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生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文范文（通用6篇）
生物科學(xué)專業(yè)研究對(duì)象有生物科學(xué)家根據(jù)生物的發(fā)展歷史、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、營(yíng)養(yǎng)方式以及它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的作用等，將生物分為若干界。下面是小編整理的生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文范文，歡迎閱讀。
生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇1
摘要：
為探討梔子(Gardenia jasminoides)果實(shí)中藏花素的合成機(jī)理，克隆了梔子類胡蘿卜素生物合成的關(guān)鍵酶八氫番茄紅素合成酶(GjPSY)基因的全長(zhǎng) cDNA。結(jié)果表明，推導(dǎo)的 GjPSY 氨基酸序列與雙子葉植物來(lái)源的 GjPSY 親緣關(guān)系較近。采用HPLC 檢測(cè)梔子果實(shí)中的藏花素-1 含量為(3.96 ± 1.48) mg g–1，在葉片中未檢出。通過(guò) RT-PCR 分析表明，GjPSY在梔子葉片和果實(shí)中均有表達(dá)，且表達(dá)水平一致。因此推測(cè)，GjPSY的轉(zhuǎn)錄水平與果實(shí)中藏花素-1 的合成無(wú)關(guān)。
關(guān)鍵詞：梔子;阿樸類胡蘿卜素;藏花素;八氫番茄紅素合成酶;基因表達(dá)
1、 材料和方法
1.1材料和試劑梔子(Gardenia jasminoides)植株培養(yǎng)于廣東藥學(xué)院。采集梔子成熟葉片和花后 16 周的梔子果實(shí)，果肉為橙色。所有材料貯存于 –80℃。CreatorTMSMARTTMcDNA 文庫(kù)構(gòu)建試劑盒購(gòu)自 Clontech公 司。Primescript one step RT-PCR 試 劑 盒 購(gòu) 自TaKaRa 大連公司。藏花素-1 (Crocin-1)的對(duì)照品購(gòu)于 Sigma-Aldrich 公司。乙腈、甲醇為色譜純，其它生化試劑等為分析純。
1.2藏花素-1含量的測(cè)定以改良的 HPLC測(cè)定梔子葉片和果實(shí)中藏花素-1 (Crocin-1)的含量。葉片和果實(shí)在液氮中研磨后以 50% (V/V)的甲醇-水溶液提取，在超聲處理 30 min 后以 10000 ×g離心 10 min，取上清液在 –20℃下貯存。HPLC 分析時(shí)，上清液以 0.45 μm濾 膜 過(guò) 濾，以 DiamonsilTMC18 (2) 柱(250 mm ×4.6 mm, 5 μm)(Dikma 公司，中國(guó))分析，梯度洗脫。
儀器為 Waters 2995 HPLC 儀(Waters 公司 , 美國(guó))，配備 2996 光電二極管陣列檢測(cè)器檢測(cè)。數(shù)據(jù)分析圖 1 Crocin 的生物合成途徑。IPP：異戊烯焦磷酸 ; DMAPP：二甲基丙烯焦磷酸;GPP：香葉基焦磷酸;GGPP：香葉基香葉基焦磷酸。Fig. 1 Biosynthesis pathway of crocin. IPP: Isopentenyl diphosphate; DMAPP: Dimethylallyl diphosphate; GPP: Geranyl diphosphate; GGPP:
Geranylgeranyl pyrophosphate.第5期 441以 Empower 2 軟件完成。洗脫條件為：10% ~ 20%乙腈溶液(乙腈 / 水，V/V)，0 ~ 20 min;20% ~ 50%乙腈溶液，20 ~ 25 min，流速為 1 mL min–1，檢測(cè)波長(zhǎng) 440 nm。目標(biāo)峰通過(guò)與藏花素-1 對(duì)照品的保留時(shí)間和吸收光譜的比較而確定。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定藏花素-1 的含量，共進(jìn)行 3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
1.3 GjPSY基因的克隆以 CTAB (Hexadecyl trimethyl ammoniumbromide)法提取梔子果實(shí)中的總 RNA。按照CreatorTMSMARTTMcDNA 文庫(kù)構(gòu)建試劑盒的說(shuō)明書(shū)從總 RNA 構(gòu)建梔子果實(shí)的 cDNA 文庫(kù)。將獲得的 SMART 雙鏈 cDNA 克隆接入 pDNR-LIB 載體并轉(zhuǎn)化大腸桿菌(Escherichia coli) DH-5α。
根據(jù)植物八氫番茄紅素合成酶基因PSY的保守區(qū)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物，F(xiàn)1：5′-ATHTGGGCNATHTAY-GTNTGG-3′ 和 F2：5′-RAARTTRTTRTARTCRTTN-GCYTC-3′，從 cDNA 文庫(kù)的細(xì)菌裂解液中擴(kuò)增PSY基因。獲得了GjPSY基因的中間片段，將該片段回收并測(cè)序，命名為GjPSY-M。根據(jù)GjPSY-M片段序列分別設(shè)計(jì) 5′ 端特異引物 GSP1：5′-GCGATA-CAACAATAGCGATGCCCATACAG-3′ 和 3′ 端 特異引物 GSP2：5′-GTGCAGGAGAACGGATGAGC-TGGTT-3′，配合文庫(kù)構(gòu)建試劑盒提供的 5′ 端和 3′端的質(zhì)粒檢測(cè)通用引物，采用 RACE 方法從 cDNA文庫(kù)中獲得GjPSY基因的 5′ 端和 3′ 端序列。獲得的片段分別命名為5′GjPSY和3′GjPSY，將片段回收和測(cè)序并進(jìn)行序列分析，與GjPSY-M拼接出GjPSY的全長(zhǎng) cDNA。根據(jù)全長(zhǎng)GjPSY序列，經(jīng)過(guò) BLAST比對(duì)和開(kāi)放閱讀框(ORF)序列分析，分別設(shè)計(jì)引物 F1：5′-CGCCATTAATATGTCTGTCGCTTTGC-TATGGGTTG-3′和 F2：5′-ATGCTCGAGGGCCTT-TGCTAGTGGAGATGATGTTCT-3′，從 cDNA 文庫(kù)的細(xì)菌裂解液中擴(kuò)增得到GjPSY的 ORF 序列。
1.4 GjPSY基因的表達(dá)分析從梔子果實(shí)和葉片中分別提取總 RNA，采用Primescript one step RT-PCR 試劑盒進(jìn)行 RT-PCR分析，反應(yīng)所用GjPSY特異引物分別為F1：5′-GAC-ATACTTGCTGGAAAGGTCAC-3′ 和 F2：5′-GCTA-GTGGAGATGATGTTCTTGG-3′。以組成性表達(dá)的RPS25-1基因(40S 核糖體小亞基蛋白 25-1 基因，GenBank 登錄號(hào)：GU797554)為內(nèi)參，RPS25-1基因的特異引物分別為 F1：5′-CAGAAGAAGAAGA-AGTGGAGCAA-3′ 和 F2：5′-TGGTAGCTCTGGT-GTATATCTGC-3′。RT-PCR 反應(yīng)程序?yàn)椋?5℃ 2 min，接著94℃ 30 s，55℃ 30 s，72℃ 1 min，共30次循環(huán)，最后 72℃延伸 7 min。擴(kuò)增產(chǎn)物用 1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。
2、 結(jié)果
2.1梔子葉片和果實(shí)中藏花素-1的含量使用甲醇-水溶液提取梔子葉片和果實(shí)中的藏花素-1，提取液用于 HPLC 分析。通過(guò)與 crocin-1對(duì)照品的保留時(shí)間和吸收光譜進(jìn)行比較，在果實(shí)樣品中觀察到 crocin-1 峰，在葉片樣品中未觀察到crocin-1 峰(圖 2)。同時(shí)，檢測(cè)到果實(shí)中 crocin-1 的含量為(3.96 ± 1.48) mg g–1。
2.2 GjPSY基因的克隆為了克隆GjPSY基因，構(gòu)建了梔子果實(shí)的cDNA 文庫(kù)，以簡(jiǎn)并引物從 cDNA 文庫(kù)中擴(kuò)增得到GjPSY基因 cDNA 的中間片段GjPSY-M，長(zhǎng)度為688 bp。接著通過(guò) 5′ RACE 獲得了長(zhǎng)度為 1596 bp的5′GjPSY片段;通過(guò) 3′RACE 獲得了長(zhǎng)度為 956bp的3′GjPSY片段。將5′GjPSY、GjPSY-M和3′GjPSY共 3 個(gè)片段序列進(jìn)行拼接，得到全長(zhǎng) cDNA，長(zhǎng)度為 1876 bp。根據(jù)全長(zhǎng)序列從 cDNA 文庫(kù)中擴(kuò)增得到 ORF 序列(圖 3);經(jīng)序列分析，此全長(zhǎng) cDNA 含有 1314 bp 的 ORF，5′ 端非翻譯區(qū)為 393 bp，3′端非翻譯區(qū)為 169 bp，命名為GjPSY (GenBank登陸號(hào)：HQ599860)。預(yù)測(cè)GjPSY基因編碼的蛋白質(zhì)含有 437 個(gè)氨基酸，分子量為 49.3 kDa，等電點(diǎn)為8.82。
2.3 GjPSY的序列分析GjPSY 的氨基酸序列經(jīng) BLAST 分析，結(jié)果表明，GjPSY 與多種植物的八氫番茄紅素合成酶的序列相似，它們均含有兩個(gè)保守的富含天冬氨酸的模體 DXXXD。這個(gè)模體被認(rèn)為可通過(guò) Mg2+結(jié)合于底物的焦磷酸基團(tuán)，在八氫番茄紅素合成酶催化兩個(gè) GGPP 分子縮合的反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
采用 ClustalW2 軟件對(duì)相似度較高(相似度為 55% ~ 93%)的18 條來(lái)自多種植物的八氫番茄紅素合成酶序列進(jìn)高藍(lán)等：梔子八氫番茄紅素合成酶基因的分離及表達(dá)分析442 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)第21卷行同源進(jìn)化比對(duì)，采用 Mega 4.1 軟件構(gòu)建氨基酸序列的 NJ (Neighbor-joining)系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，用重復(fù)1000 次的自展支持率(Bootstrap)檢驗(yàn)各分支的置信值。結(jié)果表明，GjPSY 與中�？Х鹊� PSY最為相似，與番茄和擬南芥 PSY 的相似度均大于來(lái)自禾本科的玉米及水稻的。而在與玉米和水稻的各 3 種 PSY 的.比對(duì)中可知，GjPSY 與 PSY1 最為相似，而與 PSY3 關(guān)系最遠(yuǎn)。
2.4 GjPSY的表達(dá)分析分別提取梔子葉片及果實(shí)中的總 RNA，采用RT-PCR 法分析GjPSY的表達(dá)水平。以組成性表達(dá)的RPS25-1為內(nèi)參。結(jié)果表明，GjPSY的轉(zhuǎn)錄水平在葉和果實(shí)中表現(xiàn)一致。
