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有些學者認為,20世紀的科學技術是以物理學和化學的成就占主導地位,而21世紀的科學技術是以生物學的成就占主導地位。無論這種說法是否得到普遍的認同,生物技術是當今高技術中發展最快的領域似乎是不爭的事實。科學家預測,生命科學到2015年會取得革命性進展。這些進展可以幫助人類解決很多目前無法醫治的疾病的治療問題,徹底消除營養不良,改善食品的生產方式,消除各種污染,延長人類壽命,提高生命質量,為社會安全和刑偵提供新的手段。有些成果還可以幫助人類加速植物和動物的人工進化以及改善生態環境對人類的影響等。產生新的有機生命的研究也會取得進展。
1.生物制藥現狀
目前生物制藥主要集中在以下幾個方向:
1腫瘤
在全世界腫瘤死亡率居首位,美國每年診斷為腫瘤的患者為100萬,死于腫瘤者達54.7萬。用于腫瘤的治療費用1020億美元。腫瘤是多機制的復雜疾病,目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。今后10年抗腫瘤生物藥物會急劇增加。如應用基因工程抗體抑制腫瘤,應用導向IL-2受體的融合毒素治療CTCL腫瘤,應用基因治療法治療腫瘤(如應用γ-干擾素基因治療骨髓瘤)。基質金屬蛋白酶抑制劑(TNMPs)可抑制腫瘤血管生長,阻止腫瘤生長與轉移。這類抑制劑有可能成為廣譜抗腫瘤治療劑,已有3種化合物進入臨床試驗。
2神經退化性疾病
老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風及脊椎外傷的生物技術藥物治療,胰島素生長因子rhIGF-1已進入Ⅲ期臨床。神經生長因子(NGF)和BDNF(腦源神經營養因子)用于治療末稍神經炎,肌萎縮硬化癥,均已進入Ⅲ期臨床。
美國每年有中風患者60萬,死于中風的人數達15萬。中風癥的有效防治藥物不多,尤其是可治療不可逆腦損傷的藥物更少,Cerestal已證明對中風患者的腦力能有明顯改善和穩定作用,現已進入Ⅲ期臨床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重組tPA)用于中風患者治療,可以消除癥狀30%。
3自身免疫性疾病
許多炎癥由自身免疫缺陷引起,如哮喘、風濕性關節炎、多發性硬化癥、紅斑狼瘡等。風濕性關節炎患者多于4000萬,每年醫療費達上千億美元,一些制藥公司正在積極攻克這類疾病。如Genentech公司研究一種人源化單克隆抗體免疫球蛋白E用于治療哮喘,已進入Ⅱ期臨床;Cetor′s公司研制一種TNF-α抗體用于治療風濕性關節炎,有效率達80%。Chiron公司的β-干擾素用于治療多發性硬化病。還有的公司在應用基因療法治療糖尿病,如將胰島素基因導入患者的皮膚細胞,再將細胞注入人體,使工程細胞產生全程胰島素供應。
4冠心病
美國有100萬人死于冠心病,每年治療費用高于1170億美元。今后10年,防治冠心病的藥物將是制藥工業的重要增長點。Centocor′sReopro公司應用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復心臟功能取得成功,這標志著一種新型冠心病治療藥物的延生。
基因組科學的建立與基因操作技術的日益成熟,使基因治療與基因測序技術的商業化成為可能,正在達到未來治療學的新高度。轉基因技術用于構造轉基因植物和轉基因動物,已逐漸進入產業階段,用轉基因綿羊生產蛋白酶抑制劑ATT,用于治療肺氣腫和囊性纖維變性,已進入Ⅱ,Ⅲ期臨床。大量的研究成果表明轉基因動、植物將成為未來制藥工業的另一個重要發展領域。
2.生物制藥展望
今后10年生物技術將對當代重大疾病治療劑創造更多的有效藥物,并在所有前沿性的醫學領域形成新領域。目前熱門的藥物生物技術如下:
生物學的革命不僅依賴于生物科學和生物技術的自身發展,而且依賴于很多相關領域的技術走向,例如微機電系統、材料科學、圖像處理、傳感器和信息技術等。盡管生物技術的高速發展使人們難以作出準確的預測,但是基因組圖譜、克隆技術、遺傳修改技術、生物醫學工程、疾病療法和藥物開發方面的進展正在加快。
除了遺傳學之外,生物技術還可以繼續改進預防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進入人體并進行傳播的能力,使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對新的病原體作出反應。這些方法可以克服病原體對抗生素的耐受性越來越強的不良趨勢,對感染形成新的攻勢。
