遺傳學(xué)的前景精選(九篇)

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第1篇：遺傳學(xué)的前景范文

The Meaning of Examination Cause Body by Blood Spread Disease before Tranfuse

Key words:Tranfuse;Cause Body ;Spread

輸血是搶救生命和治療疾病的重要措施，但是輸血也可以引起經(jīng)血傳播性疾病。目前輸血安全得到了更多的保障，采供血機(jī)構(gòu)對(duì)無償鮮血者嚴(yán)格的篩選和檢測，成分輸血的貫徹實(shí)施，很大程度降低了病毒傳播的機(jī)率。在臨床輸血時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵守衛(wèi)生部臨床輸血技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)把輸血指征，了解受血者輸血前狀況，避免患者的醫(yī)源性感染，減少醫(yī)療糾紛以及加強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員自我保護(hù)都具有重要的意義。

1　材料與方法

1.1　研究對(duì)象　2005年6月至2006年7月，本院需要輸血的腫瘤患者，共計(jì)3 865人。

1.2　檢測試劑與方法　HBsAg，抗? HCV、梅毒抗體的檢測均采用ELISA，試劑盒均為廈門新創(chuàng)科技有限公司產(chǎn)品；抗? HIV檢測采用廈門新創(chuàng)科技有限公司和法國生物梅里埃產(chǎn)品。

1.3　儀器　HBsAg，抗? HCV、梅毒抗體的檢測均采用變色龍全自動(dòng)酶免分析儀；抗? HIV檢測檢測應(yīng)用BIO?RAD酶標(biāo)儀和TECAN COLUMBUS洗板機(jī)。嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行測定。

2　結(jié)果

本院3 865名需輸血的腫瘤患者輸血前4項(xiàng)經(jīng)血傳播疾病的血清標(biāo)記物檢測結(jié)果，見表1。

表1　4項(xiàng)血清標(biāo)記物的檢測結(jié)果（略）

注：其中抗? HIV初篩陽性2例，經(jīng)山東省疾病控制中心確認(rèn)為陰性。

3　討論

安全輸血已成為重要的公共衛(wèi)生問題，我國政府出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，加強(qiáng)了安全輸血的保障體系，使得血液的質(zhì)量得到了強(qiáng)有力的保證，在很大程度上有效的預(yù)防了經(jīng)血傳播性疾病。近年來，隨著人們法律意識(shí)越來越強(qiáng)，關(guān)于輸血產(chǎn)生的醫(yī)療糾紛也有增多的趨勢。為了明確患者是否為輸血傳播疾病的可能，我們完全有必要在輸血前對(duì)相關(guān)血清標(biāo)記物進(jìn)行檢測。由于我國是肝炎的高發(fā)國家之一，特別是乙肝病毒感染是我國輸血安全的主要威脅。一般人群的HBV攜帶率高達(dá)9.09%［1］，本文數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)血傳播疾病的血清標(biāo)記物中，HBsAg的陽性率達(dá)到11.90％，要高于一般人群，這主要是本院收治了肝癌患者，其HBsAg的陽性率較高。對(duì)于標(biāo)記物陽性患者人群，輸血前進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測，既可以明確患者輸血前的狀況，有效預(yù)防醫(yī)療糾紛的發(fā)生，同時(shí)又可以讓醫(yī)務(wù)人員加強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)以及對(duì)醫(yī)療器械的嚴(yán)格消毒。醫(yī)務(wù)人員在診療護(hù)理患者過程中，經(jīng)常接觸患者的體液，特別是標(biāo)記物陽性的患者在穿刺、注射、創(chuàng)傷性檢查等中污染的銳器，都有可能造成對(duì)醫(yī)務(wù)人員的損傷，以致通過破損的皮膚造成感染。所以，此時(shí)醫(yī)務(wù)人員就要根據(jù)患者的檢測結(jié)果，進(jìn)行有針對(duì)性的處理。在患者做創(chuàng)傷性檢查以及手術(shù)時(shí)，對(duì)于陽性血液污染的器械，醫(yī)務(wù)人員要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的消毒，以消除對(duì)其他患者交叉感染的可能，但是常規(guī)檢測方法大多采用酶免的方法，對(duì)于ELISA檢測HBsAg,抗? HCV陰性的標(biāo)本，HBV?DNA以及HCV?DNA檢測陽性率分別為3.23％，0.19％［2］。技術(shù)靈敏度的限制，當(dāng)病毒處于窗口期時(shí)，將會(huì)造成漏檢。如果獻(xiàn)血員在獻(xiàn)血時(shí)體內(nèi)病毒處于窗口期，將會(huì)漏檢，患者輸入該獻(xiàn)血員的血有可能將會(huì)造成感染；或者患者在輸血前體內(nèi)病毒正處于窗口期，當(dāng)機(jī)體抵抗力下降時(shí)，病毒大量復(fù)制而發(fā)病，也誤認(rèn)為由于輸血造成的感染。目前用于丙肝篩選的方法均采用抗? HCV ELISA檢測，該方法第二代檢測試劑“窗口期”為82 d，第3代為70 d，而HCV?RNA檢測大約為11 d～13 d，HCV?cAg為12 d～14 d［3］。所以，有必要開發(fā)高效價(jià)的試劑盒以及更加敏感特異的方法，盡量縮短病毒檢測的窗口期，提高患者病原體的檢出率，有效預(yù)防經(jīng)血傳播疾病?？傊訌?qiáng)輸血安全的保障體系，可以有效預(yù)防經(jīng)血傳播性疾病的發(fā)生。同時(shí)，對(duì)輸血前患者的經(jīng)血傳播病原體的常規(guī)檢測，減少輸血后感染造成的醫(yī)療糾紛以及加強(qiáng)醫(yī)務(wù)工作者自我保護(hù)，都具有重要的意義。