討論類胡蘿卜素是異戊烯類色素，在植物的光合作用和光保護(hù)作用中發(fā)揮作用，是人體中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是維生素 A 的前體。由類胡蘿卜素衍生的阿樸類胡蘿卜素，如藏花酸和藏花素既可作為色素使用，也具有藥用作用。有研究表明，藏花素和藏花酸具有防止動(dòng)脈粥樣硬化、抗炎、抗細(xì)胞增殖、預(yù)防視網(wǎng)膜變性、神經(jīng)保護(hù)作用和改善胰島素抵抗等作用。八氫番茄紅素合成酶是類胡蘿卜素生物合成中的第一個(gè)限速酶，PSY基因在單子葉和雙子葉植物中廣泛存在基因復(fù)制現(xiàn)象，這個(gè)基因家族中各個(gè)基因的表達(dá)往往具有組織特異性，或?qū)Νh(huán)境脅迫等因素產(chǎn)生應(yīng)答。目前對(duì)多種植物的PSY基因的分離、表達(dá)及轉(zhuǎn)基因植物的分析研究方興未艾。
番茄中有兩個(gè)PSY基因：PSY1和PSY2，它們均在幼苗、成熟葉片及果實(shí)中表達(dá)。PSY1在幼苗和果實(shí)成熟后期的表達(dá)高于PSY2，而PSY2主要在成熟葉片中表達(dá)，推測(cè)PSY1是由PSY2經(jīng)基因擴(kuò)增產(chǎn)生的平行同源基因。GjPSY 的氨基酸序列與番茄的 PSY2 的氨基酸序列較相似(相似度達(dá) 81%，與 PSY1 的相似度為 75%)，并且在果實(shí)中的表達(dá)水平與葉中相近，提示它不是與果實(shí)成熟相關(guān)的基因。兩個(gè)番茄PSY1突變體，一個(gè)是 W180* 無(wú)義突變，一個(gè)是一個(gè)氨基酸替換突變體 P192L，對(duì)它們果實(shí)中的類胡蘿卜素的含量和比例進(jìn)行了分析。W180* 的果實(shí)為黃色果肉，直到成熟顏色都不發(fā)生變化，代謝分析表明在果實(shí)中沒(méi)有類胡蘿卜素，其 PSY1 蛋白失去活性，證明PSY1是唯一在果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)揮作用的PSY。P192L 果實(shí)也為黃色，直到破色期后的第 3 天才轉(zhuǎn)為紅色，這是由于八氫番茄紅素合成的減少造成番茄紅素和β-胡蘿卜素的積累延遲，其 PSY1 蛋白的活性被抑制。與 GjPSY 的氨基酸序列比對(duì)表明，W180* 發(fā)生突變的氨基酸對(duì)應(yīng)于GjPSY 的 W204，P192L 突變體的氨基酸相當(dāng)于GjPSY 中的 P216，這兩個(gè)氨基酸均在兩個(gè) DXXXD模體之間，且在多種植物的 PSY 中高度保守。
木薯中的兩個(gè)PSY基因在不同組織中的表達(dá)也不相同，葉中PSY1和PSY2均有高水平的表達(dá)，在根和花藥中的表達(dá)水平均較低，但根中PSY2的表達(dá)是PSY1的 10 倍。另外，木薯的PSY1可對(duì)高鹽脅迫響，PSY2中的單堿基突變導(dǎo)致的單氨基酸突變(A191D)可使木薯根中的類胡蘿卜素含量提高 20 倍。A191 氨基酸位于兩個(gè) DXXXD圖 4 來(lái)自不同植物的 18 個(gè) PSY 的親緣關(guān)系圖譜。節(jié)點(diǎn)上的數(shù)字為重復(fù) 1000 次的自展支持率(Bootstrap)。子葉和果實(shí)中GjPSY基因的轉(zhuǎn)錄水平等：梔子八氫番茄紅素合成酶基因的分離及表達(dá)分析444 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)第21卷模體之間的較保守的區(qū)域。本研究中分析的來(lái)自12 種植物的 18 條 PSY 氨基酸序列中 A191 均為丙氨酸。GjPSY 的氨基酸序列與木薯 PSY2 的相似度為 76%，與 PSY1 相似度為 74%，所以更接近PSY2。但從以上與番茄和木薯的序列比對(duì)及表達(dá)分析還難以明確判斷 GjPSY 的功能。
玉米、高梁、小麥和水稻各有 3 個(gè)PSY基因，都編碼有功能的八氫番茄紅素合成酶。小麥中的3 個(gè)PSY基因中，只有PSY1與面粉的黃色素含量有關(guān)，PSY2只獲得了部分序列，PSY3的啟動(dòng)子區(qū)存在可應(yīng)答脫落酸 ABA 的順式作用元件。其PSY1的表達(dá)與籽粒中類胡蘿卜素的積累正相關(guān)，PSY2則與葉中類胡蘿卜素的合成相關(guān)，在葉中表達(dá)最多。PSY3在未受到脅迫的葉中的表達(dá)比PSY1和PSY2低，在根中稍多一點(diǎn)。在外源 ABA且受脅迫的根中，3 種PSY的表達(dá)均有增加，以PSY3的增加最多，即PSY3對(duì) ABA 的反應(yīng)遠(yuǎn)大于PSY1和PSY2。與小麥的比較分析也難以判斷GjPSY的種類和作用。玉米的PSY1主要在葉片和胚乳中表達(dá)，并與胚乳中類胡蘿卜素的積累呈正相關(guān)關(guān)系;其PSY2的表達(dá)則與光誘導(dǎo)的脫黃化過(guò)程正相關(guān);PSY3在根和胚乳中大量表達(dá)，可被干旱、高鹽和外源 ABA 處理所誘導(dǎo)。水稻胚乳中不含類胡蘿卜素，3 種PSY基因在胚乳中都無(wú)表達(dá);而在進(jìn)行光合作用的組織中，3 種基因都有表達(dá)。
水稻的OsPSY1和OsPSY2在根和葉中的表達(dá)均高于OsPSY3，其中OsPSY1和OsPSY2均受光調(diào)控，OsPSY1表達(dá)最多。OsPSY3不被光誘導(dǎo)但在根中的表達(dá)可被高鹽或干旱所誘導(dǎo)。通過(guò)分析水稻、玉米和擬南芥的PSY基因的結(jié)構(gòu)及它們的啟動(dòng)子區(qū)，認(rèn)為OsPSY1是單子葉和雙子葉植物的古老PSY基因的遺存，OsPSY2和OsPSY3均是OsPSY1的平行同源基因。因此，我們推測(cè)GjPSY相當(dāng)于玉米和水稻中的PSY1。
參考文獻(xiàn)
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生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇2
【摘 要】
生物科學(xué)史揭示了科學(xué)家科學(xué)研究的歷程，是人類認(rèn)識(shí)、探索和改造自然的探究史。分析了教師在生物教學(xué)中要充分利用生物科學(xué)史的趣味性、漸進(jìn)性、經(jīng)典性和嚴(yán)謹(jǐn)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、突破重難點(diǎn)知識(shí)，提高探究學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。
【關(guān)鍵詞】生物科學(xué)史 生物教學(xué) 教學(xué)價(jià)值
生物科學(xué)史全方位地展示了生命科學(xué)產(chǎn)生、形成、發(fā)展、演變的歷程，它包含著實(shí)驗(yàn)探索、理論形成的科學(xué)規(guī)律與方法，每個(gè)科研成果的背后也蘊(yùn)涵著科學(xué)家偉大的科學(xué)精神與人格魅力�！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)》中提出：“學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，學(xué)習(xí)科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的�！痹谏锝虒W(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該重視生物科學(xué)史的教學(xué)，以趣味的科學(xué)故事激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以經(jīng)典的科學(xué)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解生物學(xué)知識(shí)和提高探究能力，以科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度陶冶學(xué)生的科學(xué)精神，從而實(shí)現(xiàn)生物教學(xué)的目的。對(duì)此，文章從以下四個(gè)方面探討生物科學(xué)史在生物教學(xué)中的教學(xué)價(jià)值。
一、利用生物科學(xué)史的趣味性提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情
在學(xué)習(xí)生物科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，很多學(xué)生會(huì)覺(jué)得枯燥乏味，甚至深?yuàn)W難懂，因而對(duì)生物學(xué)習(xí)缺乏興趣。事實(shí)上，生物科學(xué)史中不乏逸聞趣事，教師應(yīng)在課堂上結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，列舉一些有趣的事例，吸引學(xué)生的注意力，提高其學(xué)習(xí)興趣。愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的老師”，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生興趣，就會(huì)提高其學(xué)習(xí)的積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率。在生物課堂教學(xué)中，教師利用生物科學(xué)史導(dǎo)入新課，除了能夠迅速使學(xué)生集中注意、激發(fā)認(rèn)知需求外，還能促使學(xué)生形成學(xué)習(xí)期待。例如，在講授細(xì)胞結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以向?qū)W生講述英國(guó)物理學(xué)家和天文學(xué)家羅伯特虎克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的故事來(lái)導(dǎo)入;在講解條件反射知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以向?qū)W生介紹俄國(guó)生理學(xué)家伊萬(wàn)巴甫洛夫通過(guò)觀察狗吃食物發(fā)現(xiàn)非條件反射的故事等�？梢�(jiàn)，教師應(yīng)善于收集一些與生物教學(xué)有關(guān)的故事情節(jié)，在課堂上將生物科學(xué)史與生物教學(xué)巧妙融合，增加生物學(xué)知識(shí)的趣味性和故事性，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促使其主動(dòng)學(xué)習(xí)。
二、利用生物科學(xué)史的漸進(jìn)性理解生物學(xué)知識(shí)，突破重難點(diǎn)
生物科學(xué)史是生命科學(xué)研究成果的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，是揭示生命奧秘的過(guò)程。在生物教學(xué)的過(guò)程中，以科學(xué)史作為教學(xué)材料，能夠順理成章地展現(xiàn)生物科學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程，有助于學(xué)生全面理解生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，構(gòu)建完整的知識(shí)體系，這也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。另外，層層遞進(jìn)的科學(xué)史知識(shí)，能夠幫助學(xué)生深入地理解生物課堂上的重難點(diǎn)內(nèi)容。
