版的《數據處理》（Dealing with Data）?？?012年4月歐洲信息學與數學協會會刊《ERCIM News》出版的《Big Data》專刊，都討論了數據管理和數據密集型研究等問題。因此我們在2012年就組織了與科研相關的“大數據”專題稿件，圍繞大數據的挑戰和機遇、數據的管理、存儲、計算等核心內容，邀請學術界（中國人民大學、中國科學院軟件研究所、大連海事大學、中國海洋大學）和企業界（阿里巴巴、英偉達公司）的專家撰文，在2013年1月刊（總第17期，主題為“大數據技術和應用”）正式出版，取得了良好的效果，得到了讀者的廣泛關注。
2. 跟蹤科研項目
大型科學儀器和裝置現在得到我國學術界的高度重視，國家基金委和科技部都在部署每年數十億元規模的科研項目。編輯部長期跟蹤和關注國家基金委和部委的科研項目規劃，了解到我國在天文科學裝置方面的科研項目取得重要進展，因此2012 年7月組織了實驗儀器與儀表（大科學裝置）的主題約稿，由中國科學院國家天文臺趙永恒研究員擔任責任編委，介紹了LAMOST觀測控制系統設計與實現和500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST）科研項目。LAMOST望遠鏡是大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡的簡稱，即Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopy Telescope的縮寫，是1997年9月國家計劃委員會批準的由中國科學院承擔的國家重大科學工程項目，由國家投資2.35 億元。LAMOST項目于2001年9月正式開工，于2008年10月落成。可見，跟蹤重大科研項目的最新進展是獲取優質稿源的重要途徑。
3. 跟蹤學科交叉
科研信息化就是在科學研究與工程設計活動中系統地應用最先進的信息技術成果，發展新的科研手段、科研模式、科研環境，是信息時代科學研究環境和科學研究活動的典型體現。因此科研信息化是信息技術和物理、化學、機械、材料、土木等學科發展緊密結合的交叉學科。我們將組稿范圍放大到所有科學領域和信息化相關的研究內容，通過跟蹤交叉學科成果獲得大量的稿源。傳統學科和信息技術結合會產生新的學科術語和名詞，例如計算化學、計算力學、計算醫學、機電一體化、生物信息學、社會計算、地理信息學等。因此我們可以根據這些交叉學科名詞順藤摸瓜，找到相關領域的專家和項目信息，獲得交叉學科的比較優質的稿源。例如，2012年雜志社專門組織了人文社會科學與信息化相結合的專題稿件，邀請中國社科院哲學研究所、文學研究所、民族學與人類學研究所、考古研究所等單位的人文社科專家介紹各自研究領域信息技術的應用情況，并且在《資訊觀察》欄目專門介紹人文社科與信息技術結合的大型國際科研項目——“數據挖掘挑戰”研究計劃（Digging into Data Challenge），得到了社科領域和信息領域讀者的廣泛關注。
4. 跟蹤學術交流
高水平學術會議或者研討會往往匯集本領域的專家學者，因此跟蹤本領域最重要的學術會議是期刊同領域內專家及研究人員建立密切聯系、約稿的好機會。編輯部積極參加科學數據庫、超級計算等和科研信息化密切相關領域的學術會議，組織了一批優秀的稿件，甚至一些優秀的會議論文可以直接推薦到期刊發表。例如2012 年的9月刊（總第 15 期）是第二屆中國科學院超級計算應用大會（SCA2012）會議專刊，在其中刊登的 13 篇論文中，有9篇論文展示了不同學科領域利用超級計算機所取得的最新成果。這些論文是并行算法設計、并行軟件和并行模擬工具研發諸方面，取得的具有一定代表性的科研成果，從不同角度反映了目前國內超級計算應用的水平。
5. 跟蹤科研成果和應用
由于刊物的定位是報道e-Science核心技術成果和應用兩方面的內容，因此我們高度關注該領域的最新突破和應用成果，從網絡期刊數據庫、高校研究所網站、行業網站、專家博客等渠道跟蹤重大科研成果和應用，搜集組稿信息來源。例如超級計算、數據庫、網絡等信息技術在天文、材料、醫學、地理、信息管理等學科的應用進展都成為我們的重點組稿對象。
6. 跟蹤創新人才
不管是領域權威還是學術新秀，都是我們的重點跟蹤對象。例如，我們既邀請了北京航空航天大學錢德沛教授、北京大學李曉明教授、中國社會科學院劉剛研究員、國家天文臺羅阿理研究員等知名專家為我們撰寫稿件；同時，爭取到北京市科技新星、生物信息學年青學者劉冰博士這樣的學術新秀成為我們的約稿對象。而后，建立專家和人才數據庫并跟蹤他們的研究進展更為組織高水平的稿件奠定了基礎。
二、落實組稿策略的基礎工作
我們在新辦刊物的編輯實務工作中體會到“多維度跟蹤科技創新鏈”是積累組稿素材的重要抓手，具有覆蓋面廣、可行性強、稿源水平高等顯著優點，但是具體實施“多維度跟蹤科技創新鏈”的組稿策略對編輯部的制度建設、人才素質、資源積累等提出了挑戰。要落實好“多維度跟蹤科技創新鏈”的組稿策略，必須做好以下基礎工作。
1. 編輯部必須有完善的編輯流程保障制度和前瞻性的組稿計劃安排。我們每年都要提前制定組稿計劃，由專人負責不同主題的稿件策劃和約稿工作，每月召開例會總結約稿落實情況。
2. 編輯必須要“眼觀六路、耳聽八方”，積極搜索科技創新鏈各個環節的新動態，同時具備較高的網絡信息檢索能力、廣博的學科知識、敏銳的觀察力和判斷力。另外較高的外語水平對于了解和掌控國際學科動向也具有重要作用。
3. 充分發揮編委會的作用。在選聘刊物編委的工作中，我們注重編委在地域、學科方向上的廣泛分布，這樣便于組織交叉學科的稿件。在每期的專題組稿策劃階段，我們盡量安排一名相近專業方向的編委或其推薦的專家擔任專題的責任編委。而這個責任編委對該主題的國內外研究現狀和主要的活
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躍課題組有一個全面的把握，可以給編輯提出非常有價值的參考信息。
4. 在組稿過程中注重和約稿對象的溝通協調技巧。如盡量讓約稿對象了解到該主題的稿件對于學科發展的重要性，以及有哪些重量級的專家將和他一起撰稿，提高其寫作的積極性。當約稿對象工作繁忙實在抽不出時間，我們會征詢他的意見新增合適的約稿對象。
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第6篇：生物信息學新進展范文
[關鍵詞]雷公藤； 腳6基焦磷酸合酶； 克隆； 生物信息學分析； 蛋白表達
Cloning and protein expression analysis of geranyl diphosphate synthase
genes in Tripterygium wilfordii
TU Lichan1 ， ZHANG Yifeng1，2， SU Ping1，2， HU Tianyuan1， TONG Yuru1，2， GUAN Hongyu 1，2，
ZHAO Yujun2， ZHANG Xianan1， YUAN Yuan2*， GAO Wei1*， HUANG Luqi2
（ 1School of Traditional Chinese Medicine， Capital Medical University， Beijing 100069， China；
2State Key Laboratory of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，
Chinese Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China）
[Abstract]Based on the transcriptome data， the study cloned fulllength cDNA of TwGPPS1 and TwGPPS2 genes from Tripterygium wilfordii suspension cells and then analyzed the bioinformation of the sequence and protein expression The cloned TwGPPS1 has a 1 278 bp open reading frame （ORF） encoding a polypeptide of 425 amino acids The deduced isoelectric point （pI） was 668， a calculated molecular weight was about 47189 kDa. The fulllength cDNA of the TwGPPS2 contains a 1 269 bp open reading frame （ORF） encoding a polypeptide of 422 amino acids The deduced isoelectric point （pI） was 671， a calculated molecular weight was about 46774 kDaThe entire reading frame of TwGPPS1，2 was cloned into the pET32a（+） vector and expressed in E. coli BL21 （DE3） cells to obtain the TwGPPS protein， which laid a basis for further study on the regulation of terpenoid secondary metabolism and biological synthesis.