除了解決傳統的細菌和病毒問題之外,人們正在開發解決化學不平衡和化學成分積累的新療法。例如,正在開發之中的抗體可以攻擊體內的可卡因,將來可以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況,而且對于解決全球性非法貿易問題具有重大影響。
生物技術給人類帶來的益處也包括在生態和環境兩個方面。利用生物技術提高現有農業生態系統的生產力可以減低農業向原始的、自然、半自然生態系統擴張的要求,因此,它有助于有人類保存、保護地球上僅有的自然生態系統及其資源,有助于人們未來再利用其中的基因資源開發新的產品。
生物技術已用于生產抗蟲害、抗除草劑作物。正如前面所述,一些轉基因棉花、玉米、大豆等具有抗蟲害、抗除草劑的能力。1995年人們可以在市場上購買到轉基因馬鈴薯,這種馬鈴薯能產生水晶蛋白,而水晶蛋白對科倫那多馬鈴薯甲蟲有毒害作用。這些轉基因作物能減少殺蟲劑的用量,降低殺蟲劑及其殘留物對食物鏈、水體造成污染,從而有利于保護生態環境。
在許多農業生產區,土壤氮素可利用量是制約農業生產力提高的一個重要因子。而一高科技農業生產區使用人造氮肥是以犧牲生態環境為代價的。制造氮肥要利用大量能源,據統計,英聯邦農場平均投入的能源大約有50%來自肥料。由施用肥料而產生的溫度氣體(二氧氣化碳、氮氧化合物等)不可避免地促進地球氣候變暖。除此之外,農業土壤的氮素流失是水體富營養化的主要原因。
生物技術的利用能為這些問題的解決提供潛在的、真正有價值的幫助。
同樣,人們可以利用真菌來提高土壤養分的有效性。溫萊指出:特定的真菌類能促進土壤養分的釋放,從而促進作物生長;真菌也能通過分解有機物質(例如纖維素等)釋放出糖類,促進固氮菌的生長。進一步提高土壤養分有效性的可能,包括獲得轉基因細菌和真菌,以進一步增強它們制造養分和釋放土壤養分的能力。轉基因作物的最終目標是使作物本身能夠自行固氮,避免、減少使用人造肥料,從而減少對生態環境的破壞。這在目前尚不可能,但在將來卻有望實現這個目標。
二、生物技術帶來的不利
從經濟角度上講,生物技術帶來的不利并不明顯,然而,它會引起發達國家與發展中國家貧富差距進一步擴大。因為,生物技術公司主要集中在發達國家,發達國家可以通過輸出生物技術產品而獲得利潤。與此同時,發展中國家由于技術、及其產品還遠沒有被廣泛接受。
生物技術可能引起生產方式和人類健康的退變。這種情獎品可能會隨著需要特定處理的轉基因作物的出現而產生,特別是抗除草劑的轉基因作物出現。農民必須從同一公司購買種子和除草劑,否則除草劑起不了作用。同樣的問題也可能在需人造肥料的轉基因作物上出現,這些轉基因作物會取代傳統的依靠有機肥的作物,后者在發展中國家是很普遍的,并且也有利于環境保護。生物技術在食品上的應用對發展中國家的農民也會造成許多困難。生物技術也會對人類的健康制造麻煩。近年來在英國已有這方面的報道。特別是當能引發人體過敏反應的基因轉入農作物時,例如,堅果能引發人體過敏反應,若它的基因被導入其他作物,則有可能其他作物也會引起人體過敏。為了預防起見,轉基因作物產品必須經免疫測定篩選后才能利用。
中圖分類號:文獻標識碼;文章編號
在現代生物技術、現代信息技術、新材料技術等發展騰飛的新世紀里,在我國的生物制藥領域發生了巨大變化,有了長足的發展。目前,面對日新月異的生物技術制藥的發展態勢,使得《生物技術制藥》這門課程的內容和擴展也很快,傳統的教學形式已經不能滿足高校創新型人才的培養要求,生物技術制藥教育體系必須實時改革[1]。本文作者根據這幾年來的從教經驗,談談幾點看法。
一、生物技術制藥課程特征分析
1.1優化教學體系,避免教學內容重復
生物技術制藥課程作為生物技術專業的一門必修課,內容涵蓋了生物化學、細胞生物學、分子生物學、藥理學、細胞工程、生物材料以及化學工程等相關學科,內容較多,學科相互交叉,講授難度較大。生物技術專業的學生在學習本課程之前已經學過了生物化學、細胞生物學、分子生物學、藥理學等基礎課程。但是,對于生物材料和化學工程方面的知識了解較少,而這方面知識對于整個生物制藥來講極為重要。根據過去幾年的經驗,在教學過程中,我們在保證基礎知識掌握的前提下,增加了生物材料和化學工程方面的內容。并及時更新教學內容,以科研帶動指導教學,重視開拓學生科學視野,提高學生的科學創新意識[2]。
1.2突出學科特色,調動學生積極性
生物技術制藥課程是一門綜合性學科,以實驗為基礎,具有很強的實踐性和應用性。生物技術制藥領域發展迅猛,新材料和新技術的結合不斷應用于這里,共同推動了生物技術制藥科學理論技術的持續創新。如用于水處理的高分子樹脂材料,后來卻可以用于分離純化糖類、蛋白質類等藥物。近年來,許多新型藥物如緩釋劑、微膠囊等使用了可以生物降解的生物材料如聚乙二醇、聚乳酸、聚羥基乙酸等。這些生物材料的使用豐富了生物技術制藥的內容。在通過不斷介紹新的生物材料的基礎上,并結合新技術在制藥領域的應用,極大的激發了學生的學習興趣。
