中醫(yī)藥院校分子生物學(xué)多學(xué)科交叉實驗教學(xué)改革探索

吳 娜，王 玨,岳慧英，胡麗麗△

(1山西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實驗教學(xué)中心， 晉中 030619； 2山西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物學(xué)系； △通訊作者)

多學(xué)科交叉融合是目前高等教育與科學(xué)研究的重要趨勢之一，也是高校實驗室建設(shè)與改革強有力的推手[1]。相對于科研實驗室來說，高校對教學(xué)實驗室建設(shè)的關(guān)注和投入較少，對本科生實驗教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新缺乏相應(yīng)的支持和保障[2]。實驗教學(xué)要注重質(zhì)量保障，應(yīng)體現(xiàn)對學(xué)生跨學(xué)科綜合實驗?zāi)芰σ约皠?chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。高校應(yīng)該充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，培養(yǎng)不同方向、具有實際操作能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)較強的本科人才。中醫(yī)藥院校應(yīng)該充分利用自身豐富的中醫(yī)藥資源，在學(xué)生能夠構(gòu)建完整知識體系的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生良好的實踐能力。但目前，我們的分子生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容單一，缺乏系統(tǒng)性和完整性，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[4]。

1 分子生物學(xué)的多學(xué)科交叉融合

1.1 分子生物學(xué)與遺傳學(xué)

分子生物學(xué)與遺傳學(xué)是生物科學(xué)領(lǐng)域兩門重要的學(xué)科。分子生物學(xué)是在分子水平上探究生命活動的基本規(guī)律，而遺傳學(xué)是研究生物遺傳和變異的學(xué)科，二者互為基礎(chǔ)，互相滲透，聯(lián)系緊密[5]。研究顯示，遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的綜合分析在糖尿病、急性髓細胞白血病、子癇等疾病的臨床診斷、發(fā)病機制、治療檢測、預(yù)后判斷等方面都有重要作用[6-8]。這就表明，分子生物學(xué)與遺傳學(xué)在醫(yī)學(xué)診斷方面的應(yīng)用是相輔相成，缺一不可的。因此，將兩門課程的實驗設(shè)計綜合聯(lián)系在一起是十分必要的。這樣不僅可以將知識點串聯(lián)起來，使學(xué)生能夠融會貫通，而且在學(xué)生掌握必要的操作方法之外，實驗內(nèi)容更加聯(lián)系實際?，F(xiàn)階段，我們分子生物學(xué)實驗開設(shè)的項目有：動物組織基因組DNA的提取、PCR及其產(chǎn)物的鑒定、質(zhì)粒的提取、酶切及膠回收等。這樣的實驗教學(xué)只注重了學(xué)生實際操作技能的掌握，而忽視了學(xué)生對知識的實踐應(yīng)用及其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2 分子生物學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)

隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)也逐漸成熟，其對臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展有著深遠的影響。PCR技術(shù)作為新型的診斷手段，在心血管疾病臨床診斷上表現(xiàn)優(yōu)異，診斷精準度較高，可以為臨床疾病診斷提供可靠的生物學(xué)支持[9]。多重RT-PCR的檢測方法對感染性疾病的臨床診斷、治療及療效評價起到重要作用。在2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)的檢測中，RT-PCR技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[10]。在慢性阻塞性肺疾病、子癇等疾病的發(fā)病機制研究中，同樣涉及分子生物學(xué)的多個領(lǐng)域[11,12]，如信號通路、分子標志物等。分子生物學(xué)在藥物治療方面也發(fā)揮著重要作用。近年來，隨著與腫瘤相關(guān)的“靶”分子的發(fā)現(xiàn)，人們針對這些分子研發(fā)了單克隆抗體類或其他抑制劑類的分子靶向藥物[13]。

1.3 分子生物學(xué)與中藥學(xué)

目前，分子生物學(xué)在藥用植物的保護、道地藥材形成機制、活性成分分析、中藥鑒定等領(lǐng)域的研究已經(jīng)成為熱點[14]。在藥物鑒定方面，我們可以應(yīng)用隨機擴增引物DNA(RAPD)法，從基因水平將藥物進行明確的分類；利用簡單重復(fù)序列間擴增(inter-simple sequence repeat，ISSR)技術(shù)，對物種親緣關(guān)系鑒定及遺傳多樣性進行鑒別。在成分分析方面，我們通過質(zhì)譜儀可以測定蛋白質(zhì)分子的質(zhì)量，從而進行蛋白質(zhì)分子鑒定、蛋白質(zhì)分子修飾和蛋白質(zhì)分子相互作用的研究；另外，還有醋酸纖維素薄膜電泳法、高效液相色譜法、毛細管電泳法、光譜和色譜技術(shù)、薄層掃描法等分子生物學(xué)技術(shù)可以對藥物的活性成分進行分析。在中藥藥理的研究方面，免疫組化法、MTT比色法、流式細胞術(shù)、ELASA、RT-PCR技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[15]。