參考文獻(xiàn):

［1］　梁曉峰，陳園生，王曉軍，等．中國3歲以上人群乙型肝炎血清學(xué)流行病學(xué)研究［J］．中華流行病學(xué)雜志,2005,26(9)：655?658．

第2篇：遺傳學(xué)的前景范文

簡而言之，以手機(jī)為載體進(jìn)行信息傳播的工具即為手機(jī)媒體。手機(jī)媒體需要以手機(jī)作為信息以及接受的終端，其平臺(tái)就是手機(jī)上網(wǎng)，能在這一平臺(tái)上進(jìn)行各種以音頻、文字以及視頻等形式的內(nèi)容傳播移動(dòng)傳播媒介。手機(jī)媒體有狹義和廣義之分，其廣義的手機(jī)媒體涉及到以往的手機(jī)短信、手機(jī)廣播以及手機(jī)報(bào)紙，同時(shí)也包括了手機(jī)新聞客戶端、手機(jī)視頻、手機(jī)新聞網(wǎng)頁以及社交媒體等各種形式。在通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和普及的當(dāng)今時(shí)代，手機(jī)其實(shí)就是一臺(tái)具有通訊功能的迷你電腦，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)媒體的延伸。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，4G等新技術(shù)受到了廣泛的應(yīng)用，手機(jī)娛樂游戲、新聞傳播、信息服務(wù)以及移動(dòng)虛擬社區(qū)等各種附加功能會(huì)逐漸增加?？梢酝ㄟ^手機(jī)閱讀書籍、收看電視等，手機(jī)就是一張隱形大網(wǎng)，能將眾媒體進(jìn)行整合。

2手機(jī)媒體的特點(diǎn)

1）手機(jī)媒體具有較強(qiáng)的移動(dòng)性和即時(shí)傳播性。手機(jī)在當(dāng)下是非常普及的生活日用品，甚至有“影子媒體”之稱，形容手機(jī)在人們的日常生活中無處不在，并機(jī)不離身。另外，手機(jī)也能將時(shí)間以及空間限制打破，極大縮短新聞的“時(shí)間差”，打破新聞“時(shí)空性”，新聞媒體報(bào)道更快、更新的新目標(biāo)正在實(shí)現(xiàn)。