二、生物技術制藥課程教學改革分析
教學是一種藝術活動,生物技術制藥課程教師應有扎實的生物科學、藥物科學、化學工程等理論基礎、豐富的實踐經驗和寬廣的人文知識底蘊、熟練掌握教學基本技能,講起課來才能收放自如,能引人入勝,獲得良好的課堂教學效果。
2.1運用交叉學科分析研究問題,拓展學生科學視野
在進行《生物技術制藥》教學時,既強調對基本概念的解釋、理論的歸納,同時應注重各個學科之間的緊密聯系,從分子生物學、藥學、醫學、生物材料學以及化學工程等多角度進行理論研究與分析,教授學生以生物技術制藥歷史發展的觀點、從不同學科認識問題,使學生真正明白其中的科學道理。如在酶工程制藥中對于酶的固定化教學中,筆者就融合了生物材料、分子生物學和藥學等知識。酶是一大類具有特殊結構的蛋白質生物大分子,可以通過分子生物學和藥學兩種角度來講授;而對于固定酶所用的明膠、聚乙烯醇等材料是生物材料課程學習的重點內容部分,如材料的理化性質、結構特征、制備、應用等。通過對酶及其負載生物材料的結構特征進行分析,從多學科角度講授酶制藥過程,加深了學生對酶工程制藥的理解。
2.2充分利用多媒體教學和現代信息化技術
多媒體教學可以使抽象、枯燥的理論通過圖文并茂生動地表達出來。通過部分動畫演示和觀看教學錄像即能引起學生興趣,又能快速理解接受理論知識。筆者在備課時訪問各種電子化的課程資源庫,獲得直接相關的資料;課堂上給學生提供生物技術相關的學習網站如小木蟲、丁香園等網站,引導學生不斷學習的興趣。充分利用現代信息化技術和多媒體教學,提高了學生教學效率[3,4]。
2.3課堂教學與實驗教學相結合,激發學生學習興趣
為了使學生充分掌握《生物技術制藥》這門課程,更好地為今后的生產實踐服務,為科研服務。生物技術制藥實驗課程設置了基礎實驗和綜合實驗[5]。與理論課同步開設了DNA的提取;細胞融合;細胞轉染等實驗,作為課程實驗的基本環節。綜合實驗是為了提高學生興趣和科學素質設置。實驗過程中我們進行了生物材料殼聚糖的制備,生物酶的制備;開展了以殼聚糖負載生物酶的實驗。這些實驗引起了學生極大興趣,使得在課堂上講授的枯燥的理論在實驗中變得生動而具體了,充分調動了學生的積極性,取得了較好的教學效果。
三、結語
通過上述對《生物技術制藥》課程教學改革的探索,激發了學生對本門課程的學習興趣和積極性,對于教學效果有極大的幫助。期望培養出具有視野開闊、專業素質優良、有較強實驗操作能力,可以將專業理論和技術運用到實際工作中的創新性和競爭性人才,實現現代教育目標。
參考文獻
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主管單位:軍事醫學科學院生物工程研究所
主辦單位:軍事醫學科學院生物工程研究所
出版周期:雙月刊
出版地址:北京市
語
種:中文
開
本:16開
國際刊號:1009-0002
國內刊號:11-4226/Q
郵發代號:82-196
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1989
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
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1 我國的環境狀況
隨著我國經濟的不斷發展,環境污染問題越來越嚴重,近年來雖采取了大量控制措施,但環境污染的趨勢仍在繼續。如何在經濟高速發展的同時控制環境污染,改善環境質量是我國當前亟待解決的重要問題[1]。在環境保護中,從源頭上防止污染是實現經濟增長和改善環境所必須執行的技術策略[2]。綠色技術嶄露頭角,理想的綠色技術是采用無毒、無害的原料、催化劑和溶劑,采用高選擇性、極少副產品的反應,實現零排放[3]。隨著生物技術研究的進展和人們對環境問題認識的深入,現代生物技術為環境污染問題的解決提供了重要依據。
2 生物修復技術
環境污染物的清除有多種方法,其中常用的方法是是物理和化學方法,這些方法雖然行之有效,但通常成本很高,而且還容易造成二次污染。采用生物清除環境中污染物的生物修復技術則極具應用前景,具有極大的潛力。生物修復是指在一定的條件下,利用微生物、植物和動物降解、穩定和去除環境中的污染物,使受污染生態系統的正常功能得以恢復。利用生物修復技術可以削弱乃至消除環境污染物的毒性,降低污染物的健康風險[4]。生物修復技術包括微生物修復、植物修復。微生物修復在生物修復技術中處于主導地位,近年來國內外對微生物修復技術的研究非常重視。Fulthorpe等從巴基斯坦土壤中分離出一株微生物,能礦化2,4-D,還發現添加硝酸鹽、鉀離子和磷酸鹽能增加降解率[5]。植物修復是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明,通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用,可以凈化土壤或水體中的污染物,達到凈化環境的目的。中國科學院水生生物研究所在湖北黃石完成的污水凈化和污水資源化雙重功能的新型穩定塘設計實驗證明,水生植物能夠去除N、P,能達到一定的凈化效果[6]。