2 實驗教學(xué)的改革策略

2.1 實驗項目的多樣化設(shè)計

目前我們的分子生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容單一，多為驗證性實驗，缺乏創(chuàng)新性和綜合性[16]，導(dǎo)致學(xué)生的實驗積極性不高。因此，在實驗內(nèi)容的設(shè)計上，我們需要體現(xiàn)系統(tǒng)化、整體化和多樣化，設(shè)計多個系統(tǒng)性實驗項目，使學(xué)生根據(jù)自己的興趣或知識的掌握度進行自由選擇。例如：實驗項目一的設(shè)計是中藥遺傳多樣性的研究(ISSR-PAGE技術(shù))[17]。實驗具體步驟為：基因組DNA的提取、PCR反應(yīng)體系的建立(包括引物的設(shè)計)、聚丙烯酰胺凝膠電泳、硝酸銀染色、標記數(shù)據(jù)分析(包括NTSYSpc2.10軟件的使用，最后得到種源聚類圖)。實驗項目二的設(shè)計是中藥資源表觀遺傳機制的研究(MSAP-PCR技術(shù))。實驗具體步驟為：基因組DNA的提取、DNA含量的測定、酶切及其產(chǎn)物的純化、PCR反應(yīng)體系的建立(包括引物的設(shè)計)、聚丙烯酰胺凝膠電泳、瓊脂糖凝膠電泳、結(jié)果分析。實驗項目三的設(shè)計是中藥治療疾病機制的研究(熒光定量PCR和Western Blot技術(shù))。熒光定量PCR具體步驟為：細胞總RNA的提取、RNA含量的鑒定(包括瓊脂糖凝膠電泳)、反轉(zhuǎn)錄、熒光定量PCR。Western Blot技術(shù)具體步驟為：蛋白質(zhì)的提取、蛋白含量的測定、SDS-PAGE電泳、電泳轉(zhuǎn)移、免疫反應(yīng)。學(xué)生在任課教師的指導(dǎo)下，自行選擇感興趣的實驗項目。多樣化的實驗設(shè)計加入了科學(xué)前沿的研究方法，有助于提高學(xué)生實驗積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。

2.2 大型儀器設(shè)備的使用

由于大型儀器設(shè)備價格昂貴、數(shù)量較少、操作復(fù)雜等特點，多用于研究生以及教師的科學(xué)研究，本科實驗教學(xué)基本上不涉及大型儀器設(shè)備使用的內(nèi)容。實踐表明，面向本科實驗教學(xué)開放大型儀器設(shè)備，可以很好地激發(fā)本科學(xué)生探索科學(xué)問題的興趣，對學(xué)生的深造和就業(yè)提供極大的幫助[18]。在分子生物學(xué)多學(xué)科交叉融合的實驗教學(xué)過程中，大型儀器設(shè)備的使用是必不可少的。例如，中藥活性成分的分析會用到高效液相色譜儀；藥理的研究中會使用到流式細胞儀；在分子機制的研究中會用到實時熒光定量PCR儀等。但是，大型儀器設(shè)備價格昂貴，維修費用高、維護周期長、操作相對復(fù)雜，學(xué)生在實驗過程中極易因為操作的失誤導(dǎo)致儀器損壞[19]。因此，學(xué)生需要在課前做好實驗預(yù)習(xí)，初步了解實驗內(nèi)容與儀器的操作[20]。在實驗教學(xué)中，首先由任課教師進行大型儀器設(shè)備的示范性操作，并讓學(xué)生通過觀看儀器圖片和操作視頻的方式進行了解；然后，在任課教師和熟悉儀器設(shè)備的實驗技術(shù)人員共同的指導(dǎo)和幫助下，學(xué)生完成儀器的使用。

2.3 實驗課程的考核

多學(xué)科交叉融合的分子生物學(xué)實驗教學(xué)知識面涵蓋廣，應(yīng)該采取論文的形式進行考核。以往的實驗課程考核多采取實驗報告、實驗操作、到課情況結(jié)合的方式，其中以實驗報告為主。由于開設(shè)的實驗項目多為驗證性實驗，實驗操作過程一致，實驗結(jié)果相同，學(xué)生的實驗報告大多數(shù)是照抄實驗手冊或者教師課堂講授的內(nèi)容，不利于培養(yǎng)學(xué)生的思考與實踐能力[21]。多學(xué)科交叉融合的分子生物學(xué)實驗教學(xué)中，學(xué)生之間實驗項目不同，操作步驟不同，實驗內(nèi)容是完整的、系統(tǒng)的一個科學(xué)問題的研究。因此，在實驗課程結(jié)束后，考核方式應(yīng)采取完整的論文形式，不需要每節(jié)課都提交一份單獨的實驗報告。這樣的考核方式既避免了學(xué)生互相抄襲的弊端，又能夠提高學(xué)生自主思考的能力以及撰寫科研論文的能力。

2.4 實驗指導(dǎo)教材的改編

由于多學(xué)科交叉融合的分子生物學(xué)實驗內(nèi)容是一個綜合性的實驗體系，現(xiàn)有的實驗指導(dǎo)教材無法滿足指導(dǎo)學(xué)生實驗的需求，因此，需要編寫新的實驗指導(dǎo)教材?，F(xiàn)有教材是基于指導(dǎo)學(xué)生完成基礎(chǔ)實驗操作而編寫的，分為多個基礎(chǔ)實驗項目，內(nèi)容主要包括：實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗操作步驟。新的實驗教材應(yīng)該基于幫助學(xué)生了解科學(xué)問題的研究方法而編寫。教材的內(nèi)容需包含常用的基礎(chǔ)實驗技術(shù)、科學(xué)前沿的研究技術(shù)、常規(guī)的實驗設(shè)備操作流程以及大型儀器設(shè)備的操作流程。每一項實驗技術(shù)和儀器設(shè)備的介紹需包括原理、操作步驟以及實際應(yīng)用這幾個模塊。

隨著時代、科技的發(fā)展，學(xué)科交叉成為必然的趨勢，實驗教學(xué)需要不斷改革才能滿足新時代人才培養(yǎng)的需求。中醫(yī)藥院校開展的多學(xué)科交叉融合、有特色的分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革，對培養(yǎng)本科學(xué)生的綜合科研素養(yǎng)起著重要的作用，對學(xué)生今后的深造和就業(yè)有著極大的幫助。