2）手機(jī)媒體的個(gè)性化傳播和接受模式。因?yàn)榻K端存在固有接收方式的限制，傳統(tǒng)媒體要完全實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制，尚且存在一定的困難，但是手機(jī)媒體就能實(shí)現(xiàn)傳播分眾模式。在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，手機(jī)媒體能對(duì)用戶以及信息進(jìn)行進(jìn)一步的分析和分類，使受眾能接收到自己想要知道，或者喜歡知道的媒體信息。

3）手機(jī)媒體的多形式化。手機(jī)媒體能將文字、音頻、圖片、網(wǎng)頁、視頻、影像、實(shí)時(shí)語音以及電子郵件等功能進(jìn)行整合，使之呈現(xiàn)功能一體化，充分滿足受眾的各種功能，在手機(jī)媒體中能將同一種內(nèi)容整合呈現(xiàn)出不同的形式，以此實(shí)現(xiàn)最大化的傳播效果。

3手機(jī)媒體在新聞傳播學(xué)上的創(chuàng)新意義

1）手機(jī)媒體傳播格局的創(chuàng)新。新舊媒體在內(nèi)容、形式上的融合進(jìn)程，因?yàn)槭謾C(jī)媒體的出現(xiàn)而得到了很大的進(jìn)步和發(fā)展。在傳統(tǒng)媒體的基礎(chǔ)之上，手機(jī)等新興媒體在不斷的壯大；同時(shí)，傳統(tǒng)媒體也對(duì)新興媒體進(jìn)行充分利用和整合，使之為己所用，加快了媒介融合進(jìn)程。

2）手機(jī)媒體的信息傳播與接收方式的創(chuàng)新。隨著手機(jī)功能的不斷增加，大眾傳播成為手機(jī)媒體的一大功能。大眾傳播、人際傳播以及組織傳播被手機(jī)媒體融合為一體，也滲透著自我傳播。手機(jī)媒體既能實(shí)現(xiàn)先行方式傳播，還能實(shí)現(xiàn)非線性方式的點(diǎn)播以及下載，從而使異時(shí)性傳播和實(shí)時(shí)性傳播實(shí)現(xiàn)共存，受眾既可以通過手機(jī)媒體了解當(dāng)前的新聞，又能了解過去的新聞。在手機(jī)媒體的傳播和接收中，受眾對(duì)信息的接受自主性以及選擇性在不斷的加強(qiáng)，人們可以進(jìn)行信息的自由選擇、發(fā)送，能實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)互動(dòng)性。受眾能通過手機(jī)媒體進(jìn)行新聞、電影以及電視等各種多媒體節(jié)目信息的在線收看，還能將其與朋友分享，完成大眾傳播和人際傳播的全面對(duì)接。與互聯(lián)網(wǎng)連接的手機(jī)其互動(dòng)性得到了有效的增強(qiáng)，因?yàn)槠浔旧砭洼^為注重互動(dòng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)新聞信息傳播以及受眾的反饋。比如，人民日?qǐng)?bào)在自己的微博上一條消息，關(guān)注人民日?qǐng)?bào)的微博用戶就能接收到消息，沒有關(guān)注人民日?qǐng)?bào)的用戶也能對(duì)其進(jìn)行檢索，而且還能對(duì)微博進(jìn)行評(píng)論以及轉(zhuǎn)發(fā)，這樣一來，就使用戶以及媒體的供給者之間的互動(dòng)性得到極大的增強(qiáng)。