3 現代生物技術的特點
現代生物技術是指以DNA技術為先導,包括微生物工程、基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和生物修復技術在內的一系列生物高新技術的統稱[7]。自20世紀80年代以來,生物技術作為一種高新技術,已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視,發展十分迅猛。現代生物技術具有以下幾個特點:
(1)利用微生物,少部分利用植物作為環境污染控制的生物。(2)應用環境生物技術處理污染物時,最終產物大都是無毒無害的穩定的物質。(3)利用生物方法處理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次轉移。(4)生物處理具有更高的效率,更低的成本和更好的專一性。(5)生物技術的產品或副產品基本上都是可以較快生物降解的,并且都可以作為一種營養源加以利用。
4 現代生物技術在生物修復中的應用
生物修復技術的最大特點是可以對大面積的環境污染進行治理。生物修復技術的發展最早可追溯到20世紀50年代,Martin Alexander與他的學生開展了農藥在土壤中可降解性的研究,為生物技術在環境保護中的應用打下了基礎[8]。至70年代,隨著環境技術和微生物學的快速發展,生物修復技術也有了長足的發展。運用現代生物技術構建高效菌,加強微生物對農藥等污染物的降解能力,提高降解速率。生物強化技術可有效提高有毒有害污染物的去除效果,將生物強化技術融入到傳統的生物修復中,并結合現代分子生物技術提供的新方法、新手段進行監測和評價,已成為生物修復發展的一種趨勢。通過對微生物的研究得知,微生物修復的最佳溫度在30℃,李榮等從受阿維菌素農藥污染的土壤中分離出一株能高效降解阿維菌素的菌株AW70,這菌株在30℃-37℃的范圍內降解率最好,能達到80%以上,而低溫和高溫對降解有一定的抑制作用[9]。生物修復在農藥污染的應用外,還在石油污染、水體污染修復中應用廣泛。20世紀80年代以來生物修復技術開始應用于石油污染治理。污水的生物凈化是利用微生物自身的生命活動對污水中的有毒物質進行遷移和轉化,從而達到凈化目的的處理方法。
5 現代生物技術的問題與展望
近30年來現代生物技術的多數內容已經滲透到環境工程領域中。有應用前景的領域包括廢物的高效生物處理技術、污染事故的現場補救、污染場地的現場修復技術等許多方面。現代生物技術深入到我們生活領域中,給我們帶了重大作用。但生物技術也帶了許多問題。通過生物技術產生的新菌種從實驗室走到田間,可能會破壞生態平衡,帶來生態災難。還有軍事政治家利用生物基因制造生物武器,利用基因重組技術,復制大量致病微生物的遺傳基因,并放入到武器中。給人類帶來新的憂患。現代生物技術帶來的問題不容忽視,要提高研究人員的意識,加強國際合作和強化社會責任機制。通過對現代生物技術的倫理構建,使其能夠更好的推動人類社會的發展。
縱觀現代生物技術及其產業的發展,其前景是美好的,大力發展現代生物技術及其產業已成為世界各國經濟發展的戰略重點。專家預測現代生物技術創新的將伴隨人類基因組計劃的完成而到來,以基因組為基礎的生物技術產業將成為21世紀的朝陽產業,它的巨大經濟效益吸引著投資商和企業匯集于這一領域,現代生物技術將進入廣泛的大規模產業化階段,像當年工業革命一樣,使人類的生活發生根本性的變化。
【參考文獻】
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中圖分類號 G642;G420 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)01-0326-02
21世紀是生命科學的世紀。生物技術是人類科學技術發展歷史中最悠久、對人類社會具有重大貢獻的學科之一。隨著分子生物學前沿學科的不斷進步,生物技術也得到了突飛猛進的發展。動物生物技術是一門現代生物科學理論和技術相結合的綜合性學科,主要涉及動物基因工程、動物細胞工程、動物胚胎工程等幾大領域,在諸多行業都得到了廣泛的應用,如農業、食品業、醫學行業等[1]。生物技術這門學科在各大高校中都占有很重要的地位,可見該門學科的重要性,因此學好生物技術這門學科對今后的就業至關重要。筆者在介紹生物技術的概念的基礎上,總結了動物生物技術課程的建設與改革措施,以期為學生的就業打下堅實的基礎[1]。