[Key words]Tripterygium wilfordii； geranyl diphosphate synthase； cloning； bioinformatics analysis； protein expression
雷公藤Tripterygium wilfordii Hook f槲爛科雷公藤屬木質藤本植物。作為一種傳統中藥，其味辛、苦，性寒，化學成分復雜，具有祛風除濕、消腫活血、通絡止痛、解毒殺蟲的功效，被廣泛用于治療腎小球腎炎、紅斑狼瘡、類風濕性關節炎等自身免疫性疾病及多種皮膚病，同時雷公藤也可作為農藥用以殺蟲、毒鼠、滅螺等，是目前國內外研究的熱點天然藥物之一[12]?，F雷公藤已分離出200多種單體化合物，其中，具有生物活性的主要是倍半萜類（包括倍半萜生物堿類）、二萜類、及三萜類等化合物[3]。萜類作為其主要的活性成分，在植物中的含量較低，且由于雷公藤的過度開發利用，導致資源面臨枯竭[45]。
萜類共同前體異戊烯基焦磷酸（isopentenyl diphosphate，IPP）和二甲基丙烯基焦磷酸（dimethylallyl diphosphate，DMAPP）來源于胞質內的MVA（mevalonate）途徑與質體內的MEP（2CmethylDerythritol4phosphate）途徑。雷公藤腳6基焦磷酸合酶（geranyl diphosphate synthase， GPPS）屬于短鏈異戊烯基合酶家族成員，可以催化1分子的IPP和1分子DMAPP縮合形成腳6基焦磷酸（geranyl diphosphate，GPP），為單萜提供碳骨架。目前已從滇龍膽[6]、薄荷[78]、長春花[9]、金魚草[10]等植物中成功克隆得到。本研究克隆得到雷公藤萜類生物合成的關鍵酶基因TwGPPS1，TwGPPS2基因全長序列，為研究該基因功能以及探討雷公藤萜類次生代謝調控提供靶基因。
1材料
11植物雷公藤懸浮細胞，05 mg?L-1 2，4D+01 mg?L-1 KT+05 mg?L-1 IBA+MS液體培養基，25 ℃，120 r?min-1黑暗條件振蕩培養。
12菌株Escherichia coli Trans 5α感受態細胞、BL21（DE3）感受態細胞購自北京全式金生物技術有限公司。
13載體表達載體pET32a（+） 由本實驗室保存提供，pEASYT3 vector購自北京全式金生物技術有限公司。
14試劑和儀器BamHⅠHF，SacⅠHF，T4 DNA Ligase， PhusionHighFidelity PCR Master Mix with HF Buffer購自美國NEB公司，瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒、FastQuant RT Kit （with gDNase）、快速質粒小提試劑盒、RNA 純化試劑盒購自天根生化科技（北京） 有限公司，IPTG（isopropylβDthiogalactoside），PMSF（phenylmethanesulfonyl fluoride）購自美國Sigma公司，其他試劑為國產分析純，DYY6D型電腦三恒多用電泳儀為北京市六一儀器廠，凝膠成像分析系統，VeritiTM 96孔梯度PCR儀為美國Applied Biosystems公司、微量移液器為德國Eppendorf公司，引物合成及測序服務由北京睿博興科生物技術有限公司完成。
2方法
21雷公藤懸浮細胞總RNA的提取取新鮮雷公藤懸浮細胞用CTAB法提取總RNA，依據RNA純化試劑盒操作，進行RNA的精制，采用瓊脂糖凝膠電泳檢驗RNA的質量。
22TwGPPS cDNA全L克隆根據雷公藤懸浮細胞轉錄組數據，分析并設計全長特異性引物，引物序列見表1。以提取的總RNA為模板，依據FastQuant RT Kit （With gDNase）說明書，將RNA反轉錄成第一鏈cDNA。以cDNA為模板，使用特異性引物在PCR儀上進行全長PCR擴增。PCR反應體系：25 μL Phusion HF PCR（2×），25 μL Primer F（10 μmol?L-1），25 μL Primer R（10 μmol?L-1），1 μL cDNA模板，19 μL ddH2O。PCR反應程序：98 ℃ 30 s，35個循環（98 ℃ 10 s，55 ℃ 15 s，72 ℃ 45 s），72 ℃ 8 min。將獲得的PCR產物依據瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒說明書操作，進行切膠回收，與pEASYT3 vector進行TA連接，轉化至E coli Trans 5α感受態細胞及陽性克隆PCR鑒定，根據測序結果，確定TwGPPS1，TwGPPS2的cDNA全長序列。
23TwGPPS基因的生物信息學分析采用InterPro在線軟件（http：// wwwebiacuk /Tools/InterProScan）進行結構域比對，ExPAS ProtParam tool（http：//webexpasyorg/protparam/）預測蛋白性質，TargetP11 server （http：//wwwcbsdtudk/services/TargetP/）進行信號肽分析，Psort（http：//psorthgcjp/）及Wolfpsort（http：//wolfpsortorg/）分析亞細胞定位，TRMHMM server v20 （http：//wwwcbsdtudk/services/TMHMM20/）進行跨膜域分析，PRABIGERLAND（https：//npsaprabiibcpfr/）進行二級結構預測，SWISSMODEL（http：//swissmodelexpasyorg/） 進行二級結構分析和結構域的三維同源建模。使用DNAMAN軟件對序列進行多重比對，根據同源比對結果用MEGA 50軟件構建系統進化樹。
24原核表達載體構建以含有雷公藤腳6基焦磷酸合酶基因全長cDNA的載體pEASYT3TwGPPS1，pEASYT3TwGPPS2質粒為模板，用含SacⅠ和BamHⅠ酶切位點引物，進行PCR擴增基因編碼區，擴增產物經瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒進行膠回收。經純化后的PCR產物用限制性內切酶進行雙酶切，采用NEB公司T4 DNA 連接酶定向連入經相同雙酶切的表達載體pET32a（+） 中，連接產物轉化至E coli Trans 5α、菌落篩選及陽性克隆的初步篩選后送樣測序鑒定。
25重組蛋白誘導表達將酶切鑒定正確且經測序驗證的含目的基因的重組質粒，轉化至BL21（DE3）感受態細胞中，涂布LB+Amp固體平板，37 ℃黑暗倒置培養12～16 h，挑取單克隆菌落經陽性鑒定后轉到含100 mg?L-1 Amp的LB液體培養基中，加入一定量IPTG誘導劑（終濃度為1 mmol?L-1），低溫下（16 ℃）誘導培養12 h，4 ℃ 9 000×g離心30 min 收獲菌體，-80 ℃冷凍保存。用預冷的6 mL 1×PBS緩沖液（含2 mmol?L-1 DTT） 重懸；置冰浴中超聲破菌；大腸桿菌破碎液在4 ℃，9 000×g離心2次，分離上清和沉淀；進行十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺（SDSPAGE）凝膠電泳檢測，以空質粒表達載體pET32a轉化BL21（DE3）表達菌進行表達為對照。