3）手機(jī)媒體新聞內(nèi)容的創(chuàng)新。手機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代人必備的用品，新聞產(chǎn)品形態(tài)以及內(nèi)容因?yàn)閁GC而得到了極大的豐富，傳統(tǒng)媒體報(bào)紙也能通過手機(jī)報(bào)進(jìn)行簡要報(bào)紙圖文內(nèi)容的發(fā)送，也能將音視頻內(nèi)容在手機(jī)網(wǎng)站上進(jìn)行展示，還能將所要推送的內(nèi)容通過手機(jī)App客戶端進(jìn)行。另外，手機(jī)廣播也增加了和受眾溝通的渠道，能隨時(shí)通過手機(jī)廣播App客戶端進(jìn)行廣播信號(hào)的接受，還能任意收聽各種網(wǎng)絡(luò)廣播電臺(tái)節(jié)目，同時(shí)也可以進(jìn)行廣播微信公眾號(hào)的關(guān)注。而手機(jī)電視的創(chuàng)新和發(fā)展，其傳統(tǒng)的線性傳播方式缺點(diǎn)也得到了改進(jìn)，能對(duì)電視直播進(jìn)行隨時(shí)隨地的收看。傳統(tǒng)媒體已經(jīng)打破了傳統(tǒng)新聞報(bào)道形式以及傳媒界原有的界限，各種傳播媒介的在不斷實(shí)現(xiàn)深度融合，當(dāng)前的媒體進(jìn)行全媒體運(yùn)營中心的建立，也注重各方面資源的調(diào)度，受眾也能在全新聞形態(tài)產(chǎn)品的展現(xiàn)下，得到更為全面的感官體驗(yàn)。手機(jī)網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了2G、3G，到現(xiàn)在的4G，新聞信息的接收也因?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及手機(jī)媒體的發(fā)展越來越便捷，不斷出現(xiàn)“自媒體”“全媒體”等信息傳播渠道。用戶自制以及專業(yè)新聞生產(chǎn)共同承擔(dān)起了監(jiān)視環(huán)境的社會(huì)責(zé)任。

4手機(jī)媒體在新聞傳播學(xué)上的發(fā)展前景

手機(jī)媒體是目前為止所有媒體形式中最快捷、最方便、最具有普及行的媒體平臺(tái)，有著非常巨大的發(fā)展空間。隨著手機(jī)各項(xiàng)功能的多樣化和科技化，手機(jī)的“媒體”地位也逐漸得以體現(xiàn)。現(xiàn)如今手機(jī)微博、手機(jī)博客、手機(jī)支付、手機(jī)視頻以及各種和生活息息相關(guān)的手機(jī)App讓人們的生活越來越便捷、越來越舒適，手機(jī)媒體儼然已成為了人們生活中不可或缺的一部分。由于手機(jī)媒體的便捷性和及時(shí)性，使手機(jī)媒體在社會(huì)新聞的傳播中往往能夠搶先傳統(tǒng)媒體，在未來的發(fā)展中手機(jī)媒體必將成為新聞傳播的首選媒介，尤其是在重大自然災(zāi)害預(yù)警和重大突發(fā)事件的處理等方面，這種需要第一時(shí)間讓大眾了解的新聞方面，手機(jī)媒體將更能體現(xiàn)它的價(jià)值所在。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)技術(shù)也向著更加智能化、個(gè)人化和科技化的方向發(fā)展。4G大戰(zhàn)的硝煙未散，5G爭奪的號(hào)角，已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)悄然奏響。無線技術(shù)的更迭帶給人們最直接的感受可以總結(jié)為一個(gè)字——“快”，那么未來的5G依然還是簡單的、速度上的慣性升級(jí)嗎？ITU（國際電信聯(lián)盟）給出的答案是：5G，不再單純地強(qiáng)調(diào)峰值速率，除此之外最少會(huì)帶來如下八個(gè)方面的改變：峰值速率達(dá)到20Gbit/s；終端用戶獲得的有效速率在100Mbit/s～1000Mbit/s；時(shí)延縮短至最少1ms；移動(dòng)性可支持最高500km/h；連接密度最高可支持100萬鏈接/平方千米（面向廣連接場景）；能源效率節(jié)省100倍；頻譜效率提升5～15倍。5G時(shí)代的到來，為手機(jī)媒體的發(fā)展前景提供了無限的可能性，在新聞傳播體驗(yàn)上畫面感覺更清晰，接受信息更迅速及時(shí)，獲取方式更自由等等。在通信領(lǐng)域流行一句話，1G、2G解決了人與人的連接，3G、4G完成了人與物的連接。而對(duì)于5G，業(yè)內(nèi)人士和專家已經(jīng)對(duì)萬物皆可聯(lián)的生活場景達(dá)成了基本共識(shí)。正如中國移動(dòng)研究院副院長黃宇紅的描述是：未來5G將像我們的神經(jīng)系統(tǒng)一樣，將為鏈接萬物提供一個(gè)安全可靠的網(wǎng)路，是突破物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。而以手機(jī)作為載體的手機(jī)媒體也將隨之得到空前的發(fā)展，并最終成為人們?nèi)粘Ｉ钪蝎@取信息的重要途徑。