1 生物技術的概念
生物技術是指在現代生命科學的基礎上,利用各種先進的技術手段和其他類科學的原理和技術來對生物體或生物原料等進行加工或改造等,目的是生產出人類所需的產品。先進的工程技術包括基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程等新技術。對生物體的改造是指按照人類的需要,改造或加工生物包括植物、動物、微生物等,使其能夠生產出對人類有利的產品[1-2]。
2 教學現狀與分析
內蒙古農業大學生命科學學院生物技術專業自1996年開始招生,2006年成為品牌專業,經過了16年的專業建設,首先于2003級生物技術專業學生中開設36學時的動物胚胎工程課程(專業選修課),隨著現代生物技術的迅猛發展,36學時的理論講授明顯不足,于2005級學生中更改教學大綱,內容上增加了動物組織、細胞的培養技術、基因工程技術等,理論教學增加到54學時,并增加18學時實驗教學,課程性質首次轉為專業必修課,并創新性地更名為動物生物技術,當時整個生物領域還未出現命名為動物生物技術的課程,直到2009年5月1日,科學出版社出版了普通高等教育十一五規劃教材《動物生物技術》,至此這一新課程有了正式出版的教材可參考。筆者調查了部分農林院校生物技術專業開設的主干課程,主要有11門(動物學,植物學,微生物學,生物化學,遺傳學,細胞生物學,分子生物學,基因工程,細胞工程,發酵工程和酶工程),在調查的農林院校中(安徽農業大學,西北農林科技大學,山東農業大學,湖南農業大學,吉林農業大學,東北林業大學,青島農業大學,江西農業大學,福建農業大學,華中農業大學,華南農業大學,云南農業大學),都開設《細胞工程》課程,目前只有內蒙古農業大學生命科學學院生物技術專業開設與《細胞工程》相近課程《動物生物技術》和《植物生物技術》課程。
3 動物生物技術課程建設與改革
3.1 教學思想與目標改革
落實科學發展觀,逐步樹立“以學生為中心”、“一切為了學生”的意識。教師要改變傳統的教學觀念[3],正確處理傳授知識與提高學生學習能力之間的關系,使學生在學習一些課程基礎知識的情況下,掌握一種主動學習課程相關知識的能力,成為富有知識和具有學習知識能力的復合型人才。
3.2 師資隊伍建設
組建教學團隊,將教學內容分為不同的教學模塊,打破傳統的一人一課的教學模式,每一模塊由具有相應專業背景的教師承擔,業務上要精益求精,力爭緊跟各教學內容的學科前沿。定期開展教學研討,督導組專家聽課、評課,同時不定期開展自評和互評及學生評教,以促進整體教學水平的提高。
3.3 教材建設與改革
根據調研,筆者選用了科學出版社出版的普通高等教育十一五規劃教材――蔣思文教授主編的《動物生物技術》作為教材,該書比較全面系統地介紹了動物生物技術的概況、基本原理、技術方法和最新發展。同時,由于課時的限制,在教學過程中,不可能做到面面俱到,且課程知識更新速度較快,一些最新熱點在教材中沒有體現的,自行編寫部分講義,以文本形式拷貝給學生,并推薦其閱讀中外文的優秀參考書。
3.4 課程內容改革
動物生物技術屬于多學科交叉課程,也是各國科研工作者研究的熱點領域,大量的研究成果層出不窮,也在不斷地更新和充實著這一新興學科的知識。無論是教師的教,還是學生的學都具有一定的難度,這就要求在授課內容的選擇上,既要注意授課內容的完整性,又要保證實用性和先進性,同時做好與其他課程交叉內容的增、減和銜接。在課程內容上,首先介紹緒論,動物胚胎工程技術概述,體外受精,胚胎移植,性別控制,胚胎分割,嵌合體;其次,介紹分子生物學及基因工程基礎;最后重點介紹細胞核移植技術、干細胞技術、轉基因技術、動物生物反應器、動物細胞培養技術,動物細胞融合技術,雜交瘤技術和單克隆抗體技術。通過精心的安排,使學生能在有限的時間內,全面系統地了解動物生物技術課程體系的基本內容。
3.5 教學方法改革
3.5.1 利用重大科研成果,激發學生學習的興趣,提高其學習的主動性。如美國科學家馬里奧?卡佩基、奧利弗?史密斯和英國科學家馬丁?埃文斯,利用“基因靶向”技術讓小鼠體內的特定基因失去活性,培養出研究價值極高的“基因敲除”小鼠,為人類遺傳病研究提供了藥物試驗的動物模型。有了這些動物模型后,人類就能更有效地找到治療各種遺傳病的新療法,徹底攻克遺傳病就為時不遠了,這一成果使得他們一起獲得2007年諾貝爾生理學或醫學獎。羅伯特?杰弗里?愛德華茲爵士,英國生理學家,生殖醫學的先驅者,因創建了“體外受精技術”,被授予2010年諾貝爾生理學或醫學獎。一門課程的講授,不但要使學生掌握和了解課程相關的一些基礎知識,更重要的是要教會學生如何通過有效途徑盡可能的獲取更多的、更豐富的相關知識,特別是對于像動物生物技術這樣一門新興的學科領域,許多知識都處于動態更新和完善的過程中[1]。