3結果
31雷公藤TwGPPS1，2全長克隆以雷公藤的cDNA為模板，經過PCR擴增、凝膠電泳檢測的產物條帶片段長度在1 200 bp左右，與預期的目的條帶長度相符合。經測序后，表明TwGPPS1長度為1 278 bp，TwGPPS2長度為1 269 bp，見圖1。
32TwGPPS1，2序列同源性比對及結構域分析TwGPPS1的核苷酸的完整開放閱讀框為1 278 bp，編碼425個氨基酸蛋白，TwGPPS2的核苷酸的完整
MDNA Marker （2 kb）；1，2TwGPPS1，TwGPPS2全長PCR產物。
開放閱讀框為1 269 bp，編碼422個氨基酸蛋白。TwGPPS1，2 Blast結果見表2。InterproScan進行結構域分析，預測 TwGPPS1，2蛋白的保守結構域，TwGPPS1，2具有聚丙烯合成酶（polyprenyl synthetase）、類異戊二烯合成酶（isoprenoid synthase domain）、聚丙烯相關合成酶 （polyprenyl synthetaserelated）。將TwGPPS1，2與9種其他植物GPPS氨基酸序列進行多重序列比對，結果表明TwGPPS1，2蛋白與已知蛋白序列同源性高達7858%，見圖2。
33TwGPPS1，2氨基酸序列的分子系統進化分析將TwGPPS1，TwGPPS2與GenBank 中的8種蛋白進行比對分析，在軟件 MEGA 50平臺上采用相鄰連接法構建GPPS家族的系統進化樹，見圖3。氨基酸進化樹分析表明，TwGPPS1與TwGPPS2處在同一分支上，與雷蒙德氏棉Gossypium raimondii、大豆Glycine max、毛果楊Populus trichocarpa、芒果Mangifera indica、克萊門柚Citrus clementina聚為一類，親緣較近。與裸子植物北美冷杉Abies grandis親緣關系較遠。
34TwGPPS1，2理化性質、亞細胞定位及3D結構預測①TwGPPS1：利用 ProtParam工具，TwGPPS1編碼氨基酸的理化性質，結果TwGPPS1 相對分子質量為47 1890、理論等電點為668，分子式C2079H3345N587O630S17，總原子數為6 658，TwGPPS1氨基酸組成中 Leu 所占比例最高為120%，trp 所占比例最低為 05%，TwGPPS1不穩定指數為 3690，脂肪指數為 9593，TwGPPS1蛋白穩定。TwGPPS1
基因品名相似度/%序列號TwGPPS1雷蒙德氏棉Gossypium raimondii85KJB698781大豆Glycine max 82XP_0066009301毛果楊Populus trichocarpa82XP_0023083602印楝Azadirachta indica80AIG154481克萊門柚Citrus clementina 80XP_0064489891TwGPPS2雷蒙德氏棉G. raimondii81XP_0124537881大豆G. max81XP_0066009301毛果楊P. trichocarpa 79XP_0023083602克萊門柚C. clementina78XP_0064489891印楝A. indica78AIG154481
全長cDNA序列編碼的氨基酸為非分泌蛋白，信號肽分析表明無信號肽，跨膜域分析表明為非膜蛋白。對TwGPPS1蛋白進行親/疏水性預測表明該蛋白為親水性蛋白。采用PSORT Ⅱ Prediction進行亞細胞定位，TwGPPS1蛋白序列定位在胞質中。TwGPPS1蛋白的二級結構預測結果顯示，無規則卷曲和α螺旋結構是其主要結構原件，α螺旋結構為主占5388%，其次為無規則卷曲占3953%，β轉角占659%。三維同源模型見圖4（A），其三維同源模型以3apz1A蛋白為模板， 用于建立該模型的氨基酸殘基范圍為85～425位，序列同源性為7925%。②TwGPPS2：利用 ProtParam工具，TwGPPS2編碼氨基酸的理化性質，結果TwGPPS2 相對分子質量為46 7736、理論等電點為671，分子式為C2064H3316N586O618S17，總原子數為6 601，TwGPPS2氨基酸組成中 Leu 所占比例最高為126%，trp 所占比例最低為06%。TwGPPS2不穩定指數為3701，脂肪指數為9941，TwGPPS2蛋白穩定。TwGPPS2全長cDNA序列編碼的氨基酸為非分泌蛋白，信號肽分析表明無信號肽，跨膜域分析表明為非膜蛋白。對TwGPPS2蛋白進行親/疏水性預測表明該蛋白為親水性蛋白。采用PSORT Ⅱ Prediction進行亞細胞定位，TwGPPS2蛋白序列定位在線粒體中。TwGPPS2蛋白的二級結構預測結果顯示，無規則卷曲和α螺旋結構是其主要結構原件，α螺旋結構為主占5664%，其次為無規則卷曲占3602%，β轉角占735%。三維同源模型見圖4（B），其三維同源模型以3aq02A蛋白為模板， 用于建立該模型的氨基酸殘基范圍為82～422位，序列同源性為7781%。
35TwGPPS1，2原核表達載體構建對重組質粒見圖5，pET32aTwGPPS1，pET32aTwGPPS2進行測序分析，結果表明，插入表達載體中的片段與目的序列一致，證明成功構建原核表達重組質粒pET32aTwGPPS1，pET32aTwGPPS2。
36TwGPPS1，2重組蛋白表達將成功構建的pET32aTwGPPS1和pET32aTwGPPS2重組質粒轉化表達宿主菌Ecoli BL21（DE3），挑取單克隆菌落于LB（100 mg?L-1 Amp）液體培養基中培養，待菌液A600為06～08 時，在16 ℃，1 mmol?L-1 IPTG，170 r?min-1條件下培養12 h后，對誘導前后的大腸桿菌總蛋白進行SDSPAGE分析。含pET32aTwGPPS1，2質粒的表達菌株經IPTG誘導后，在約58 kDa處出現誘導蛋白條帶，而pET32a載體菌株在相應位置無蛋白表達見圖6。經驗證，58 kDa大小符合TwGPPS1，2與pET32a載體融合蛋白，該處為TwGPPS1，2重組蛋白目的條帶。結果表明，TwGPPS1，2蛋白成功在大腸桿菌BL21（DE3）中表達。
4討論
目前，對腳6基焦磷酸合酶研究較少，僅有少數對腳6基焦磷酸合酶的功能進行研究[1113]。本研究在雷公藤懸浮細胞轉錄組數據的基礎上，通過設計全長特異引物，從雷公藤中克隆得到長度為1 278 bp的TwGPPS1完整ORF cDNA序列和長度為1 269 bp的TwGPPS2完整ORF cDNA序列。TwGPPS1，2與雷蒙德氏棉具有較高相似性，經預測，均具有聚丙烯合成酶、類異戊二烯合成酶、聚丙
進行多重比對的氨基酸序列為：TwGPPS1，TwGPPS2，Gossypium raimondii（KJB698781），Glycine max（gKRH580111），Populus trichocarpa（XP_0023083602），Citrus sinensis（KDO753891），C unshiu（AAN860611），Theobroma cacao（XP_0070249791），Quercus robur（CAC208521），Medicago truncatula（XP_0134574801），G. soja（KHN214171）。