通過(guò)科學(xué)史可以全面了解生物科學(xué)的具體研究方法和思維方法，從而積累更多的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，拓展學(xué)生的思維空間，提升學(xué)生突破重難點(diǎn)知識(shí)的綜合能力。例如，在講授高中生物《光合作用》的內(nèi)容時(shí)，教師可將光合作用的'發(fā)現(xiàn)史貫穿在課堂教學(xué)中，如講授光合作用的產(chǎn)物時(shí)，可結(jié)合1864年德國(guó)科學(xué)家薩克斯的綠葉遮光實(shí)驗(yàn)來(lái)講解;講授光合作用的場(chǎng)所時(shí)，可通過(guò)1880年德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼用水綿實(shí)驗(yàn)來(lái)講解;講授光反應(yīng)中氧氣的來(lái)源時(shí)，可以結(jié)合1939年美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門的氧同位素標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)來(lái)講解�？梢�(jiàn)，不同的實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了不同的研究方法和思維方法，可加深學(xué)生對(duì)單一變量、對(duì)照等實(shí)驗(yàn)原則的理解，以及對(duì)同位素標(biāo)記法等科學(xué)研究方法的掌握，從而使生物教學(xué)的重難點(diǎn)知識(shí)得以突破，提高學(xué)生解決問(wèn)題的綜合能力。
三、利用生物科學(xué)史的經(jīng)典性體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生的探究能力
生物科學(xué)史中的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，蘊(yùn)涵著獨(dú)特的生物學(xué)思維和科學(xué)研究方法。利用科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)能力的一個(gè)有效措施。在生物科學(xué)史課堂中，教師要靈活運(yùn)用科學(xué)史，引用科學(xué)史資料來(lái)導(dǎo)入新課，創(chuàng)設(shè)探究情景、營(yíng)造探究氛圍，以發(fā)散學(xué)生思維，提高其科學(xué)探究能力。生物科學(xué)發(fā)展的歷史就是一部科學(xué)探究的歷史，在教學(xué)中可普及一些科學(xué)史的知識(shí)，讓學(xué)生從中體驗(yàn)科學(xué)探究活動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。教師把經(jīng)典的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)引入生物課堂，讓學(xué)生身臨其境地思考與探索，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，感悟科學(xué)探究過(guò)程，理解科學(xué)家發(fā)現(xiàn)、探索和解決問(wèn)題的科學(xué)精神。例如，在講授“遺傳定律”的內(nèi)容時(shí)，可以融入奧地利生物學(xué)家格里哥孟德?tīng)柦?jīng)典豌豆實(shí)驗(yàn)的科學(xué)史，按照“假設(shè)――演繹法”的推理探究模式進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生在體驗(yàn)遺傳規(guī)律探究發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，不斷深化對(duì)遺傳定律基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，掌握科學(xué)探究的基本方法，提高探究學(xué)習(xí)的能力�？梢�(jiàn)，教師在生物課堂上可以通過(guò)具體的科學(xué)史實(shí)例，讓學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過(guò)程，即觀察科學(xué)現(xiàn)象――提出科學(xué)假設(shè)――設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)――假設(shè)的證實(shí)或證偽，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，提高其探究能力。
四、利用生物科學(xué)史的嚴(yán)謹(jǐn)性樹(shù)立學(xué)生的科學(xué)觀念，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)
科學(xué)素養(yǎng)包括兩個(gè)層面：一是對(duì)知識(shí)、情感和技能的掌握程度，二是在原有的基礎(chǔ)上不斷提升自身科學(xué)素養(yǎng)的能力。新課程改革的理念倡導(dǎo)轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式變被動(dòng)為主動(dòng)，提倡學(xué)生主動(dòng)參與、勤于動(dòng)手、樂(lè)于探究，注重培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及交流與合作的能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史，就是追尋科學(xué)家探索生物奧秘的腳步，深入地理解生物科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法。生物科學(xué)史的故事中蘊(yùn)涵了科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度及精神，例如，青霉素的發(fā)現(xiàn)是1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家弗萊明嚴(yán)謹(jǐn)不茍、求真務(wù)實(shí)態(tài)度的成果;自然選擇學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立是英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文合理質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新意識(shí)的指引;奧地利生物學(xué)家格里哥孟德?tīng)枬撔难芯苛税四甑闹参镫s交實(shí)驗(yàn)，最終總結(jié)出重要的孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，也體現(xiàn)出科學(xué)研究需要堅(jiān)持不懈、一絲不茍的科學(xué)精神。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)滲透這些生物科學(xué)史教育，有助于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，讓學(xué)生在理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展過(guò)程中，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探索與解決問(wèn)題的能力。因此說(shuō)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性滲透在科學(xué)史中，能夠幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)觀念，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。
綜上，生物科學(xué)史中蘊(yùn)涵著科學(xué)家對(duì)生命世界探索的精彩片段，有效的生物科學(xué)史教學(xué)應(yīng)選擇適合的材料、運(yùn)用恰當(dāng)?shù)氖侄危拍苓_(dá)到最佳的教學(xué)效果，讓學(xué)生身臨其境般地感受和領(lǐng)悟科學(xué)探索的過(guò)程。生物科學(xué)史是一部揭示生命科學(xué)發(fā)展歷程的探究史，科學(xué)史的學(xué)習(xí)將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和情感態(tài)度價(jià)值觀的發(fā)展等三個(gè)方面的教育融合起來(lái)，其趣味性能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)地沿著科學(xué)家探索生物奧秘的道路去發(fā)現(xiàn)與解決問(wèn)題，真正理解生物科學(xué)的本質(zhì)，感受生物科學(xué)蘊(yùn)涵的精神，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法和科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)而全面的發(fā)展，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。
生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇3
肝癌的生物治療
【摘要】 生物 治療 作為腫瘤治療的新概念備受關(guān)注，已成為繼手術(shù)、放療、化療后腫瘤治療的第4種模式。隨著 現(xiàn)代 分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程技術(shù)的迅速 發(fā)展 ，為原發(fā)性開(kāi)辟了全新的領(lǐng)域，并已取得了越來(lái)越多可喜的成果，分子靶向治療、免疫治療、基因治療、內(nèi)分泌治療、干細(xì)胞治療等顯示出了良好的應(yīng)用前景。就生物治療在肝癌治療中的研究和應(yīng)用作一概述。
【關(guān)鍵詞】 肝腫瘤·生物治療
原發(fā)性肝癌(primary hepatocellular carcinoma，PLC)中90%為肝細(xì)胞性肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，為PLC的生物治療開(kāi)辟了全新的領(lǐng)域，生物治療已成為繼手術(shù)、放療、化療后腫瘤治療的第4種模式，并顯示出了良好的應(yīng)用前景。主要包括：分子靶向治療、免疫治療、基因治療、內(nèi)分泌治療、干細(xì)胞治療等。
1 、分子靶向治療
HCC的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，其發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移與多種基因的突變、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路和新生血管增生異常等密切相關(guān)，其中多個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，是進(jìn)行分子靶向治療的理論基礎(chǔ)和重要的潛在靶點(diǎn)。分子靶向藥物治療PLC已成為新的研究熱點(diǎn)。靶向治療是將免疫分子、分子受體或脂質(zhì)體等載體，與藥物、放射性核素或生物毒素等偶聯(lián)，靶向性殺傷腫瘤細(xì)胞。
1.1 針對(duì)表皮生長(zhǎng)因子及其受體的靶向治療