5總結(jié)

手機(jī)媒體的普及，使受眾與大眾傳媒接觸的要求降低，受眾在多媒體信息多渠道傳播下，有更多的自我選擇，能對(duì)新聞傳媒信息進(jìn)行大量的接受。新聞媒介內(nèi)部，手機(jī)媒體需要和通訊公司相互合作才能得到更好的發(fā)展，盡管兩者之間有共同的利益，但是兩者在利益分配和理念融合等方面的還存在一定問題，而這些問題對(duì)手機(jī)媒體的長遠(yuǎn)發(fā)展有著較為深刻的影響。在當(dāng)前這樣一個(gè)新媒體不斷出現(xiàn)的時(shí)代，受眾群體越來越專業(yè)化和細(xì)致化，媒體應(yīng)該提升自身素養(yǎng)，對(duì)自身的新媒體能力不斷提高，以此利用新媒體不斷獲取信息，以此創(chuàng)造一個(gè)有利于新媒體健康發(fā)展的良好環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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第3篇：遺傳學(xué)的前景范文

遺傳學(xué)是一門年輕的學(xué)科又是一門發(fā)展十分迅速的學(xué)科，是以基因?yàn)橹行难芯可锏倪z傳、變異和進(jìn)化規(guī)律的科學(xué)，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)十分活躍的帶頭學(xué)科。

目前，它的分支幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了生物學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域，成為生物科學(xué)的中心了。遺傳學(xué)是生物科學(xué)的核心，這提供了一個(gè)框架，使生命的多樣性及其過程在其中被理解為一個(gè)理性的統(tǒng)一體。其研究方向具有綜合性、交叉性、前沿性和適應(yīng)性，我國科研和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)遺傳學(xué)專業(yè)人才的要求越來越大。主要到高等醫(yī)學(xué)院校和醫(yī)學(xué)科研機(jī)構(gòu)等部門從事遺傳學(xué)相關(guān)學(xué)科的教學(xué)、科學(xué)研究及其與臨床相結(jié)合的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作。

就業(yè)方向：

第4篇：遺傳學(xué)的前景范文

關(guān)鍵詞：光遺傳學(xué)；上轉(zhuǎn)換納米粒子；近紅外光轉(zhuǎn)換器；光調(diào)控；離子通道；生理活動(dòng)

0引言

精準(zhǔn)調(diào)控生物分子以及生理過程，對(duì)于理解疾病的發(fā)生發(fā)展和實(shí)施有效的治療具有重大意義[1-2]。而離子通道作為細(xì)胞膜的主要成分，對(duì)于神經(jīng)、肌肉等其它系統(tǒng)的電生理信號(hào)的傳導(dǎo)和整合起到關(guān)鍵作用，它的活化或功能障礙會(huì)影響正常生理及病理進(jìn)程，比如大腦思維，肌肉收縮和離子通道病[3-5]。目前，常用于離子通道調(diào)控的策略有以下幾種：(1)化學(xué)分子作用，如離子通道激活劑或阻斷劑；(2)基因工程干預(yù)，如特異性地表達(dá)、敲除或沉默目的基因來影響通道蛋白的活性；(3)物理電刺激，作用于特定的電壓門控離子通道[6-9]。盡管這些方法都取得了一定的進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用中依然存在著許多挑戰(zhàn)。例如，化學(xué)藥物隨血液循環(huán)的非識(shí)別性積累及作用難以避免，這極大地限制了調(diào)控的空間分辨率[10]。再者，化學(xué)或遺傳擾動(dòng)的不可逆性也阻礙了實(shí)際調(diào)控的時(shí)間準(zhǔn)確性[7]。此外，盡管電學(xué)模式的物理刺激，尤其是對(duì)于深部大腦刺激而言，顯示出很好的時(shí)空準(zhǔn)確性和應(yīng)用價(jià)值。但是，實(shí)際操作中需要高侵入性地在深層腦組織植入電極或芯片，會(huì)造成潛在的臨床不良反應(yīng)[11-12]。