烯相關合成酶結構域，系統進化樹顯示2條基因聚為一支，具有較大同源性。本研究成功構建了原核重組表達載體pET32aTwGPPS1，pET32aTwGPPS2，并成功誘導出TwGPPS1，TwGPPS2重組蛋白。
MMarker；1誘導后pET32a菌體；2誘導后pET32a上清；3未誘導pET32aTwGPPS1菌體；4誘導后pET32aTwGPPS1菌體；5誘導后pET32aTwGPPS1菌體上清；6誘導后pET32aTwGPPS1菌體沉淀；7未誘導的pET32aTwGPPS2菌體；8誘導后pET32aTwGPPS2菌體；9誘導后pET32aTwGPPS2菌體上清；10誘導后pET32aTwGPPS2菌體沉淀。
成功獲得了可溶性蛋白，但其表達量較少，為進一步提高可溶性蛋白含量，實驗中還成功構建了pMALc2XTwGPPS1， pMALc2XTwGPPS2原核重組表達載體，經SDSPAGE檢測可溶性蛋白表達量并未顯著提升，其原因仍需進一步研究。本實驗為深入研究雷公藤腳6基焦磷酸合酶基因功能和雷公藤萜類生物合成途徑奠定基礎，為雷公藤基因資源的保護和合理利用提供參考。
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[收稿日期]20160626
[基金項目]北京高等學校高水平人才交叉培養“實培計劃”項目；國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（81422053）
第7篇：生物信息學新進展范文
關鍵詞：微生物學實驗課程；多學科融合；教學改革；教學質量；創新能力
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0108-03
微生物學是生物學和生命科學領域中極為重要的基礎性學科，同時也是生物工程和生物技術專業的核心課程。由微生物學的發展史不難看出，該學科最重要的特征就是具有實驗性和實踐性，同時具有很強的應用性。微生物學實驗教學既是對微生物基本理論的深化和鞏固，又是培養學生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題能力的最有效途徑，更是培養學生創新能力、科學思維和提高對本專業學習興趣的重要手段。因此，在開設微生物學課程時，微生物學實驗也是既重要又十分必要的課程。我校的生物工程、釀酒專業和生物技術三門本科專業盡管分屬于工科、理科性質，但均側重于培養本領域具有國際視野、創新思維和解決實際問題的高素質人才。特別是我校“國家生命科學與技術人才培養基地”的人才培養目標明確定位為“培養適合社會發展的具有創新精神、實踐能力和創業能力的新世紀高層次工業生物技術人才”。同時，微生物學是多個相關學科的聯系紐帶，特別是生物化學、分子生物學、細胞生物學和發酵工藝學等本專業的學科平臺課程和專業核心課程，均依賴于微生物學科的支撐。同樣，微生物學和微生物實驗課程的知識體系、基本理論和前沿進展又離不開其他學科的支撐，因此，在學科交叉與知識融合的背景下，在本科課程設置和教學模式改革中，我們特別注重微生物學實驗教學的教學模式改革和實踐效果。
一、微生物學實驗課程的傳統教學模式及不足
微生物學實驗是微生物學的重要組成部分，也是微生物學教學的重要環節。從培養人才目標上來看，微生物學實踐教學與微生物理論教學具有同等重要的地位，甚至更高。就我校生物工程專業，微生物學理論課程設定40學時，而實驗課程設定48學時，這也從一定程度上反映了實驗教學的重要性。傳統的實驗教學雖有區別，但總的來看多以單元操作實驗、結果驗證實驗為模塊進行課程設置，其出發點是以掌握基本實驗技能，加深基本概念和理論為目標的。就其出發點來看，傳統的實驗教學設置課程體系是發揮了良好的效果。但是，對照培養高素質、寬口徑和創新型生物工程人才的培養目標來看，傳統的實驗教學仍有一些不足之處，概況起來有以下幾點。一是在主觀認知上，認為實驗課的目的是驗證課堂講授的理論內容，常采用實驗課堂上教師單純講解示范，學生一味跟蹤模仿，造成了學生被動接受知識的效果。長此以往，實驗教學形式僵化，學生上課興趣降低，導致最終的教學效果很難達到預期目標。二是實驗教學內容的設計上呈現點狀式、碎片化特征，驗證實驗過多，綜合型、設計型實驗環節較少。這種實驗內容的設計優點是強調對基礎實驗技術的掌握，但是很難充分激發學生的創新思維和探索未知世界的興趣。三是實驗安排上采取每周有實驗，理論課和實驗課并行的特征，導致一些連續性的實驗難以及時完成。這種實驗課程學時的安排布局看似合理，實則不符合微生物學實驗的基本規律，因為有些微生物學實驗需要半天、一天甚至更長時間才能完成，而零碎的時間打斷了實驗的節奏，導致不可預知的實驗結果，更為重要的是沒有給學生充分的時間去思考、分析和吸收消化所學知識，教學效果肯定大打折扣。為此，我們在吸收、總結傳統實驗教學精髓的基礎上，根據工科專業人才的培養特征，探討和嘗試了一些微生物學實驗課教學的新舉措。
二、微生物實驗教學改革的探索與實踐
1.微生物實驗課程的體系改革。傳統的微生物學實驗主要包含無菌技術、染色技術、純培養技術、顯微技術這四大技術。如前所述，一方面，這些實驗技術是基本的微生物學實驗操作，隨著生命科學特別是微生物學科的快速發展，僅僅開設這樣實驗內容是跟不上學科發展的步伐的，因此微生物實驗教學體系結構也要有相應的改革和創新，必須體現新內容、新技術、新方法和新進展。另一方面，實驗課程通常將這些實驗技術分散在相對獨立的實驗單元中，各單元之間缺乏方法和內容的有機結合，形成割裂的教學效果，難以有效地培養學生完整的知識體系，融會貫通的理解能力。這種傳統的教學形式不利于創新型人才的培養。因此，我們在課程實驗教學環節，重構課程實驗的教學內容和課程體系，增加綜合和設計型實驗比重，進行基本技能和創新能力的交叉遞進式培養。
首先，通過單元操作技能訓練，培養學生的基本實驗技能（即染色技術、顯微技術、無菌技術、純培養技術）和動手能力。本部分內容主要包括細菌、放線菌、酵母和霉菌的形態學特征；微生物培養基的配制和接種；微生物培養基的配制與滅菌等。單元操作訓練是認識微生物、了解微生物的入門技能，也是開展微生物學研究和微生物工程必備基本技能。在開展單元實驗過程中，為提高學生的積極性和實驗興趣，首先結合教學錄像進行講解，在實驗的關鍵點設置思考題，在觀看錄像過程中，老師隨時就問題和學生互動，讓學生對實驗原理不僅要知其然，還要知其所以然。在問題設置上要能夠從細節入手，讓學生學會知識的交叉運用、思維方式的靈活拓展。如在進行培養基滅菌實驗中，首先設置問題1：常見的滅菌方式有哪些？其適用范圍和特點有哪些？根據所學理論知識和老師引導，學生很容易回答這個問題。接著，設置問題2：無菌操作時，超凈臺面和雙手表面如何殺菌？通過這個問題與接種操作技術結合起來。設置問題3：我們在消毒時為何用70%左右的酒精而不是用無水乙醇？通過這個將微生物學和生物化學兩個學科進行了有機交叉，實現了知識的融合。緊接著設置問題4：如果工程發酵罐中發現了噬菌體污染，如何消毒？