3.5.2 跟蹤學科科研動態,開拓學生視野,培養創新思維。本科生的課堂教學過程不僅僅是傳授書本知識,更重要的是啟發學生的開拓性思維能力和創新意識,培養和提高其發現問題、分析問題和解決問題的能力[3-5]。因此,在應用范圍廣、知識更新快的動物生物技術教學過程中,介紹學科研究的新動態和新進展,有意識地拓寬學生視野,打開學生思路,培養學生創新性思維是十分必要的。例如誘導多能干細胞(Induced pluripotent stem cell,IPS cell),由日本的2位科學家于2006年發表于世界頂級雜志《Cell》上。通俗地講,就是通過某種方法,把高度分化的成體細胞去分化,使之成為多能干細胞,重新獲得分化成多種細胞的能力。IPS技術是干細胞研究領域的一項重大突破,它回避了歷來已久的倫理爭議,解決了干細胞移植醫學上的免疫排斥問題,使干細胞向臨床應用又邁進了一大步,該成果的研究者獲得了2012年的諾貝爾生理學或醫學獎。隨著IPS技術的不斷發展以及技術水平的不斷更新,它在生命科學基礎研究和醫學領域的優勢也已日趨明顯[6]。
3.5.3 創新教學形式,提高教學效果。在課堂教學過程中,要認真傾聽學生意見,像朋友一樣對待學生,拉進教師與學生的距離,讓學生感受課堂文化,使其融入其中,積極思考,成為課堂的主體。同時可適當增加專題討論會,通過學生準備ppt演講等形式,一改以往整節課教師講、學生記,缺乏溝通的模式,使學生處于主動學習的狀態[7]。
3.5.4 優化多媒體教學,引入現代信息技術。利用有限的課時,著重講授課程的重點、難點、關鍵點、知識點間的聯系,引導學生自覺地去思考,對于容易掌握的部分課程內容可安排學生自學。利用計算機和Internet等手段,從國外引進和下載原版圖書和動感圖像,進行多媒體教學,可以有效提高教學組織效率,充實教學內容。不僅可以多層次、多角度地向學生提供豐富多彩的教學信息,還可以提供更加生動形象的人機交互界面,充分調動學生學習的積極性[8]。例如,細胞融合,精卵受精,細胞核移植等內容。在多媒體教學中,堅持適度運用原則和有機結合原則,留出足夠的時間給學生理解、思考,且結合使用板書、實物等各種教學媒體,取長補短,將教學內容化繁為簡,增強教學的生動性和創造性,使學生喜歡學習[2]。
3.6 考核方法改革
首先,改變以往的考核方法,將重視課本上的知識轉變成重視實踐、將重視成績轉變成重視課堂教學,今后不以單一的考試成績為總成績,而要加上一定比例的實踐考核成績,讓教師、學生都能重視實踐;其次,增減考核方式的多樣性,以平時成績、實驗成績、期中成績和期末考試等作為綜合考查學生學習成績的考核體系,即20%平時成績、20%實驗成績、20%期中成績和40%期末成績[9]。
4 結語
隨著科學技術的快速發展,動物生物技術方面的研究也會更加深入,因此各個高校要建設好動物生物技術專業已迫在眉睫。課程組立足于內蒙古農業大學生命科學學院自身特色,通過分析生物工程、生物技術、制藥工程3個專業之間的內在聯系,準確把握動物生物技術課程的教學地位,注重該門課程特點,圍繞課程內容,加強教學建設,創新教學形式及考核體系,逐步完善優化動物生物技術多媒體教學,提高教學質量,達到人才培養的目的和要求[10]。
5 參考文獻
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主管單位:中華人民共和國衛生部
主辦單位:中國醫藥生物技術協會
出版周期:雙月刊
出版地址:北京市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1673-713X
國內刊號:11-5512/R
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發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:2006
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1、現代生物技術中蛋白質與健康
(1)蛋白質的定義及概述。蛋白質是一種復雜的有機化合物,舊稱“朊”。組成蛋白質的基本單位是氨基酸,氨基酸通過脫水縮合形成肽鏈。蛋白質是由一條或多條多肽鏈組成的生物大分子,每一條多肽鏈二十~數百個氨基酸殘基不等;各種氨基酸殘基按一定的順序排列,蛋白質的氨基酸序列是由對應基因所編碼。除了遺傳密碼所編碼的20種“標準”氨基酸,在蛋白質中,某些氨基酸殘基還可以被翻譯后修飾而發生化學結構的變化,從而對蛋白質進行激活或調控。多個蛋白質可以通過結合在一起形成穩定的蛋白質復合物,折疊或螺旋構成一定的空間結構,從而發揮某一特定功能。產生蛋白質的細胞器是核糖體。