因此，迫切需要開發(fā)精度高、損傷小的調(diào)控膜離子通道的有效技術(shù)。近年來，使用光來控制生物分子和生理過程已引起了廣泛關(guān)注[13-15]。其中一種新興的被稱作光遺傳學(xué)的生物技術(shù)被應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，并且能高選擇性地，甚至在毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率下實(shí)現(xiàn)神經(jīng)功能的操控[16-18]。更重要的是，通過基因工程對(duì)光敏視紫紅質(zhì)離子通道蛋白進(jìn)行改造，使其在離子特異性以及光譜響應(yīng)性2個(gè)方面進(jìn)一步多樣化。這為推動(dòng)光遺傳學(xué)在更復(fù)雜的生物體系應(yīng)用的提供了機(jī)會(huì)，不僅在體外單細(xì)胞水平，還在自由活動(dòng)動(dòng)物上對(duì)腦回路介導(dǎo)的行為學(xué)進(jìn)行調(diào)控[19-22]。然而，盡管這些技術(shù)取得了令人矚目的成就，但目前報(bào)道的光敏感視紫紅質(zhì)蛋白，或其它用于膜通道調(diào)節(jié)的光遺傳學(xué)工具主要是在可見光區(qū)工作。由于可見光組織穿透性不足，生物體吸收和散射嚴(yán)重，這些因素極大地限制了光遺傳學(xué)在體內(nèi)應(yīng)用[18，23-25]。雖然有研究報(bào)道通過光學(xué)纖維或微型發(fā)光二極管植入可以做到深層腦組織刺激，但這種高度侵入性的手段會(huì)引起一定的安全隱患[26-27]。由此，開發(fā)新的光遺傳學(xué)技術(shù)，使其能夠在活體條件下無(微)創(chuàng)地、有效地調(diào)控深層部位膜通道具有重要意義。

值得注意的是，科學(xué)家們目前為實(shí)現(xiàn)體內(nèi)有效的光遺傳學(xué)刺激做出了多方面努力，其中將光敏離子通道蛋白激發(fā)波長移至近紅外窗口(＞700nm)被認(rèn)為有利于更深的組織穿透能力[24，28-29]。比如通過基因工程化的策略，目前不同突變視紫紅質(zhì)離子通道蛋白的響應(yīng)光譜已經(jīng)從藍(lán)光紅移到黃光，甚至紅光區(qū)域，但這些光遺傳學(xué)體系仍局限在可見光波長范圍內(nèi)(表1)[30-31]。此外，通過使用近紅外光響應(yīng)納米材料作為光轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步原位刺激光遺傳學(xué)工具，可以增強(qiáng)光穿透能力進(jìn)而調(diào)控離子通道的活性[32-34]。其中，鑭系元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換納米粒子作為獨(dú)特的光學(xué)材料被選為潛在的光納米轉(zhuǎn)換器。該材料具有將近紅外光(如980或808nm)轉(zhuǎn)換為紫外、可見或近紅外區(qū)域的多種發(fā)射的性能(表2)，鑒于其較少的散射和更深的組織滲透深度，已被廣泛地應(yīng)用于生物成像和納米醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域[35-39]?；诖?，近年來人們將鑭系元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換納米粒子與各種光敏離子通道蛋白結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了近紅外上轉(zhuǎn)換的光遺傳學(xué)調(diào)控，并取得了顯著的研究成果[32，40-41]。