這個問題將理論問題與發酵工程相結合，該問題要求學生既要掌握理論知識，也要熟悉發酵工業才能很好地進行回答。通過四個環環相扣的問題實現了知識的遷移、交叉和融合。其次是通過綜合實驗設計，強化學生基本實驗技能和微生物學基礎理論知識的應用。在這一部分中，首先由教師將一系列獨立單元實驗設計成圍繞為解決某一模擬課題而展開的系列關聯的實驗環節，然后學生利用微生物理論知識結合基本實驗技能，在遵循微生物基本原理基礎上在一定范圍內自主選擇實驗對象。讓學生學習和掌握相關的實驗技術和方法并學會對不同實驗結果進行分析比較。以自來水中大腸桿菌菌群檢測為例，利用微生物的生理生化實驗進行微生物的鑒定，并對照水質檢測的國家標準來安排實驗。在這個實驗過程中，不僅利用了微生物學基本實驗操作，而且還將大腸桿菌的形態學特征、生理生化特征以及菌種鑒定等知識融合到實驗中。更為重要的是，讓學生直接認識到微生物特別是大腸菌群在水質監測中作為指標菌的重要應用。再次，通過設計型實驗，提升學生利用微生物學理論和實驗技術開展工業微生物菌株選育的能力。在這一層次上采用學生自主設計、老師負責把關的開放式實驗教學模式，強化工程概念和實踐特征。學生通過完成前面兩個階段的實驗，對微生物基本理論和實驗技能有了較好的理解和掌握。在此基礎上，開放式的實驗教學按照自由組合分組、獨立設計實驗方案、協同完善內容安排、時間分配，強調團隊合作的基本原則開展實驗。老師在整個過程中要起著引導、啟發作用。例如：以“從自然界中篩選產酸性淀粉酶（或有機酸）的芽孢細菌”研究課題開展實驗為例。學生需要完成如下工作：通過生境分析明確采樣地點；完成采樣并查找或自行設計快速檢出方法；進行富集和選擇培養；篩選獲得相對優良的產生菌株；初步鑒定和發酵實驗。整個環節的完成不僅可以提高學生對實驗課的學習興趣，強化團隊協作能力，更重要的是使他們獲得一個真實的實驗研究過程的鍛煉。最后，設置交叉學科的創新課題，引導學有余力的同學積極參與授課老師的相關科研課題，激發學生對生物工程和生命科學的興趣。如前所述，微生物與分子生物學、生物化學、遺傳學、生物信息學等學科有著廣泛的交叉與聯系，當今工業微生物育種技術在多學科交叉融合的發展趨勢下取得了長足的進步。因此，培養創新潛力大、科研素質高的學生，普通的實驗設計難以滿足需要。我們在不斷的探索過程中，初步形成了創新課題的形式，讓部分學生真正參與到科學研究的第一線。創新課題實驗按照學科交叉、由易到難、注重創新的原則設置。在學生能夠獨立完成小型課題的基礎上，再進一步融入到研究生課題的探索中。如，以“表達綠色熒光蛋白的重組大腸桿菌構建”為課題，將微生物學、分子生物學、生物化學、基因工程、生物信息學等相關學科知識交叉、融合其中，讓學生在探索中創新，在創新中實現寬口徑、厚基礎型的人才培養目標。
2.微生物實驗課程的課時安排和考核模式改革。如前所述，傳統的實驗教學課時安排導致不適宜于微生物實驗課程的開展。為了避免分散的課時導致教學效果的降低，教務部門在安排班級教學任務時，會統籌考慮不同課程的差異性，在協調優化課時安排的基礎上，排出相對完整的時間安排微生物實驗課程教學。另外，任課教師統籌利用下午和晚上連續較長的時間開展教學工作。實踐證明，優化課程學時結構，合理安排教學課時能夠保障實驗的連貫性、一致性，提高學生的積極性，從而顯著提升教學效果?？己耸菍嶒灲虒W體系的重要環節，是評估學生學習成效的重要手段。傳統微生物學實驗考核方式相對單一，通常以實驗報告為主，考勤情況等為輔綜合評定的方法作為考核手段。這種評價方法盡管具有標準公平、成績公正、易于操作等優點，不足之處在于導致學生僅注重實驗結果和實驗報告的書寫，而忽視了實驗過程中發現問題、分析問題和解決問題能力的培養，更重要的是這種考核模式難以真實反映學生對微生物學理論和實驗技能的綜合分析能力和創新能力。因此，我們也對微生物學實驗課程考核方法進行了一些探索和嘗試。
首先，我們認為考核的內容不僅應包括對實驗原理的理解和基本實驗技能的掌握，還應包括分析和解決問題的能力、團隊協作精神以及科學嚴謹的態度。因此，實行實驗過程與結果并重的考評方法對于培養學生良好的實驗技能和求真務實的科學態度很有必要。
其次，在加強對實驗課程的管理和考核規范的前提下，淡化和簡化實驗報告中操作步驟按部就班的抄寫，注重結果分析和討論，并在實驗結束后布置一些開放性的思考題讓學生完成。這樣，不僅能促使學生通過查閱資料解決問題，增強其學習主動性和分析問題的能力，也能避免學生對實驗結果作假和抄襲實驗報告的現象發生。
再次，分類考核，全面考查。對于一次實驗課能夠完成的單元操作實驗，指導教師應當場檢查學生的實驗完成情況和結果，發現問題當場指出并評定課堂表現成績。教師將根據實驗課堂表現和實驗報告完成情況，對每個單元實驗的綜合成績進行評分。對于需要多次實驗才能完成的綜合性和設計性實驗，要求提供詳細的原始記錄、實驗結果分析報告作為實驗成績考核的重要依據。
三、結語
江南大學生物工程學院的微生物學理論教學和實驗教學在多年來不斷探索和改革的過程中，逐漸形成了具有特色的學科平臺課程。在教學過程中，微生物學理論課老師一般都要擔任微生物學實驗教學課程，這樣老師能夠更好地自主協調和平衡理論教學與實驗課程在時間、節奏和進度上的合理安排，從而使二者能夠相輔相成，相得益彰，整體上提高微生物學的教學水平和質量。通過單元操作實驗、綜合實驗、設計實驗和創新實驗等由易到難、由淺入深的實驗內容結構安排，對學生更好地理解和消化理論課，培養學生動手能力、創新能力有重要的意義。
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第8篇：生物信息學新進展范文
關鍵詞：免疫蛋白組學；研究進展
中圖分類號：Q939.91文獻標識碼：A文章編號：1672-979X(2007)03-0050-05
Research Advance in Immunoproteomics
HAN Chen
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)
Abstract：Immunoproteomics is a new science from the combination of proteomics and immunological analytical methods. The forming process，tools, main technical points and applications of immunoproteomics have been discussed in this paper. Meanwhile, the development of this new science is prospected in terms of its limitations.
Key words：immunoproteomics; advance
免疫原性蛋白質一直是微生物學家及醫學家研究的熱點。酶聯免疫吸附測定（ELISA）、免疫共沉淀及蛋白質印跡（Western blot）等技術都是基于抗原抗體特異結合的原理，用于檢測抗原存在與否，及探測一種疾病或一種微生物的免疫蛋白質組。但是，ELISA不能區分不同的免疫原性蛋白質，免疫沉淀則需要大量的抗體，且在抗原鑒定前需要去除抗體。起初，科學家曾試圖用抗體從電泳后的固體膠中探測抗原，但因所需抗體量大、操作過程復雜且重復性差等原因進展緩慢。蛋白質從凝膠向膜轉移技術的建立，使經凝膠分離后免疫原性蛋白質的探測成為可能，也促進了蛋白質印跡技術的發展。但傳統的蛋白質印跡技術由于電泳分離的效果差，及抗原鑒定成功率低，往往只用于普通的檢測、分析，很少用于大規模探測免疫原性蛋白質[1]。