(2)蛋白質的生理功能。1、構成蛋白質的身體。2、修補人體組織。3、維持肌體正常的新陳代謝和各種物質在體內的輸送。4、白蛋白:維持機體內的滲透壓的平衡及體液平衡。
5、維持體液的酸堿平衡。6、免疫細胞和免疫蛋白:有白蛋白、淋巴細胞、巨噬細胞、抗體(免疫球蛋白)、補體、干擾素等。7、構成人體必需的各種酶。8、激素的主要原料。9、構成神經遞質乙酰膽堿、五羥色氨等。10、膠原蛋白:占身體蛋白質的,生成結締組織,構成身體骨骼。11、提供生命活動的能量。
(3)現代生物技術在蛋白質重點應用。保持健康所需要的蛋白質含量因人而異。普通健康男性或女性每公斤體重大約需要0.8克蛋白質。嬰幼兒、青少年、懷孕期間的婦女、傷員和運動員通常每日可能需要攝入更多蛋白質。
蛋白質缺乏:成年人:肌肉消瘦、肌體免疫力下降、貧血,嚴重者將產生水腫。未成年:成長發育停滯、貧血、智力發育差,視力差。
蛋白質過量:蛋白質在體內不能貯存,多了肌體無法吸收,過量攝入蛋白質,將會因代謝障礙產生蛋白質中毒甚至死亡。
2、現代生物技術中糖類與健康
(1)糖的定義及概述。糖是一類化學本質為多羥酮及其衍生物的有機化合物。在人體內糖的主要形成是葡萄糖及糖原。葡萄糖是糖在血液中的運輸形式,在肌體糖代謝中占據主要地位;糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等,是糖在體內的儲存形式。葡萄糖和糖原都能在體內氧化提供能量。
(2)糖的生理功能。糖分是我們身體必不缺少的營養成分之一。人們攝入谷物、蔬菜等,經過消化系統轉化為單糖(如葡萄糖等)進入血液,運送到全體細胞,作為能量的來源。人類的大腦和神經細胞必需要糖來維持生存,必要時人體將分泌激素,把人體的某些部分(如肌肉、皮膚甚至臟器)摧毀,將其中的蛋白質轉化為糖,以維持生存。
3、現代生物技術脂質與健康
(1)脂質的定義及概述。脂質(lipids)是脂肪及類脂的總體,是一類不溶于水而易溶于有機溶液,并能為機體利用的有機化合物。脂肪是三脂肪酸甘油或稱甘油三酯。脂肪的生理功能是儲存能量及氧化供能。類脂包括固醇及其脂、磷脂及糖脂等,是細胞的膜結構重要部分。
(2)脂質的生理功能及影響。脂肪是人體重要的儲能物質,當人們攝食過足時,人體會將多余的能力主要以脂肪形成儲存下來。過去的日子中,在舊的封建思想的影響下,人們總以“肥頭大耳”為富貴的象征,甚至到當今社會。但肥胖并不是富,更是一種負擔。肥胖會帶來許多疾病,威脅健康,甚至造成死亡。當人們身體肥胖,自然他們的血液中脂質的含量升高,隨著血液的全身巡回,使他們和心力衰竭的正常體重者多1倍;冠心病多2-5倍;高血壓多2-6倍;糖尿病多4倍;膽石病多4-6倍。
所以在平常生活中,合理的飲食顯得異常重要。有人喜歡大魚大肉,時常酒足飯飽之后修身養性,靜如止水,像這種生活習慣,終有一天會猝死在飯桌之上。
(3)現代生物技術在脂質中應用。面對這些現象,生物學家采用現代溶脂技術除去多余脂肪。通過一種溶解藥物,舒緩血管,溶解多余膽固醇。
4、現代生物技術中維生素與健康
(1)、維生素的定義和概述。維生素是近百年才被陸續發現的一組營養素,是維持人體正常功能的一類有機化合物。其共同特點:它們都不供應熱量,也不是有機體的構造成分,但卻是維持身體的正常生長和發育,繁殖等所必需的有機化合物,起著調節身體各種功能的作用,身體對它們的需要量很少,但供應不足時會出現各種代謝障礙和癥狀,稱為維生素缺乏病。
(2)現代生物技術在維生素中的應用。針對現在人體內維生素缺乏現象,有關藥劑師及營養師在食品及保健品中添加適量維生素。同時生物學家也在這方面進行了許多研究,通過生物制藥技術,將大量維生素合成在一個小藥片內,制造出補充維生素的藥片,這在一定程度上補充了現在愛吃肉類而不愛吃蔬菜的都市人群體內的維生素,使人體內維生素含量保持在一個平穩水平上,使人們身體更加健康。
總結:
“身體是革命的本錢”健康的身體是我們一切生活的基礎,但一個人要做到健康,是十分不易的,這與我們日常的飲食習慣和生活習慣都息息相關。更重要的是我們是否愛護自己的身體,是否決心要要做一個身體健康的人。
生物技術給人類的生活帶來了無數變革。而“人類基因組計劃”“克隆技術”都是當今最熱門的生物技術項目。而我們生活中的大多數藥物都是通過生物技術得到的。很難想象如果沒有生物技術我們的生活究竟會怎樣。我想一定非常糟糕,甚至我們的壽命將會變短,越來越多的問題都直接威脅著人們的生命。而如果沒有生物技術對人體內蛋白質、維生素等重要物質的研究與應用,我們將會對自己一無所知,更提不上身體健康這些話,所以現代生物技術保護了我們自身的健康。現代生物技術不容忽視。而對現代生物技術的開發,我們責無旁貸。
參考文獻:
[1] 《生物必修1》人民教育出版社
2關于煙葉及葉組的發酵