表皮生長(zhǎng)因子(epidernal growth factor，EGF)是生長(zhǎng)因子家族的主要成員之一，是含53個(gè)氨基酸殘基的多肽激素。EGF可以強(qiáng)烈刺激細(xì)胞分裂，與胚胎的發(fā)生與生長(zhǎng)、組織的修復(fù)與再生以及腫瘤的發(fā)生有密切的關(guān)系。EGF及其受體(EGFR)在PLC中存在過(guò)表達(dá)[1]，與PLC的形成、發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系[2-4]。抗EGFR藥物如埃羅替尼(erlotinib)和西妥昔單抗(cetuximab)，能夠靶向性作用于腫瘤細(xì)胞表面的EGFR，有效阻斷由EGFR介導(dǎo)的下游信號(hào)傳導(dǎo)通路和細(xì)胞學(xué)效應(yīng)，并誘導(dǎo)EGFR內(nèi)化和降解。但近年多項(xiàng)臨床研究顯示，抗EGFR治療對(duì)PLC患者的療效并不顯著[5]，因而抗EGFR治療在HCC的治療上尚存在一定爭(zhēng)議。
1.2 抗血管生成治療
腫瘤生長(zhǎng)、代謝、浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)均與腫瘤的血液供應(yīng)密切相關(guān)。PLC是一種富血管的惡性腫瘤，惡性程度高、生長(zhǎng)速度快、轉(zhuǎn)移范圍廣、復(fù)發(fā)率高。目前已證實(shí)腫瘤患者體內(nèi)存在多種血管生成因子，其中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是體內(nèi)作用最強(qiáng)的一種血管生成因子[6]。PLC患者VEGF血清水平顯著的高于肝臟良性病變患者和正常人群[7]。缺氧是VEGF最強(qiáng)烈的誘導(dǎo)劑[8]，由于腫瘤細(xì)胞在不斷生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氧的需要不斷增加，而腫瘤周圍組織供氧量有限，因此導(dǎo)致腫瘤分泌大量VEGF，不斷促使新生血管生成，以滿足腫瘤生長(zhǎng)的需求。此外，VEGF誘導(dǎo)新生的腫瘤相關(guān)血管結(jié)構(gòu)不完善且通透性強(qiáng)，部分腫瘤細(xì)胞可以穿過(guò)血管壁進(jìn)入血管向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，故加速了腫瘤浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移[9]。在PLC患者中，己發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者VEGF血清水平也較未發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者顯著增高[9]。因此，VEGF在PLC的生長(zhǎng)、浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移、治療和提示預(yù)后方面都有重要的作用。近年來(lái)，抗血管生成治療在 HCC的治療中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。目前臨床上應(yīng)用最廣泛的抗血管生成藥物包括VEGF抑制劑貝伐單抗(bevacizumab，Avastin)和Brivanib等。貝伐單抗是一種新型的抗VEGF的人源化單克隆抗體，可結(jié)合VEGF并防止其與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體(Flt-1和 KDR)結(jié)合而發(fā)揮作用、減少腫瘤內(nèi)的血管形成，從而使腫瘤組織無(wú)法獲得生長(zhǎng)、增殖所需的血液、氧及其他養(yǎng)分，最終導(dǎo)致腫瘤壞死。近年來(lái)，有學(xué)者將貝伐單抗用于不能手術(shù)和介入治療的晚期HCC患者，取得了較好的效果[10]。
1.3 信號(hào)傳導(dǎo)通路抑制劑治療
哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian targetof rapamycin，mTOR)是哺乳動(dòng)物磷脂酰肌醇/蛋白激酶(PI3k/Akt)通路的下游效應(yīng)物，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，mTOR通過(guò)調(diào)節(jié)其他激酶，如40S核糖體6激酶(S6k)，細(xì)胞周期依賴蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDK) 和真核細(xì)胞翻譯起始因子(4E結(jié)合蛋白，4EB) 的磷酸化，在蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中起重要調(diào)節(jié)作用。雖然與 mTOR有關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑尚未完全闡明，一個(gè)很明顯的事實(shí)是mTOR參與了蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)，并與生長(zhǎng)因子及其受體、細(xì)胞周期進(jìn)程及膜運(yùn)輸相互作用[11]。生長(zhǎng)因子激活 PI3k和Akt，然后通過(guò)mTOR介導(dǎo)大量蛋白激酶S6k、CDK、4EBP磷酸化，影響腫瘤細(xì)胞的存活和增殖[12]。VEGF通過(guò)介導(dǎo)激酶鏈 PI3k-Akt-mTOR調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生、存活和轉(zhuǎn)移[13]。抑制 mTOR的功能可以消除由 PI3K/Akt通路介導(dǎo)的增殖信號(hào)，使細(xì)胞周期阻滯，抑制腫瘤生長(zhǎng)，因此mTOR抑制劑作為一種抗腫瘤藥物的作用最近再次引起關(guān)注。目前已有西羅莫司(Sirolimus)和依維莫司(Everolimus)2種商品化抗mTOR的藥物。
1.4 多靶點(diǎn)抑制劑治療
研究表明，Raf/MAPK-ERK激酶(MEK)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)通路在HCC發(fā)病過(guò)程中有一定作用[14]。此外，HCC細(xì)胞系內(nèi)過(guò)度表達(dá)的活化MEK1可通過(guò)阻止細(xì)胞凋亡而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和存活。HCC是一種富血管性腫瘤，VEGF 可促進(jìn) HCC的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。因此，阻斷通過(guò)Raf/MAPK-ERK的信號(hào)傳導(dǎo)及VEGF的作用可能會(huì)對(duì)HCC起到治療效果[15]。
分子靶向治療在控制HCC的腫瘤增殖、預(yù)防和延緩復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移以及提高患者的生活質(zhì)量等方面可能具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì);循證醫(yī)學(xué)高級(jí)別證據(jù)已充分證明基因治療藥物可以延長(zhǎng)晚期HCC患者的生存期，而聯(lián)合其他治療藥物或方法有可能取得更好的效果。
2、 免疫治療
目前免疫治療對(duì)臨床已生長(zhǎng)的實(shí)體瘤的消除能力尚十分有限，對(duì)大量的腫瘤細(xì)胞也難以奏效，在臨床上多用于手術(shù)、介入等方法的輔助治療，或不能耐受化療以及不能手術(shù)切除的HCC患者。包括主動(dòng)免疫、非特異性免疫、過(guò)繼免疫和聯(lián)合免疫等。
2.1 主動(dòng)免疫治療
主動(dòng)免疫治療是指利用腫瘤細(xì)胞的特異性物質(zhì)誘導(dǎo)患者產(chǎn)生特異性免疫，進(jìn)而主動(dòng)殺傷腫瘤細(xì)胞的過(guò)程，目前用于臨床的PLC主動(dòng)免疫包括HCC腫瘤疫苗、樹(shù)突狀細(xì)胞疫苗。
2.1.1 HCC腫瘤疫苗
是將自身或異體同種HCC細(xì)胞經(jīng)過(guò)物理因素(如照射、高溫)、化學(xué)因素(如酶解)及生物因素(如病毒感染、 基因轉(zhuǎn)移)等的處理，改變或消除其致瘤性，保留其免疫原性，輸入體內(nèi)，刺激機(jī)體產(chǎn)生特異性抗腫瘤免疫，達(dá)到治療PLC、預(yù)防HCC轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的目的[16]。人類腫瘤免疫排斥抗原——黑色素瘤抗原家族(melanoma antigens，MAGEs)的發(fā)現(xiàn)，為腫瘤的免疫治療提供了特異性抗原。由于MAGE抗原能被腫瘤組織特異性表達(dá)且可與人類白細(xì)胞抗原(human leucocyte antigen，HLA)1和HLA2形成抗原肽/HLA復(fù)合物，能被殺傷T細(xì)胞(cytotoxio T lymphocyte，CTL)識(shí)別和殺傷，提示MAGE抗原用于PLC的免疫治療，開(kāi)發(fā)腫瘤疫苗有著廣闊的前景。
2.1.2 樹(shù)突狀細(xì)胞疫苗
樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)是體內(nèi)功能最強(qiáng)的專職抗原遞呈細(xì)胞 (antigen presentinz cell，APC)，可以刺激初始T細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)初始免疫應(yīng)答，在抗腫瘤細(xì)胞免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。腫瘤可使DC功能失常，使之處于非成熟狀態(tài)。只有成熟的DC才能有效呈遞抗原，以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生有效的抗癌免疫應(yīng)答[17]。目前用DC疫苗治療HCC臨床應(yīng)用報(bào)道不多，有待進(jìn)一步研究和探討。
2.2 非特異性免疫治療
非特異性免疫治療的目的：腫瘤相關(guān)抗原在惡性腫瘤細(xì)胞上的表達(dá)比正常細(xì)胞高得多，并足以使這些抗原成為有效的攻擊目標(biāo)。另外，可通過(guò)激發(fā)免疫系統(tǒng)的免疫效應(yīng)、修飾免疫應(yīng)答等方法，非特異性地增強(qiáng)機(jī)體對(duì)腫瘤的免疫排斥能力。
常用非特異性免疫制劑包括：1)生物制劑，主要是重組的細(xì)胞因子，如IL、IFN、TNF等，既可單獨(dú)使用，也可聯(lián)合應(yīng)用;2)微生物及其產(chǎn)物，如卡介苗、短小棒狀桿菌、混合菌苗、溶鏈菌和高聚金葡素等;3) 胸腺肽;4)中醫(yī)藥。
2.3 過(guò)繼免疫治療
過(guò)繼免疫治療以輸注自身或同種特異性或非特異性腫瘤殺傷細(xì)胞為主，不僅可糾正細(xì)胞免疫功能低下，而且可直接發(fā)揮抗腫瘤作用。包括：淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞、腫瘤浸潤(rùn)的淋巴細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞、細(xì)胞因子誘導(dǎo)的`殺傷細(xì)胞等。
2.3.1 淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞
淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞 (lymphokine activated killer cell，LAK cell)是用高濃度 IL-2激活的腫瘤患者自體或正常供者的外周血單個(gè)核細(xì)胞，LAK細(xì)胞在體外有廣譜的抗自體及異基因腫瘤的活性，可直接溶解、殺傷瘤細(xì)胞[18]。LAK細(xì)胞半衰期短，與 IL-2聯(lián)合應(yīng)用，可保持LAK細(xì)胞的活性，以保證療效。IL-2/LAK細(xì)胞治療對(duì)PLC根治性切除術(shù)后預(yù)防復(fù)發(fā)有較高的價(jià)值。
2.3.2 腫瘤浸潤(rùn)的淋巴細(xì)胞
腫瘤浸潤(rùn)的淋巴細(xì)胞 (tumor infiltrating lymphocyte，TIL)為腫瘤組織分離出的淋巴細(xì)胞經(jīng)IL-2培養(yǎng)而產(chǎn)生，為自體腫瘤特異性殺傷細(xì)胞。目前認(rèn)為，TIL 對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷活性較LAK細(xì)胞高。
2.3.3 細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞
細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)為特異性抗原體外誘導(dǎo)單核細(xì)胞克隆。CTL需第1信號(hào)系統(tǒng)(MHC，TCR)和第2信號(hào)系統(tǒng)(共刺激分子如 B7)激活，具有腫瘤殺傷特異性。 Haruta 等[19]報(bào)道，對(duì)晚期PLC患者而言，CTL的治療效果要優(yōu)于LAK細(xì)胞。
2.3.4 細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞
細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞 (eytokine-induced killer cell，CIK cell)為 MabCD3(抗 CD3單抗)、IL-1、IFN-γ和 IL-2培養(yǎng)的正常人外周血淋巴細(xì)胞。來(lái)源于CD3+CD56- T淋巴細(xì)胞具有廣譜的抗腫瘤活性，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中有較好的治療效果[20]。
2.4 聯(lián)合免疫治療
由于腫瘤生物學(xué)特性所具有的特殊免疫逃逸機(jī)制，導(dǎo)致單一性免疫治療難以奏效，因此聯(lián)合治療成為目前臨床免疫治療的首選。在化療過(guò)程中提高患者免疫力，對(duì)抗化療藥物免疫抑制的副作用，起到協(xié)同作用。
3 、基因治療
研究表明，PLC發(fā)生有單中心及多中心，且與個(gè)體的基因缺陷有關(guān)。多基因、多階段的癌基因或抑癌基因變構(gòu)為PLC發(fā)生、發(fā)展的分子基礎(chǔ)[21]。PLC的基因治療是在基因調(diào)節(jié)水平上進(jìn)行操作以殺傷或抑制腫瘤細(xì)胞的治療方法。隨著DNA 重組技術(shù)和轉(zhuǎn)基因方法的不斷完善，基因治療的研究獲得了迅猛發(fā)展。
3.1 抑癌基因 治療
抑癌基因治療是將具有正常功能的野生型抑癌基因(如 p53、p66等)通過(guò)各種途徑轉(zhuǎn)染至腫瘤細(xì)胞中，重建失活的抑癌基因功能，恢復(fù)細(xì)胞的正常生長(zhǎng)表型，或者誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到控制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的目的。p53基因是目前研究和應(yīng)用得最多的一個(gè)，不僅可抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)，還可誘導(dǎo)其凋亡;p16基因能阻抑細(xì)胞生長(zhǎng)，但不誘發(fā)凋亡。p53反義核酸或向細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入 wt-p53的基因治療，可以抑制腫瘤的增殖，誘導(dǎo)凋亡，提高對(duì)藥物的敏感性[22]。Okimoto等[23]將帶有野生型p53基因的腺病毒載體Adomv p53通過(guò)肝動(dòng)脈注入小鼠RCN-9結(jié)腸癌細(xì)胞肝轉(zhuǎn)移模型，48 h后，經(jīng)腹腔注射順鉑(CDDP)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移的PLC細(xì)胞廣泛凋亡而肝臟功能并未受損。
3.2 自殺基因治療
自殺基因療法又被稱為“病毒介導(dǎo)的酶/前體藥物治療(virus-directed enzyme/prodrug therapy，VDEPT)。原理是把某些病毒、細(xì)菌中特有的轉(zhuǎn)換酶基因——自殺基因?qū)塍w內(nèi)后，利用其產(chǎn)生的酶將無(wú)毒或低毒的藥物前體轉(zhuǎn)成細(xì)胞毒性代謝產(chǎn)物，從而殺死腫瘤細(xì)胞的基因治療方法。目前，用于PLC基因治療的自殺基因系統(tǒng)有單純皰疹病毒胸腺嘧啶激酶(HSV2TK)基因/無(wú)環(huán)鳥(niǎo)苷(GVC)系統(tǒng)、胞嘧啶脫氨酶(CD)基因/5-氟胞嘧啶(5-FC)系統(tǒng)和嘌呤核苷酸磷酸酶(PNP)基因/氟達(dá)拉濱系統(tǒng)等。Harada等[24]以EB病毒基因組成的質(zhì)粒載體與非病毒載體PAAD結(jié)合成雜交載體介導(dǎo)HSV-TK/GCV系統(tǒng)，能有效治療實(shí)驗(yàn)小鼠PLC。
3.3 免疫基因治療
免疫基因治療通過(guò)基因重組技術(shù)增強(qiáng)機(jī)體的抗腫瘤免疫功能而達(dá)到治療腫瘤的目的。免疫基因治療可分為2類: 一種是將細(xì)胞因子基因?qū)隤LC細(xì)胞，通過(guò)增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞表面腫瘤抗原性、MHC 分子或黏附分子的表達(dá)而提高免疫原性;另一種是將細(xì)胞因子基因?qū)朊庖呋钚约?xì)胞，如LAK細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞等，通過(guò)直接刺激免疫效應(yīng)細(xì)胞而達(dá)到增強(qiáng)免疫反應(yīng)、抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。目前，常用的細(xì)胞因子有IL-2、IL-12、IL-18、TNFα、IFN和集落刺激因子等。IL-12是作用較顯著的細(xì)胞因子之一。Harada等[25]研究發(fā)現(xiàn)以IL-12基因治療免疫抑制狀態(tài)下的鼠PLC模型，可明顯增加腫瘤細(xì)胞周圍淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)并增強(qiáng)腫瘤特異性殺傷細(xì)胞的反應(yīng);IL-12可顯著抑制腫瘤的復(fù)發(fā)。其他免疫基因治療還包括IL-12和IL-2聯(lián)合轉(zhuǎn)染、IL-12和TNF、GM2CSF和IL-2 聯(lián)合應(yīng)用等。
3.4 反義基因治療
PLC的發(fā)生、 發(fā)展 過(guò)程中許多癌基因及生長(zhǎng)因子的基因產(chǎn)物大量表達(dá)，運(yùn)用反義技術(shù)可以抑制這些產(chǎn)物的過(guò)度表達(dá)，從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)。根據(jù)PLC發(fā)病原因，導(dǎo)入反義寡核苷酸封閉PLC基因的表達(dá)或用正常抑癌基因取代突變抑癌基因。已報(bào)道設(shè)計(jì)針對(duì)VEGF、端粒末端轉(zhuǎn)移酶、c-myc等癌基因的表達(dá)途徑，誘導(dǎo)PLC細(xì)胞凋亡抑制其生長(zhǎng)[26]。反義技術(shù)的主要缺點(diǎn)是目的基因的靶向性欠佳和半衰期較短，目前一般作為手術(shù)和化療的輔助治療方法。
3.5 聯(lián)合基因療法
PLC的發(fā)生涉及到多基因參與，因此單用一種基因治療效果有限。不同的基因治療策略聯(lián)合應(yīng)用可相互協(xié)同，增強(qiáng)抗腫瘤效果常采用免疫基因和自殺基因的聯(lián)合治療。Drozdz等[27]聯(lián)合HSV-TK和IL-12治療效果都明顯優(yōu)于單個(gè)基因治療。
盡管目前有多種細(xì)胞因子、抑癌基因等可用于腫瘤的基因治療，但總體來(lái)講，效果尚不理想，因而尋找更多更具殺傷力的基因?qū)⒋蟠笸苿?dòng)基因治療的研究和應(yīng)用范圍�；蛑委熒写嬖谥T多理論上和技術(shù)上的問(wèn)題，如靶向性、基因載體的轉(zhuǎn)移效率、導(dǎo)入基因的持續(xù)表達(dá)、基因治療的安全性等問(wèn)題，還有待進(jìn)一步完善[28]。
4、 內(nèi)分泌治療
在PLC患者中有33%的病例可查出雌激素受體，使用抗雌激素的三苯氧胺治療PLC已有報(bào)道。有學(xué)者認(rèn)為，大劑量口服三苯氧胺可作為逆轉(zhuǎn)多藥耐藥基因的藥物。然而，最近幾次大樣本的RCT和Meta分析卻未發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[29]。
5 、干細(xì)胞治療
干細(xì)胞移植現(xiàn)已成為惡性血液病、實(shí)體瘤等疾病的根治性方法之一。近年來(lái)，已有多個(gè)學(xué)者研究報(bào)道了造血干細(xì)胞參與了肝組織的再生和修復(fù)過(guò)程。它是利用血液成分分離裝置處理血液，采取存在于末梢血中的造血干細(xì)胞進(jìn)行移植的手段。由于PLC化療敏感性較低，以現(xiàn)有水平，行造血干細(xì)胞、骨髓移植有一定困難。
6 、結(jié)語(yǔ)
總之，經(jīng)過(guò)多年的研究，生物治療技術(shù)已取得了越來(lái)越多可喜的成果，并顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。生物治療技術(shù)在PLC的綜合治療中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。我們有理由相信不久的將來(lái)，HCC的生物治療會(huì)逐漸過(guò)渡成為一種常規(guī)的治療方法,為PLC患者帶來(lái)福音。
【參考文獻(xiàn)】
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生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇4
一、立題意義及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，主要研究?jī)?nèi)容及擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題(含文獻(xiàn)綜述)
1. 本項(xiàng)目研究的意義
2. 本項(xiàng)目研究在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
3.本項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容及擬解決的問(wèn)題
二、本課題的主要研究?jī)?nèi)容和方法、步驟、預(yù)期目的
1. 研究的主要內(nèi)容：
(1)小櫻桃文心蘭原球莖增殖;
(2)誘導(dǎo)小櫻桃文心蘭的生根;
(3)小櫻桃文心蘭壯苗的研究;
(4)小櫻桃文心蘭的小苗移栽;
2. 方法及步驟
(1)培養(yǎng)基的配制