蛋白質組學的特點是采用高分辨率的蛋白質分離手段，結合高效率的蛋白質鑒定技術，研究蛋白質的各種代謝和調控途徑[2]，使分離高分辨率及鑒定高成功率復雜蛋白質成為可能?，F代蛋白質組學技術與傳統免疫雜交方法相結合產生了一門新興的交叉學科免疫蛋白質組學（immunoproteomics）[3]。
1 蛋白質組學
1.1概述
蛋白質組學屬蛋白質化學的范疇，蛋白質化學包括研究蛋白質的結構和功能，通常涉及生物化學和酶學。蛋白質組學重點研究組成一個大系統的多個不同蛋白質的相互作用，它需對復雜混合物進行分析，不是通過測定完整序列進行鑒定，而是在數據庫匹配工具幫助下進行部分序列測定。它是系統生物學而不是結構生物學；是鑒定系統的行為而不是鑒定任何單一組分的行為。
“蛋白質組”是一種細胞、組織或完整的生物體所擁有的全套蛋白質[4]。生命科學的研究工作主要有4個層次：基因組學（genomics），轉錄組學（transcriptomics），蛋白質組學（proteomics）和代謝組學（metabolomics）。人類基因組計劃（human genomic project）順利完成之后，后基因組時代（post genome era）來臨，從而蛋白質組學成為科學家面臨的最大挑戰[5-7]。
蛋白質組學研究也是對分析手段的挑戰。如何同時測定一個生物中大量或全部基因的表達似乎通過引入cDNA或寡核苷酸微陣已得以解決。用DNA微陣和相關方法分析基因表達依賴于兩個重要工具：聚合酶鏈反應（PCR）和寡核苷酸與互補序列的雜交。但是沒有類似的工具用于蛋白質分析。原因首先是沒有蛋白質PCR等價物，目前不可能有多肽分子類似于核苷酸通過PCR復制的方式復制；其次，蛋白質不能專一性與互補氨基酸序列雜交。
另一個蛋白質組學的特有問題是細胞中每一個蛋白質產物并不一定只有一種分子實體。這是由于蛋白質翻譯后有修飾[8]。修飾的內容隨蛋白質的種類、細胞的調節機制和環境因子變化，許多蛋白質以多種形式存在。對任何特定基因的多種蛋白質產物進行檢測和區分的必要性使蛋白質組學在分析方面更具挑戰性[9]。
1.2蛋白質組學的工具
高通量、高靈敏度和規模化的雙向凝膠電泳-質譜是目前最流行、最可靠的技術平臺[10]；酵母雙雜交技術已用于研究蛋白質連鎖群和蛋白質功能網絡系統。生物信息學方法在蛋白質組學研究領域已得到有效的利用，其中突出的代表是Eisenberg等聯合采用系統發育分布圖（phylogenetic profiles）法、融合蛋白序列（rosetta stone）法和基因鄰居（gene neighbor）法，成功地建立了酵母沉默信息調節子（silencing information regulator，SIR）作用網絡和酵母朊病毒（prion）功能連鎖網絡。
除雙向凝膠電泳，其他的蛋白質分離技術包括一維十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳 （1D -SDS AGE）、高效液相色譜（HPLC）、毛細管電泳（CE）、等電聚焦（IEF）和親和層析。最有力的技術是將不同的蛋白質和肽分離技術結合為多維技術，例如離子交換液相層析（LC）與反相高效液相色譜（RP-HPLC）的串聯是分離復雜肽混合物的有力工具[11]。
1.3蛋白質組學的應用
1.3.1蛋白質表達譜鑒定生物或細胞的特定狀態，如分化、發育狀態或疾病狀態下蛋白質的表達以及物理、化學刺激下蛋白質的表達。這種信息對于檢測藥物治療的潛在靶子極為有用。
1.3.2蛋白質網絡譜這是在生物系統中測定蛋白質之間相互作用的蛋白質組學方法。大多數蛋白質在執行功能時與其他蛋白質密切相關，這些相互作用是通過體外純化的蛋白質和酵母雙雜交系統獲得的。通過親和俘獲配對技術與分析蛋白質組學方法相結合，蛋白質組學可以鑒定更復雜的蛋白質網絡。在細胞中多蛋白質復合物與點到點的信號傳導途徑有關。在蛋白質網絡譜可測定的過程中，所有參與者的狀態是蛋白質組學最具遠大前景的應用之一。
1.3.3蛋白質修飾譜這是鑒定蛋白質怎樣以及在何處得到了修飾。許多蛋白質翻譯后的修飾控制著蛋白質的靶向、結構、功能和轉換。此外，許多環境化學因素、藥物和內源化學因素可產生修飾蛋白質的活性親電體。修飾蛋白質可用抗體測定，但是一個特定修飾的精確序列位點往往是未知的。蛋白質組學是研究翻譯后修飾的性質和序列專一性最好的方法。此法的擴展允許在一個網絡中同時鑒定調節蛋白質的修飾狀態，這是蛋白質組學技術的重要擴充[12]。
2 免疫蛋白質組學的技術要點
2.1二維凝膠電泳
二維凝膠電泳（two-dimensional gel elect-rophoresis，2DE）又稱雙向凝膠電泳，它的發展使得蛋白質混合物的分離達到高重現性和高分辨率，使定性和定量分析2個或多個細胞或組織標本中的蛋白質成為可能。2DE的出現早于通過基因測序技術檢測基因表達的方法，但2DE本身是一種重要的描述性技術，當分離后的蛋白質缺少快速和可靠的鑒定工具時，它在分子生物學研究中的應用受到限制。
軟電離技術電噴霧離子化 （ESI）和基體輔助激光解吸電離 （MALDI）的出現，使質譜成為現代蛋白質科學中最重要的組成部分。基體輔助激光解吸電離-飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）、電噴霧離子化串聯質譜（ESI-MS/MS）取代了速度較慢、靈敏度較差的Eadman化學降解法，用于分析和鑒定2DE分離所獲得的蛋白質樣品。此類方法的一般步驟是：先從2DE膠切下待分析的蛋白質斑點，用胰蛋白酶對蛋白質進行膠內消化，然后用質譜技術分析消化后得到的多肽片斷，用MALDI-TOF-MS測定酶解后的多肽片斷得到肽質量指紋圖譜并通過數據庫檢索來對蛋白質進行鑒定。在同一實驗中未鑒定的蛋白質，再用納升電噴霧串聯質譜（nano- ESI-MS/MS）或聯機的反相毛細管柱液相色譜電噴霧串聯質譜進行自動的數據掃描，肽離子經碰撞誘導裂解（CID）產生的串聯質譜圖譜，與數據庫中肽序列的理論串聯質譜圖進行對比檢索，鑒定蛋白質。
納升電噴霧串聯質譜是基于Wilm和Mann的理論研究，現已成為分析從1D和2D上分離得到的微量蛋白質的有力工具。電噴霧上樣還可在電噴霧接口前用HPLC分離多肽（在線CapLC-ESI-MS/MS）。nano-ESI- MS/MS和在線CapLC-ESI-MS/MS 2種方法是相互補充的，各有優勢[3]。
2.2 半干轉印
蛋白質從凝膠中向固相支持物的轉移創造了Western免疫雜交研究方法，由于是在液體環境中進行，它轉移速度慢，需要大電流，而大電流易產熱，所以實驗需在低溫下進行，使用很不方便。半干轉印解決了這個問題，且避免了緩沖液中不純雜質向固相膜載體的轉移。半干轉印法只需將凝膠與膜緊貼，夾在轉移緩沖液浸泡過的濾紙中間，然后將它們一起置于石墨電極之間，接通電源即可轉移，在室溫下1~2 h即可完成，非常方便。由于SDS在轉移環境中與蛋白質可逆結合，如果膠上的蛋白質與SDS已經分離，則它由于失去了電場提供的驅動力而不能轉移到膜上；相反，如果蛋白質已經轉移到膜上而仍未與SDS分開，則蛋白質可能穿透膜而不能結合到膜上，因此，要控制好半干轉印的時間。一般而言，高相對分子質量的蛋白質易丟掉SDS而留在膠中，低相對分子質量的蛋白質則不易丟掉SDS穿透膜。在陰極濾紙的轉印緩沖液中補加SDS可促進SDS與蛋白質結合，從而有利于高相對分子質量蛋白質向膜上轉移；通過增加雜交緩沖液中的離子強度，增加蛋白質與膜之間的疏水性相互作用，使低相對分子質量蛋白質獲得了較好的雜交效率。