煙葉醇化事實上是煙葉的自然發酵過程,在該過程中,煙葉的發酵條件隨著四季環境溫度的變化而變化。對于煙草微生物生物技術而言,則是典型的人工控制環境條件下的發酵過程。在菌種篩選出來以后,需要將其進行大規模培養以獲得微生物菌體,進而接種至煙葉或者葉組,進行發酵過程。同其他發酵產品不同,由于煙草制品的特殊性,在施用微生物時,需要將培養微生物所用的培養基與微生物徹底分離,不能將培養基成分帶入煙葉/葉組中,在實踐中,我們采用無菌去離子水洗滌培養后微生物菌體以去除培養基成分。在將微生物接種至煙葉或者葉組后,與傳統加香加料不同,微生物是“主導者”,由這些“活”的微生物在發酵過程中改善煙葉/葉組的吸食品質并形成產品風格,因而需要根據微生物生長和代謝的特點建立煙葉或者葉組的發酵工藝過程。實際上,在發酵過程中需要根據接種微生物的特性,提供適宜其生長和代謝的溫度和濕度,使微生物能夠在煙葉/葉組中生長和代謝,改善煙葉/葉組的吸食品質。我們通過摸索認為高濕固態發酵方法是適合進行煙葉/葉組發酵的模式,但需要根據施加微生物的種類以及煙葉/葉組的特點等有針對性地調整發酵工藝參數。雖然單一菌株可以較為明顯地改善煙葉吸食品質,但是對于卷煙葉組而言,僅用單一菌株則很難使其吸食品質達到成品卷煙的標準,因此需要采用微生物復配的方法,利用不同微生物的代謝特性,賦予卷煙產品特有風格。在葉組發酵過程中發酵參數(溫度、濕度等)的設計則需兼顧考慮復配微生物中每個菌種的最適生長條件,根據吸食品質的變化而采用不同的發酵策略。
3關于烘絲
烘絲過程中的干燥脫水使葉組發生明顯的物理和化學變化,同時影響卷煙葉組的吸食品質。在完成卷煙葉組的固態發酵后,葉組進入烘絲工藝過程,主要根據卷煙葉組吸食品質的變化來確定具體烘絲工藝參數。在實踐中,我們認為為最大程度保留卷煙葉組的煙草本香,宜采用低溫烘絲或者高溫短時/瞬時烘絲的方法。
改革后的生物技術綜合實驗的實驗項目,將涉及生物技術五大工程的實驗內容,并且實驗內容聯系實際生活和生產,具有較強的實用性,從而很大程度調動學生的積極性,并鞏固和加深了學生對生物技術五大工程基礎理論和基礎技術的理解認識。
1.2減少驗證型實驗
實驗項目中的每一個實驗都具有一定的綜合性或設計性。將合并原有的實驗單元的驗證型實驗并進行優化,精簡實驗內容,節省實驗學時,提高實驗效率。如把原有的IPTG誘導菌體蛋白質表達實驗,蛋白質分離純化實驗,蛋白質鑒定實驗三個實驗,合并為一個綜合型實驗“外源蛋白質在大腸桿菌誘導表達及分離鑒定實驗”。
1.3增加設計型、綜合型實驗
教師將4個設計型實驗題目公開,學生可自由選擇,這樣有利于因材施教,有利于激發學生學習興趣,并對所學知識的深入理解,更有利于學生的個性發展。對于一些設計型、綜合型實驗可有多種實驗方案實現,學生可以自行設計實驗方案,開動腦筋,得到最優化的實驗方案。培養學生的創新能力、獨立分析問題和解決問題的能力。
2實驗教學方法改革
2.1教學手段的改革
原有的教學手段是以講授法為主,老師會講解實驗目的,實驗原理,實驗儀器使用、實驗步驟及實驗結果。學生只要按著老師給的實驗步驟和用已配制好的試劑,完成實驗即可,不需要預習,不用思考問題,實驗效果甚微。改革后的生物技術綜合實驗,要求學生自主進行實驗,以學生為主體。實驗老師會講解實驗項目的實驗目的,實驗方案。學生除了實驗課上所采用的實驗方案外,還要自己查閱資料研究每一步實驗的原理作用優化實驗方案,并研究自己實驗遇到的問題,設計提出更好的實驗方案。每組學生將改動后的新的實驗方案,經指導老師審核后,實驗方案可行方可實驗。實驗過程中所用的試劑由學生自己配制,實驗用的菌株或酶等材料也由學生自己制備,故此學生會對實驗整體的過程非常熟悉。將新的實驗方案寫在實驗報告上,并討論各種方法的利弊,提高了自己的實驗報告水平。這種改革方式,可針對不同層次的學生,達到因材施教的教學效果。
2.2實驗時間場地
本實驗根據實驗方案要求學生有充足的、可自行支配的實驗時間,因此將實驗課程設置在大四上學期開學階段。每一個實驗開始后,根據實驗內容和要求,每組學生可提前預約實驗室場地和儀器,這樣,學生既可在實驗課內完成實驗任務,也可在實驗課外利用實驗室開放時間完成實驗任務,采用半開放式教學方法。
3實驗教學考核制度的改革
平時注重采用以操作技能的考核方式對學生進行評測,最后以學生自行設計實驗課的教學方法進行試探性改革。實驗考核不把學生的最后實驗結果作為實驗成功與否的唯一標準,而是更注意學生實驗思路,實驗過程,實驗結果分析。實驗總成績由平時成績、實驗報告成績、考核成績三部分組成。平時成績占50%,包括綜合考勤、實驗室衛生維護、實驗操作熟練程度、實驗過程中提出實驗方案、儀器使用情況、與其他同學合作情況等方面。實驗報告成績占20%,包括實驗題目、實驗原理、實驗步驟、實驗結果、結果分析和總結。考核成績占30%,包括理論和操作。