基本培養(yǎng)基為1/2MS，瓊脂為7克/升，蔗糖為20克/升，pH值為5.8，生長(zhǎng)激素為BA，NAA，IBA(濃度單位為mg/L，下同)，附加物為椰乳，活性炭。
(2)培養(yǎng)條件
接種材料保持在25±2℃，光照時(shí)間12h/d，光照強(qiáng)度1000-1500Lx。經(jīng)常去試驗(yàn)室去檢查有沒(méi)有污染，要及時(shí)清理，以免造成更多的污染，發(fā)現(xiàn)污染的要及時(shí)找出原因，作出調(diào)整。
(3)原球莖增殖培養(yǎng)基的篩選
切取無(wú)菌材料中的小葉片，將其供試驗(yàn)的原球莖切割成約3.3mm3的接種塊，分別接種在不同濃度的BA和NAA的`培養(yǎng)基中，進(jìn)行增殖培養(yǎng)，60天后對(duì)原球莖生長(zhǎng)的增殖情況進(jìn)行觀察并統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。
(4)誘導(dǎo)生根，篩選適宜的培養(yǎng)基
將繼代培養(yǎng)出來(lái)的幼苗切取單株，帶有2～3片葉子，株高1cm，轉(zhuǎn)至生根培養(yǎng)基中，觀察幼苗的生根情況，包括根數(shù)和根的長(zhǎng)度，40天后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析數(shù)據(jù)。
(5)壯苗
從已經(jīng)誘導(dǎo)出根的幼苗中篩選出株高2cm，帶有3～5片葉子的幼苗，移至壯苗的培養(yǎng)基中，觀察幼苗的生長(zhǎng)情況：葉片的數(shù)目、根的數(shù)目、根的長(zhǎng)度，40天后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析數(shù)據(jù)。
(6)小苗移栽
當(dāng)試管苗長(zhǎng)至3～4cm高，葉子有5～7片，根有2～3條，長(zhǎng)度約2～3cm時(shí)，就可進(jìn)行移栽，打開(kāi)瓶蓋先進(jìn)行鍛煉2天左右，以增強(qiáng)試管苗對(duì)室外環(huán)境的適應(yīng)能力。小苗移栽后放入室溫中，觀察其生長(zhǎng)狀況并記錄下來(lái)。主要的基質(zhì)有：珍珠巖、蛭石、木屑、苔蘚、樹(shù)皮、椰糠等。
3.預(yù)期目的
本次試驗(yàn)擬解決生根、壯苗基本培養(yǎng)基的選擇以及移栽基質(zhì)的篩選，尋找最適合小櫻桃文心蘭生活的基質(zhì)。
三、研究工作總體安排及具體進(jìn)度
20xx年10月至20xx年5月：
20xx年6月至10月：
20xx年11月至20xx年2月：
20xx年3月至4月：分析收集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行論文初稿撰寫(xiě)和論文的修改;
20xx年5月：論文定稿、打印、答辯。
生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇5
摘要:
開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)材料的渠道 實(shí)驗(yàn)材料對(duì)于實(shí)驗(yàn)確實(shí)非常重要，但是也有許多實(shí)驗(yàn)通常不止一種可以取得良好實(shí)驗(yàn)效果的材料，那我們?cè)诰唧w做實(shí)驗(yàn)時(shí)又該怎么開(kāi)發(fā)呢?是不是按部就班地沿用書(shū)本給出的材料就好了?其實(shí)不然，這樣做會(huì)大大降低學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情，學(xué)生會(huì)覺(jué)得反正。
關(guān)鍵詞:
小議,生物,實(shí)驗(yàn),材料,處理,開(kāi)發(fā),實(shí)驗(yàn),材料,渠道,對(duì)于,開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)材料的渠道。
實(shí)驗(yàn)材料對(duì)于實(shí)驗(yàn)確實(shí)非常重要，但是也有許多實(shí)驗(yàn)通常不止一種可以取得良好實(shí)驗(yàn)效果的材料，那我們?cè)诰唧w做實(shí)驗(yàn)時(shí)又該怎么開(kāi)發(fā)呢?是不是按部就班地沿用書(shū)本給出的材料就好了?其實(shí)不然，這樣做會(huì)大大降低學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情，學(xué)生會(huì)覺(jué)得反正書(shū)上都有，就會(huì)懶得思考。這不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，在遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的練習(xí)時(shí)也缺乏想象力。其實(shí)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)材料的渠道很多，只要具備實(shí)驗(yàn)效果好，材料易得，成本低，量多，符合各地季節(jié)特性，安全可靠等都行。例如在做“滲透作用”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了課本上用的玻璃紙，半透膜的材料完全可以讓學(xué)生自己去尋找。哪些材料可以代替膀胱膜同樣能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果呢?也許學(xué)生會(huì)給出很多答案，如動(dòng)物膀胱膜、雞蛋殼膜，洋蔥的膜質(zhì)鱗葉，魚(yú)鰾等，那不妨把這些材料都找出來(lái)試一試，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的想法正確與否。還有觀察葉綠體的實(shí)驗(yàn)，除了可以用苔蘚葉片，黑藻葉，還可以用新鮮蔬菜的葉片。因時(shí)制宜，花樣繁多，給學(xué)生足夠的選擇權(quán)和新鮮感。這樣做不僅加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的認(rèn)識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)效率，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生獲得一定的成就感，增加他們學(xué)習(xí)生物的興趣和熱情。
放手讓學(xué)生去處理實(shí)驗(yàn)材料
選好適宜的`實(shí)驗(yàn)材料以后，還要進(jìn)行正確的材料處理。但是在很多具體操作中，為了節(jié)省時(shí)間，實(shí)驗(yàn)材料通常都是老師處理好的，學(xué)生只需要拿處理好的材料按既定的方法步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣做的結(jié)果是到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有完整的印象，抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和思考的獨(dú)立性。而教學(xué)新理念下的課堂是以學(xué)生為主體的課堂，所以教師可以在處理實(shí)驗(yàn)材料時(shí)加以引導(dǎo)，讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程。大學(xué)時(shí)，有一個(gè)印象深刻的梨果石細(xì)胞觀察實(shí)驗(yàn)：到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，學(xué)生們看到的不是研磨好的梨果石細(xì)胞而是每人桌上的半個(gè)梨。老師說(shuō)：“你們今天實(shí)驗(yàn)的第一步是把面前的梨果肉吃掉，然后取下梨核近處的石細(xì)胞進(jìn)行研磨�！碑�(dāng)天的實(shí)驗(yàn)一掃平時(shí)的肅靜氣氛，學(xué)生不僅更好更快地完成了實(shí)驗(yàn)，還記憶深刻。其實(shí)中學(xué)生物的很多實(shí)驗(yàn)材料也可以讓學(xué)生親自動(dòng)手培養(yǎng)和處理。如觀察根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂的實(shí)驗(yàn)，可以提前幾天讓學(xué)生自己水培一些易于生根的種子，如小麥、玉米等。讓種子在學(xué)生眼皮下逐漸生根長(zhǎng)大，用自己培養(yǎng)出的幼根做實(shí)驗(yàn)。而在葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中，新鮮菠菜上市的時(shí)間和做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不符，學(xué)生可以自己選擇一些新鮮的綠葉蔬菜，研磨時(shí)可以做兩次，一次加二氧化硅，一次不加，來(lái)比較研磨的充分程度;濾液細(xì)線也可以讓學(xué)生自己去畫(huà)，濾紙邊角剪與不剪對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響等等。讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)中，親自處理實(shí)驗(yàn)材料，既提高了他們的參與熱情，也加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象和理解程度。
總之，選擇適宜的實(shí)驗(yàn)材料和正確處理實(shí)驗(yàn)材料是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)，也是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵所在。而在準(zhǔn)確達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯�，最大限度地讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的正確選擇和處理來(lái)增加學(xué)生的實(shí)踐操作能力和思維發(fā)散能力非常重要，而且對(duì)源于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的生物學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)都大有裨益。
生物科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 篇6
摘要 生物芯片是便攜式生物化學(xué) 分析 器的核心技術(shù)。通過(guò)對(duì)微加工獲得的微米結(jié)構(gòu)作生物化學(xué)處理能使成千上萬(wàn)個(gè)與生命相關(guān)的信息集成在一塊厘米見(jiàn)方的芯片上。采用生物芯片可進(jìn)行生命 科學(xué) 和醫(yī)學(xué)中所涉及的各種生物化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)基因、抗原和活體細(xì)胞等進(jìn)行測(cè)試分析的目的。生物芯片 發(fā)展的最終目標(biāo)是將從樣品制備、化學(xué)反應(yīng)到檢測(cè)的整個(gè)生化分析過(guò)程集成化以獲得所謂的微型全分析系統(tǒng)(micro total analytical system)或稱縮微芯片實(shí)驗(yàn)室(laboratory on a chip)。生物芯片技術(shù)的出現(xiàn)將會(huì)給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開(kāi)發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭(zhēng)、司法鑒定、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)督等領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命。本文闡述了生物芯片技術(shù)在加工制備、功能和 應(yīng)用 方面的近期 研究 進(jìn)展。