2.3免疫芯片
免疫芯片（immunochip）作為一種高通量同步多元檢測系統，其檢測操作所需樣品量少、反應速度快、靈敏度高、穩定性好，在分子診斷學和蛋白質組學領域將會大有作為[13]。
目前，蛋白質組分析的研究主要依靠雙向電泳和質譜，繁瑣且低效，亟需建立簡便易行、靈敏、高通量的表達蛋白質分析方法。其中之一就是基于抗體微陣列的蛋白質芯片[14]。通過抗體工程可以得到各種重組抗體，加上目前商業可得的抗體，將組成數量可觀的抗體庫，應用這些抗體制造的抗體微陣列免疫芯片即能對含有各種功能基團的蛋白質進行全面快速的分析。
隨著芯片微型化技術的發展，微點的尺度進一步縮小至納米尺度，出現了納米陣列（nanoarray）免疫芯片。納米點陣應用原子力顯微鏡（atom force microscopy，AFM）的針尖制作，納點（nanospot）直徑一般為100~350 nm，僅約為微米陣列中微點尺度的1/1 000。它不僅微型化程度高，而且檢測程序無需進行分子標記，可直接用于復合物的測定，與表面等離子體共振（surface plasmon resonance，SPR）檢測方法有相似之處。2002年，美國西北大學的研究人員利用AFM制作了以免疫球蛋白為捕獲探針的納米陣列免疫芯片，并驗證其可與抗免疫球蛋白結合反應。
探針點并非越小越好，當點尺度小到一定程度時，因每點所含捕獲分子數量過少，檢測體系將表現出較大的差異性，從而失去統計學意義[15]。
3 免疫蛋白質組學的臨床應用
3.1在糖尿病中的應用
Ⅰ型糖尿?。═1DM）是一種多基因、多病因的自身免疫性疾病，發病特點是選擇性且不可逆的破壞胰島B細胞，導致胰島素產生障礙，患者終生需要外源性胰島素。1987年，Nepom等用2DE和免疫沉淀法分析T1MD患者HLA分子，發現HLA分子存在雜合性。Winer研究非肥胖型糖尿?。╪on obesity diabetes，NOD）小鼠和糖尿病患者，通過SELDI-TOF-MS的質譜技術鑒定出胰島Schwann細胞和Langerhans細胞分泌自身抗體，刺激膠質纖維酸性蛋白。研究發現，T1DM發病機制中存在自發免疫系統對抗胰島神經組織的途徑。Nielsen等的體外研究發現，B細胞成熟過程中在2 239個蛋白點中135個有差異變化，這是翻譯后修飾的結果，這些翻譯后修飾的蛋白質是研究T1DM發病機制的潛在靶位[16]。
蛋白質組學的研究技術在提高，將雙向電泳技術用于小鼠組織，通過增大2D膠、使用窄范圍的pH膠、細胞器分離可以獲得超過10 000個蛋白點，遠遠超過傳統方法獲得的1 900個蛋白點。用 IL-1β研究胰島B細胞系的蛋白質組學得到得結論是T1DM發病是多因素、動態的，并非某個基因單獨作用的結果。
3.2在腫瘤診斷中的應用
蛋白質組學被用于鑒定癌癥診斷的標志物，檢測疾病進展和鑒定治療的靶位。它在發現癌癥的標志物方面具有重要價值，因為蛋白質組反映了細胞內在的遺傳程序和直接的環境影響。美國國立腫瘤研究所組織的早期疾病探測研究機構多中心三期臨床試驗得出結論：通過血清及儀器標準化質控，增強激光解吸電離飛行時間質譜（SELDI-TOF-MS）是目前最有希望的檢測腫瘤早期的方法[17]。對乳腺癌和卵巢癌檢測的敏感性和特異性為93%和91%，較傳統的檢測標志物癌抗原提高很多[18]；對前列腺癌檢測的敏感性和特異性為83%和97%；國內外學者還用SELDI技術對肺癌、肝癌、胃癌、腸癌、食道癌、鼻咽癌、喉癌、胰腺癌、膀胱癌、神經膠質瘤進行了檢驗和研究，也取得了很好的效果[19, 20]。
3.3在病原性疾病中的應用
許多感染性疾病如乙型肝炎、丙型肝炎、艾滋病、梅毒、鼠疫等的抗原尚依賴ELISA、放射免疫法、免疫熒光法等間接測定，用SELDI則可同時直接檢測這些疾病特異性抗原的相對分子質量，并進行窗口期檢查，這是其他檢測手段無法做到的。
Jungblut等[21]通過免疫蛋白質組學手段，利用感染早期和晚期患者的血清研究了嘎氏疏螺旋體的免疫原性蛋白，在驗證了傳統使用的2個靶標抗原的同時，又找到了2個新的靶抗原。并且在幽門螺桿菌的診斷中，分別用幽門螺桿菌感染不同階段及其他原因導致的胃炎患者的血清，探測了幽門螺桿菌不同菌株的免疫原性蛋白，對其感染特異的免疫原性靶標蛋白進行了深入系統的研究，為其診斷、預防和治療奠定了良好的基礎。
應天翼等[22]提取福氏賀桿菌2a 2457T全菌蛋白進行不同pH梯度的雙向電泳，結合蛋白質印跡技術尋找發生免疫反應的蛋白質。用MALDI-TOF-MS鑒定了19個免疫反應蛋白點，對應于10種蛋白質，成功建立了福氏賀桿菌2a 2457T的免疫蛋白質組學研究方法，為尋找保護性抗原打下了基礎。
Pitarch等[23]通過免疫蛋白質組學手段從白假絲酵母中鑒定到了42個有免疫原性的持家酶。通過進一步的研究發現，在念珠菌病發病過程中，磷酸甘油酸激酶與乙醇脫氫酶抗體的產生與刺激人的免疫分化有關，并驗證了循環系統中白假絲酵母特異性抗體對念珠菌病發展的抑制作用。他們認為，高濃度的抗烯醇酶抗體的出現標志著患者處于恢復期，可作為病情發展的標記物。此研究為念珠菌病的早期檢測及臨床跟蹤提供了靶標，且可能被用作設計抗真菌藥物及疫苗的靶標。
3.4在其他疾病中的應用
英國Rrian Austen研究小組檢測了老年性癡呆（AD）患者的組織和腦脊液，發現了一種β-淀粉樣蛋白多肽，并被公認為是人腦產生神經退行性改變的標志物[24]。用SELDI進一步確定了抗原變異片段，為B型多肽的片段1~42，相對分子質量為4 511，是引發疾病的關鍵標志物。
在心血管病的診斷中，Allard等用SELDI技術首次發現載脂蛋白C-I（ApoC-I）和載脂蛋白C-Ⅲ（ApoC-Ⅲ）可區別缺血性和出血性腦卒中。用SELDI技術測定補體C3α鏈及纖維蛋白原的早期降解蛋白指紋，能更早地發現心肌梗死。
最近，Chen等提出免疫蛋白質組學應該分為3部分，（1）通過免疫蛋白質組學篩選外膜中具有免疫原性的蛋白質；（2）通過免疫后攻毒的方法鑒定免疫原性蛋白的保護性；（3）通過其中和能力來確定候選疫苗。按照上述原則，該研究小組通過實驗從嗜水氣單孢菌的外膜蛋白中篩選出了保護性達71.4%的抗原。但研究者認為，如果只作為診斷靶標，后兩步不是必需的，而應通過與其他菌株之間的交叉反應來篩選。
4 展望
目前免疫蛋白質組學已成功地應用于生物醫學的許多領域，如病源性微生物、自身抗原、腫瘤抗原及蛋白質修飾等的研究；也應用于不同種類免疫反應以及免疫反應過程中不同階段特異性免疫蛋白質的研究。其原理還用于蛋白質翻譯后修飾的研究，如通過磷酸化抗體來探測被檢蛋白質中磷酸化的情況等。在今后生命科學的相關研究中，免疫蛋白質組學將應用于更為廣泛的領域。