關(guān)鍵詞：生物芯片，縮微芯片實(shí)驗(yàn)室，疾病診斷，基因表達(dá)
人類基因組計(jì)劃的目標(biāo)是在2005年完成對(duì)30億個(gè)人體基因組DNA堿基的序列測(cè)定，現(xiàn)在通過(guò)使用更高級(jí)的毛細(xì)管陣列測(cè)序儀和商業(yè)操作，使該計(jì)劃有望提前完成。因此，人們現(xiàn)已開(kāi)始利用人類基因組計(jì)劃中所發(fā)現(xiàn)的已知基因?qū)ζ涔δ苓M(jìn)行研究，亦即把已知基因的序列與功能聯(lián)系在一起的功能基因組學(xué)研究。另外，與疾病相關(guān)的研究已從研究疾病的起因向探索發(fā)病機(jī)理方面轉(zhuǎn)移，并從疾病診斷向疾病易感性研究轉(zhuǎn)移。由于所有上述這些研究都與DNA結(jié)構(gòu)、病理和生理等因素密切相關(guān)，因此許多國(guó)家現(xiàn)已開(kāi)始考慮在后基因組時(shí)期，研究人員是否能用有效的硬體技術(shù)來(lái)對(duì)如此龐大的DNA信息以及蛋白質(zhì)信息加以利用。為此，先后已有多種解決方案問(wèn)世，如DNA的質(zhì)譜分析法[1]、熒光單分子分析法[2]、陣列式毛細(xì)管電泳[3]、雜交分析[4]等。但到 目前 為止，在對(duì)DNA和蛋白質(zhì)進(jìn)行分析的各種技術(shù)中，發(fā)展最快和應(yīng)用前景最好看的技術(shù)當(dāng)數(shù)以生物芯片技術(shù)為基礎(chǔ)的親和結(jié)合分析、毛細(xì)管電泳分析法[5]和質(zhì)譜分析法。此外，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)與采用生物芯片技術(shù)和樣品制備 方法 (芯片細(xì)胞分離技術(shù)[6]和生化反應(yīng)方法(如芯片免疫分析[7]和芯片核酸擴(kuò)增[8])相結(jié)合，許多研究機(jī)構(gòu)和 工業(yè) 界都已開(kāi)始構(gòu)建所謂的縮微芯片實(shí)驗(yàn)室。建立縮微芯片實(shí)驗(yàn)室的最終目的是將生命科學(xué)研究中的許多不連續(xù)的分析過(guò)程，如樣品制備，化學(xué)反應(yīng)和分離檢測(cè)等，通過(guò)采用象集成電路制作過(guò)程中的半導(dǎo)體光刻加工那樣的縮微技術(shù)，將其移植到芯片中并使其連續(xù)化和微型化。這些當(dāng)年將數(shù)間房屋大小的分離元件 計(jì)算 機(jī)縮微成現(xiàn)在只有書(shū)本大小的筆記本式計(jì)算機(jī)有異曲同工之效。用這些生物芯片所制作的具有不同用途的生化分析儀具有下述一些主要優(yōu)點(diǎn)，即分析全過(guò)程自動(dòng)化、生產(chǎn)成本低、防污染(芯片系一次性使用)、分析速度可獲得成千上萬(wàn)倍的提高、同時(shí)，所需樣品及化學(xué)藥品的量可獲得成百上千倍的減少、極高的多樣品處理能力、儀器體積小、重量輕、便于攜帶。這類儀器的出現(xiàn)將會(huì)給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開(kāi)發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭(zhēng)、司法鑒定、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)督等領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命。因此，它已廣為各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所矚目[9]。
1 、生物芯片的微加工制備
生物芯片的加工借用的是微 電子 工業(yè)和其他加工工業(yè)中比較成熟的一些微細(xì)加工(microfabrication)工藝(如：光學(xué)掩模光刻技術(shù)、反應(yīng)離子刻蝕、微注入模塑和聚合膜澆注法)，在玻璃、塑料、硅片等基底材料上加工出用于生物樣品分離、反應(yīng)的微米尺寸的微結(jié)構(gòu)，如過(guò)濾器、反應(yīng)室、微泵、微閥門等微結(jié)構(gòu)。然后在微結(jié)構(gòu)上施加必要的表面化學(xué)處理，再在微結(jié)構(gòu)上進(jìn)行所需的生物化學(xué)反應(yīng)和分析。
生物芯片中目前發(fā)展最快的要算親和結(jié)合芯片(包括DNA和蛋白質(zhì)微陣列芯片)。它的加工除了用到一些微加工工藝以外，還需要使用機(jī)器人技術(shù)�，F(xiàn)在有四種比較典型的親和結(jié)合芯片加工方法。一種是Affymetrix公司開(kāi)發(fā)出的光學(xué)光刻法與光化學(xué)合成法相結(jié)合的光引導(dǎo)原位合成法[10]。第二種方法是Incyte pharmaceutical公司所采用的化學(xué)噴射法，它的原理是將事先合成好的寡核苷酸探針噴射到芯片上指定的位置來(lái)制作DNA芯片的。第三種是斯坦福大學(xué)所使用的接觸式點(diǎn)涂法。該方法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)使用高速精密機(jī)械手所帶的移液頭與玻璃芯片表面接觸而將探針定位點(diǎn)滴到芯片上的[11]。第四種方法是通過(guò)使用四支分別裝有A、T、G、C核苷的壓電噴頭在芯片上作原位DNA探針合成的[12]。
2、 生物芯片舉例
生物芯片是縮小了的生物化學(xué)分析器，通過(guò)芯片上微加工獲得的微米結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)處理結(jié)合，便可將成千上萬(wàn)個(gè)與生命相關(guān)的信息集成在一塊厘米見(jiàn)方的芯片上。采用芯片可進(jìn)行生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)中所涉及的各種生物化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到對(duì)基因、抗原和活體細(xì)胞等進(jìn)行測(cè)試分析的目的。通過(guò)分析可得到大量具有生物學(xué)、醫(yī)學(xué)意義的信息。生物化學(xué)反應(yīng)和分析過(guò)程通常包括三個(gè)步驟：
1、樣品制備;
2、生物化學(xué)反應(yīng);
3、檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析處理。將其中一個(gè)步驟或幾個(gè)步驟微型化集成到一塊芯片上就能獲得具有特殊功能的生物芯片，例如用于樣品制備的細(xì)胞過(guò)濾器芯片和介電電泳芯片、用于基因突變檢測(cè)和基因表達(dá)的DNA微陣列芯片和用于藥物篩選的高通量微米反應(yīng)池芯片等�，F(xiàn)在，世界各國(guó)的科學(xué)家們正致力于將生化分析的全過(guò)程通過(guò)不同芯片的使用最后達(dá)到全部功能的集成，以實(shí)現(xiàn)所謂的微型全分析系統(tǒng)或縮微芯片實(shí)驗(yàn)室。使用縮微芯片實(shí)驗(yàn)室，人們可以在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)以很短的時(shí)間完成從原始樣品到獲取所需分析結(jié)果的全套操作。
2.1 樣品制備芯片
針對(duì)DNA分析，其制備過(guò)程通常要經(jīng)過(guò)細(xì)胞分離、破胞、脫蛋白等多方面的工作，最后得到純度足夠高的待檢DNA。目前在細(xì)胞分離方法上較突出的有過(guò)濾分離(根據(jù)生物顆粒的尺寸差異進(jìn)行分離)和介電電泳分離(利用在芯片上所施加的高頻非均勻電場(chǎng)使不同的細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)出偶電極，導(dǎo)致細(xì)胞受不同的.介電力作用，而從樣品中分離出來(lái))等;芯片中的破胞方法有芯片升溫破胞、變壓脈沖破胞，以及化學(xué)破胞等。在捕獲DNA方面，CephEid公司應(yīng)用濕法蝕刻和反應(yīng)離子蝕刻/等離子蝕刻等工藝在硅片上加工出含有5000個(gè)高200微米直徑20微米的具有細(xì)柱式結(jié)構(gòu)的DNA萃取芯片，專門用于DNA的萃取[13]。
2.2 生物化學(xué)反應(yīng)芯片
由于目前所用檢測(cè)儀器的靈敏度還不夠高，因此從樣品中提取的DNA在標(biāo)記和應(yīng)用前仍需用PCR這樣的擴(kuò)增復(fù)制技術(shù)復(fù)制幾十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)個(gè)相同的DN段。
目前，在芯片中進(jìn)行核酸擴(kuò)增反應(yīng)獲得成功的有賓夕法尼亞大學(xué)研究小組[8，14]，美國(guó)勞倫斯-利物摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室[15]和Perkin-Elmer公司[16]。賓夕法尼亞大學(xué)研究小組所做的擴(kuò)增反應(yīng)都是在硅-玻璃芯片中進(jìn)行的，芯片的外部加熱和冷卻采用的是計(jì)算機(jī)控制的帕爾帖電-熱器。在對(duì)芯片表面進(jìn)行惰性處理后，亦即在硅片表面生長(zhǎng)一層2000埃的氧化硅之后，他們成功地在硅-玻璃芯片中完成了一系列不同的核酸擴(kuò)增反應(yīng)，例如RT-PCR、LCR、多重PCR和DOP-PCR。由勞倫斯-利物摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室加工的硅芯片所采用的加熱方式是芯片內(nèi)置的薄膜多晶硅加熱套，其升降溫的速度很快。Perkin-Elmer公司的PCR反應(yīng)則是在塑料芯片上完成的。倫敦帝國(guó)理工大學(xué)的研究者研制了一種樣品可在不同溫度的恒溫區(qū)間內(nèi)連續(xù)流動(dòng)的PCR芯片[17]。上述所有工作都是用事先提純了的DNA或RNA作為擴(kuò)增反應(yīng)的底物來(lái)完成的。為了將樣品制備和擴(kuò)增反應(yīng)集成為一體，賓夕法尼亞大學(xué)研究小組最近成功地在壩式微過(guò)濾芯片中直接對(duì)分離所得的人白細(xì)胞通過(guò)升溫方式胞解后所釋放的DNA進(jìn)行了擴(kuò)增，這是世界上首例將樣品制備和擴(kuò)增反應(yīng)集成為一體的研究成果[14]。
2.3 檢測(cè)芯片
2.3.1 毛細(xì)管電泳芯片