方法學上，二維凝膠電泳-質譜仍是目前最流行和較可靠的技術，但其通量、靈敏度和規模化均有待進一步加強，一些學者開始重視研究以色譜/電泳-質譜為主的技術。此外，酵母雙雜交技術雖已用于研究蛋白質連鎖群和蛋白質功能網絡系統，但尚缺乏快速、高效的手段獲取復雜蛋白質相互作用的多維信息。蛋白質組的生物信息學研究雖已有成功的先例，但其應用范圍與準確率仍需提高，所面臨的更大挑戰是如何綜合信息，準確分析蛋白質的相互作用，界定相互作用連鎖群。
學術上，在基因組、轉錄組基礎上的蛋白質組全譜研究，微生物已有成功的報道，但是在高等生物尤其是哺乳動物尚未見報道，人類組織或細胞的蛋白質組全譜研究則基本未涉足。此外，人類基因組草圖雖已公布，但是，估計的3.5萬左右基因中一半以上屬理論推測，需要從蛋白質組水平予以檢驗與確認，因此，開展人類組織或細胞的蛋白質組表達譜的分析勢在必行。
受基因調控的細胞內各種信號轉導途徑之間是相互交錯和彼此關聯的。雖然近年人們對轉導途徑以及相互關系的認識取得了進展，但是，針對任一生物體組織、細胞開展全方位的蛋白質組相互作用網絡的分析鮮有報道。而此類相互作用網絡的揭示對于深刻認識重要生理、病理過程的機制是不可缺少的[25]。
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第9篇：生物信息學新進展范文
關鍵詞 生物技術專業；微生物學；實踐教學
中圖分類號：G642.423文獻標識碼：B文章編號：1671-489X(2012)15-0115-02
2007年，教育部印發了關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程（質量工程）的通知，對高等學校的人才培養提出新的要求。因此，高等教育改革的質量工程在各高校不斷深入進行，目的是使學生具有良好的綜合素質。當前，生命科學以前所未有的深度和廣度迅速發展，它對生物相關專業人才提出扎實全面、復合創新及開拓型的培養要求。
微生物學是研究微生物及其生命活動規律和應用的學科，是生物學科中理論性和實驗性都很強的學科，實踐教學是不可或缺的重要教學環節[1]。隨著分子生物學、遺傳學等學科的迅速發展，微生物的研究方法已成為許多生物技術領域的基本技術和手段，其基本理論和應用研究在國際上一直是非?；钴S的領域[2]。如何通過該課程幫助學生理解和鞏固知識，培養嚴肅認真的科學態度、求實創新的科學方法及綜合分析能力，鍛煉學生的動手能力，為專業奠定牢固的理論專業技術基礎，是微生物教學面臨的一項重要任務。
近年來，在總結前人經驗，并結合學生特點，以培養學生科研意識為目標，筆者對微生物學實踐教學改革進行了積極的探索，下面簡單介紹在生物技術專業微生物學實踐教學中的一些改革工作。
1 優化整合教學內容，及時引入新知識新熱點
微生物與生物化學、遺傳學、分子生物學、微生物育種學等課程在內容上相互交叉滲透，授課時間上有前有后，為避免與先修課程某些內容重復、又為后續課程留有余地，突出本課程的特有內容，必須對交叉內容進行優化整合。作為生命科學中最活躍的分支科學之一，一批新的微生物學科正孕育和形成，如微生物基因組學、微生物蛋白質組學、微生物代謝組學等。很多新技術、新方法如熒光PCR、生物芯片技術、生物信息學等在微生物學中廣泛應用，完全按照微生物學教材已不能掌握更多的新知識、新理論。因此，在保證教學內容的基礎性、系統性、完整性的前提下，向學生講授更多的有關科學前沿動態的知識，探索將課程中的經典理論和前沿科技發展有機地融合在一起，力求讓學生在有限的學時內系統掌握本門課程的基礎理論與實驗操作技能。實踐中的具體做法是：教師通過上網檢索的方法，廣泛收集有關外文教材和教輔資料，從中吸取精華，同時注重吸收國內重點大學在相關課程上的先進教學經驗，在講授過程中針對書上的興趣知識點進一步查閱該領域的最新進展，做到源于書本又高于書本。
比如在講到抗生素對細菌的作用時，引出2010年在全球多個地區出現的新德里金屬β內酰胺酶I型（NDM-1）超級細菌的案例，幫助學生更好地了解了抗生素在目前抗感染治療中的應用及目前國內外細菌對抗生素的耐藥現狀，部分興趣濃厚的學生在課外時間對目前國內大型醫院的抗生素臨床使用展開探究。
2 開展課后科研，將理論教學融入實踐，培養學
生科研創新能力
微生物學是一門與生活實踐有密切聯系的應用學科，教師在講述中要充分發揮微生物學與生活實踐有密切聯系的優勢，盡量多把生活、生產中一些與微生物生命活動有聯系的有趣實例引入到課堂中，進行剖析，用平時看得見的實例刺激學生的感官，激發、引導學生思維。比如在給學生講緒論中微生物的廣泛性時提到“微生物無處不在，但肉眼看不見、用手摸不著”，學生理解起來較為抽象。因此，在微生物大類形態及培養基內容結束之后，給學生出一道課外實驗題，請學生以實驗舉證“人類生活在微生物的海洋里”。各學生小組獨立選擇某一周圍環境，提交從該環境分離微生物的實驗方案，根據實驗方案進行實驗，并完成實驗報告。通過該課題的開展，幫助學生真正意義上理解微生物無處不在的涵義。
在理論教學結束原核微生物、真核微生物及病毒這三個章節之后，讓學生根據自己的興趣，自主通過查閱文獻、互聯網或超市貨架信息等方式，用1周左右時間考慮確定開發某一個微生物相關產品。在選定研究課題之后，教師再向學生詳細介紹科研文獻的檢索方法和檢索途徑，然后小組內部分工開展文獻調研、收集相關資料，并初步設計獲得既定的微生物產品的實驗方案，同時鼓勵學生在小組內和小組間展開學術交流，發表見解并互相補充。通過反復討論，在分析歸納的基礎上，通過方案的完善及修改，達成一致意見，并最終形成結論，以PPT的形式，由學生在課堂上作匯報交流。學生開展相關微生物產品的科研活動期間，指導教師旁聽并適時加以引導，既要防止學生討論偏離學習實際，又不能過多干預學生的思維。
在學生開展上述科研活動的過程中，微生物實驗室采取開放教學，積極支持學生實驗的進行，這一方面可以鞏固教學內容，充分調動學生的學習積極性和主觀能動性；另一方面教師發揮引導作用，解疑答難，進一步提高學生分析、綜合、研究、解決問題的能力。
3 完善考核機制，正確評估學生成績
建立一套適合實踐教學機制的考核方式，完善學生成績評定標準, 正確評價學生成績。
1）取消期中考試，代之以實踐成績，實踐環節成績由“人類生活在微生物的海洋里”的驗證實驗成績、微生物產品開發的書面報告成績及現場答辯成績三部分組成。實踐環節的設置可以讓學生自己主動學習，查閱資料，把教學引向課堂外，培養學生的科研意識及主動探究問題能力，
2）改革成績評定模式。打破長期以來將期末考試作為課程主要成績的評定模式，對學生成績進行綜合評定，即由平時成績（30%）、實踐環節成績（30%）及期末考試（40%）組成。其中平時成績可以由考勤、作業和課堂表現三部分組成。這種成績綜合評價機制不但可促使學生重視平時學習，而且有利于調動學生學習的主動性和創造性，有利于學生素質和能力的全面提高。
近年來，在過去幾屆學生的微生物學課程的教學過程中，理論教學深入透徹地講解微生物學理論，實踐教學模塊突出訓練學生的創造力和動手能力，致力于培養學生的科研意識。通過實踐教學的改革與研究，學生對微生物學課程的學習興趣更為濃厚了，普遍反應從實踐教學中學到了書本上學習不到的東西。課后科研活動的開展使學生的動手能力得到鍛煉的同時，也幫助學生對實驗室和實驗設備有了較為全面的認識，為大四年級的畢業論文課題研究及以后從事生物技術行業的研究工作奠定一定的實踐基礎。
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