芯片毛細(xì)管電泳是1983年由杜邦公司的Pace開(kāi)發(fā)出來(lái)的[18]。隨后，瑞士的Ciba-GEIgy公司和加拿大的Alberta大學(xué)合作利用玻璃芯片毛細(xì)管電泳完成了對(duì)寡核苷酸的分離[19]。首次用芯片毛陣列電泳檢測(cè)DNA突變和對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序的是由加利福尼亞大學(xué)伯格利分校Mathies領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成的[20,21]。通過(guò)在芯片上加上高壓直流電，他們?cè)诮鼉煞昼姷臅r(shí)間內(nèi)便完成了從118bp到1353bp的許多DN段的快速分離。此外，Mathies的小組與勞倫斯-利物摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Nothrup的研究小組合作，報(bào)道了首例將核酸擴(kuò)增反應(yīng)與芯片毛細(xì)管電泳集成為一體所作的多重PCR檢測(cè)工作[22]。賓夕法尼亞大學(xué)Wilding的小組與Ramsey的小組一道用芯片毛細(xì)管電泳對(duì)芯片中擴(kuò)增得到的用于杜鑫-貝克肌萎縮診斷的多條DN段進(jìn)行分離也獲得了成功[14]。其他用 芯片毛細(xì)管電泳檢測(cè)突變的外國(guó)公司和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)有Perkin-Elmer公司、Caliper technologies公司、Aclara biosciences公司和麻省理工等。
2.3.2 DNA突變檢測(cè)芯片
dNA之所以能進(jìn)行雜交是因?yàn)楹塑誂和T、G和C可同時(shí)以氫鍵結(jié)合互補(bǔ)成對(duì)。許多經(jīng)典的分子生物學(xué)方法如桑格DNA測(cè)序法和PCR等都是以此為基礎(chǔ)的。最近出現(xiàn)的幾項(xiàng)技術(shù)，如用光刻掩膜技術(shù)作光引導(dǎo)原位DNA合成[23]、電子雜交技術(shù)[24]、高靈敏度激光掃描熒光檢測(cè)技術(shù)[25]等，使以雜交為基礎(chǔ)的應(yīng)用有了長(zhǎng)足的改善。最近的一些 英文 權(quán)威刊物對(duì)應(yīng)用芯片雜交技術(shù)檢測(cè)突變作了報(bào)道。Hacia等人采用由96000個(gè)寡核苷酸探針?biāo)M成的雜交芯片，完成了對(duì)遺傳性乳腺癌和卵巢腫瘤基因BRCA1中外顯子上的24個(gè)異合突變(單核苷突變多態(tài)性)的檢測(cè)。他們通過(guò)引入?yún)⒄招盘?hào)和被檢測(cè)信號(hào)之間的色差分析使得雜交的特異性和檢測(cè)靈敏度獲得了提高[26]。另外，Kozal等人用高密度HIV寡核苷酸探針芯片對(duì)HIV病株的多態(tài)性作了分析[27]。Cronin等人用固化有428個(gè)探針的芯片對(duì)導(dǎo)致肺部囊性纖維化的突變基因進(jìn)行了檢測(cè)[28]。用生物芯片作雜交突變檢測(cè)的美國(guó)公司有貝克曼儀器公司、Abbot laboratory、Affymetrix、Nanogen、Sarnoff、Genometrix、Vysis、Hyseq、Molecular dynamics等;英美學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)有賓夕法尼亞大學(xué)、貝勒醫(yī)學(xué)院、牛津大學(xué)、Whitehead institute for Biomedical Research，海軍研究室，Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等。
通過(guò)雜交分析DNA的另一應(yīng)用技術(shù)是重復(fù)測(cè)序。那么，重復(fù)測(cè)序是怎么工作的呢?首先，人們將長(zhǎng)度為8-20個(gè)核苷的探針合成并固定到指甲蓋大小的硅芯片或玻璃芯片上。當(dāng)含有與探針序列互補(bǔ)的DNA被置于聯(lián)有探針的芯片之后，固化探針就會(huì)通過(guò)與其序列互補(bǔ)的DN段雜交而結(jié)合[10]。通過(guò)使用帶有計(jì)算機(jī)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)“棋盤”每個(gè)格子上的熒光強(qiáng)弱及根據(jù)每個(gè)格子上已知探針的序列進(jìn)行分析與組合就可得知樣品DNA所含有的堿基序列。最近美國(guó)的Science雜志對(duì)應(yīng)用芯片雜交技術(shù)測(cè)序作了報(bào)道。Chee等人在一塊固化有135000個(gè)寡核苷酸探針(每個(gè)探針長(zhǎng)度為25個(gè)核苷)的硅芯片上對(duì)長(zhǎng)度為16.6kbp的整個(gè)人線粒體DNA作了序列重復(fù)測(cè)定。每個(gè)探針之間的空間間隔為35微米。測(cè)序精度為99%。另外Hacia還報(bào)道了一種微測(cè)序分析法(minisequencing-based assays)為檢測(cè)所有可能的堿基序列變化提供了強(qiáng)有力的手段。此方法中需要將不同顏色熒光染料標(biāo)記的四種ddNTP，加入到引物的酶促反應(yīng)中，微陣列上固化的寡核苷酸用作酶促反應(yīng)的引物，靶序列作為模板，可檢測(cè)到靶序列上的堿基變化。用生物芯片從事雜交測(cè)序的美國(guó)公司有Affymetrix和Hyseq[29]。
2.3.3 用作基因表達(dá)分析的DNA芯片
隨著人類基因組計(jì)劃的順序進(jìn)行，越來(lái)越多的能夠表達(dá)的人基因序列以及引發(fā)疾病和能預(yù)測(cè)疾病的各種突變正在為人們逐漸認(rèn)識(shí)。為了能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)可能的遺傳突變進(jìn)行搜尋、加快功能基因組學(xué)研究的進(jìn)程，人們現(xiàn)已把越來(lái)越多的注意力放到了能同時(shí)提供有關(guān)多個(gè)基因及其序列信息的所謂并行分子遺傳學(xué)分析(parallel molecular genetic analysis)方法上。功能基因組學(xué)所研究的是在特定組織中、發(fā)育的不同階段或者是疾病的不同時(shí)期基因的表達(dá)情況。因此它的要求是要能在同一時(shí)刻獲得多個(gè)分子遺傳學(xué)分析的結(jié)果。譬如，許多疾病引發(fā)基因可能會(huì)有數(shù)以百計(jì)的與表征有關(guān)的特定突變，因而，要求能有同時(shí)篩檢這些突變的有效方法。另外，任何一個(gè)細(xì)胞中都會(huì)有上千個(gè)基因在表達(dá)。而細(xì)胞間基因表達(dá)的差異往往能反應(yīng)出這些細(xì)胞是發(fā)育正常還是在朝惡性腫瘤細(xì)胞方向發(fā)展。采用芯片技術(shù)利用雜交對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行分析的好處是它能用很少的細(xì)胞物質(zhì)便能提供有關(guān)多基因差異表達(dá)的信息，從而給疾病診斷和藥物篩選提供前所未有的信息量[30]。Lockhart等人采用固化有65000個(gè)不同序列的長(zhǎng)度為20個(gè)核苷的探針芯片，定量地分析了一個(gè)小鼠T細(xì)胞線中整個(gè)RNA群體內(nèi)21個(gè)各不相同的信使RNA。這些專門設(shè)計(jì)的探針能與114個(gè)已知的小鼠基因雜交。分析發(fā)現(xiàn) 在誘發(fā)生成細(xì)胞分裂后，另外有20個(gè)信使RNA的表達(dá)也發(fā)生了改變。檢測(cè)結(jié)果表明該系統(tǒng)對(duì)RNA的檢出率為1:300000，對(duì)信使RNA的定量基準(zhǔn)為1:300[32]。Wang等人在研究表鬼臼毒素吡喃葡糖苷(etoposide)誘導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡時(shí)，利用DNA芯片技術(shù)，制備了一次可檢測(cè)6591種人細(xì)胞信使RNA的寡聚核苷酸微陣列，檢測(cè)到誘導(dǎo)后的細(xì)胞內(nèi)有62種信使RNA的量發(fā)生了變化。通過(guò)挑選12個(gè)與誘導(dǎo)作用有關(guān)的基因作進(jìn)一步研究，它們發(fā)現(xiàn)了2個(gè)新的p53靶基因[33]。DeRisi等人將一個(gè)惡性腫瘤細(xì)胞線中得到的870個(gè)不同的cDNA探針通過(guò)機(jī)械手“刷印”至載玻片上以觀察癌基因的表達(dá)情況。在比較兩個(gè)標(biāo)有不同熒光標(biāo)記的細(xì)胞信使RNA群的雜交結(jié)果之后，他們對(duì)引入正常人染色體后腫瘤基因受到抑制的細(xì)胞中的基因表達(dá)結(jié)果進(jìn)行了分析[34]。另外，Shoemaker等人報(bào)道了一種利用生物芯片來(lái)確定許多新近發(fā)現(xiàn)的酶母基因的生物功能的所謂分子條形編碼技術(shù)。這種技術(shù)的好處是它能讓我們以并行的方式定量地分析很復(fù)雜的核酸混合物[35]。Lueking等人最近采用蛋白質(zhì)微陣列技術(shù)，把作為探針的蛋白質(zhì)高密度地固定在聚雙氟乙烯膜(polyvinylidene difluoride)上，并檢測(cè)到了10pg的微量蛋白質(zhì)測(cè)試樣。對(duì)92個(gè)人cDNA克隆片段表達(dá)的產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，用單克隆技術(shù)作平行分析，證實(shí)了假陽(yáng)性的的檢出率低。由于蛋白質(zhì)微陣列技術(shù)不受限于抗原-抗體系統(tǒng)，故能為高效篩選基因表達(dá)產(chǎn)物及研究受體-配體的相互作用提供一條新的有效途徑[36]。
2.4 縮微芯片實(shí)驗(yàn)室
生物芯片 發(fā)展的最終目標(biāo)是將從樣品制備、化學(xué)反應(yīng)到檢測(cè)的整個(gè) 分析 過(guò)程集成化以獲得所謂的微型全分析系統(tǒng)或稱縮微芯片實(shí)驗(yàn)室。1998年6月，Nanogen公司的程京博士和他的同事們首次報(bào)道了用芯片實(shí)驗(yàn)室所實(shí)現(xiàn)的從樣品制備到反應(yīng)結(jié)果顯示的全部分析過(guò)程。他們用這個(gè)裝置從混有大腸桿菌的血液中成功地分離出了細(xì)菌，在高壓脈沖破胞之后用蛋白酶K孵化脫蛋白，制得純化的DNA，最后用另一塊 電子 增強(qiáng)的DNA雜交芯片分析證實(shí)提取物是大腸桿菌的DNA。這是向縮微實(shí)驗(yàn)室邁進(jìn)的一個(gè)成功的突破[37]。 目前 ，含有加熱器、微泵微閥、微流量控制器、電子化學(xué)和電子發(fā)光探測(cè)器的芯片已經(jīng)研制出來(lái)了，而且，也出現(xiàn)了將樣品制備、化學(xué)反應(yīng)和分析檢測(cè)部分結(jié)合的芯片(例如，樣品制備和PCR[38];競(jìng)爭(zhēng)免疫測(cè)定和毛細(xì)管電泳分離[39])。相信不久的將來(lái)，包含所有步驟的縮微芯片實(shí)驗(yàn)室將不斷涌現(xiàn)。
3 、結(jié)尾
經(jīng)過(guò)近十年的不懈努力，生物芯片技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)開(kāi)始對(duì)生命 科學(xué) 研究的許多領(lǐng)域帶來(lái)沖擊甚至革命。以美國(guó)為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了令人眩目的成就。到現(xiàn)在，從樣品制備、化學(xué)反應(yīng)到檢測(cè)的三個(gè)步驟已獲得了部分集成，三個(gè)部分的全部集成已初現(xiàn)端倪。 中國(guó) 在這方面尚未起步，如果各方面重視，投入一定的人力和物力，相信不久的將來(lái)在該領(lǐng)域中我們也會(huì)占有一席之地的。
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