因此，我們聚焦于生物醫(yī)學(xué)研究中將近紅外上轉(zhuǎn)換納米轉(zhuǎn)換器用于光遺傳學(xué)調(diào)控的最新成果。首先，我們對(duì)特定功能的上轉(zhuǎn)換納米平臺(tái)與光敏離子通道蛋白結(jié)合的策略進(jìn)行了總結(jié)；其次，詳細(xì)地介紹了上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)的廣泛應(yīng)用以及可改進(jìn)的技術(shù)；最后，關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)該技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化并克服當(dāng)前挑戰(zhàn)提出了建議和展望。

1開發(fā)上轉(zhuǎn)換納米粒子介導(dǎo)的近紅外光遺傳學(xué)平臺(tái)

通過匹配不同光敏視蛋白的激活波長，選擇適當(dāng)?shù)纳限D(zhuǎn)換納米粒子作為近紅外光轉(zhuǎn)換器，這種組合策略可以靈活地實(shí)現(xiàn)特定離子通道的激活。2011年，Deisseroth等[53]在一項(xiàng)專利申請(qǐng)中首先提出了這個(gè)理念，并列舉了各種上轉(zhuǎn)換納米粒子與細(xì)胞膜上光響應(yīng)視蛋白表達(dá)的神經(jīng)元組合并進(jìn)行光調(diào)控的方法。在2013年，Han等在一項(xiàng)基金申請(qǐng)里介紹了用于體內(nèi)神經(jīng)元無光纖操控的上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)設(shè)計(jì)。此后在2015年，不同研究團(tuán)隊(duì)分別報(bào)道了在體外體內(nèi)成功地實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)調(diào)控的研究[54-55]。

例如，Yawo等[40]使用藍(lán)色發(fā)光(發(fā)射峰在450和480nm)的上轉(zhuǎn)換納米材料NaYF4∶Yb/Sc/Tm@NaYF4，在近紅外976nm激光照射下，可以有效地激活PsChR離子通道，并產(chǎn)生明顯的動(dòng)作電位；另外，利用發(fā)出綠光(550nm)的NaYF4∶Sc/Yb/Er作為近紅外光轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而可用于激活表達(dá)細(xì)胞中的C1V1或mVChR1離子通道蛋白(圖1)。進(jìn)一步地研究還證明，結(jié)合上轉(zhuǎn)換納米粒子的光遺傳學(xué)調(diào)控效果顯示了刺激的時(shí)間和功率依賴性。但是，該研究仍有待改進(jìn)空間，比如上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率，納米材料的生物安全性等方面。

(1)將上轉(zhuǎn)換納米粒子嵌入細(xì)胞可生長的膜載體。如圖2a所示，Lee等[54]制備了上轉(zhuǎn)換納米材料(NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4)混合嵌入聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)聚合物的薄膜。這種0.5mm厚的薄膜不僅可用于神經(jīng)元接觸培養(yǎng)，還可以用作光遺傳學(xué)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)平臺(tái)，將近紅外激光轉(zhuǎn)換為藍(lán)光，隨后激活表達(dá)有藍(lán)色光敏通道視紫紅質(zhì)的蛋白(ChR2)的神經(jīng)元。更關(guān)鍵地是，該體系通過1、5和10Hz的980nm脈沖激光刺激，實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)分辨率的神經(jīng)元活化響應(yīng)。此外，Yawo等[40]比較分析了不同接觸式細(xì)胞光遺傳學(xué)調(diào)控平臺(tái)的效率。根據(jù)圖2b所示，方法一將上轉(zhuǎn)換納米粒子與神經(jīng)元直接接觸，而方法二在二者之間采用玻片間隔。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種方法均以激光功率依賴性的方式顯示出光刺激下向內(nèi)性的膜電流響應(yīng)。但是，在相同的近紅外激發(fā)功率下，方法一的效率明顯高于方法二，說明需要將上轉(zhuǎn)換納米材料盡可能靠近地放置于光敏通道蛋白的位置，因?yàn)楣庾拥墓β拭芏扰c距離的平方成反比。

(2)將上轉(zhuǎn)換納米粒子制成微光極。Shi等[57]首先將UCNPs包裝到玻璃微光極中，制成可植入的光轉(zhuǎn)換器將近紅外能量轉(zhuǎn)換為可見光，然后刺激具有不同ChRs表達(dá)的神經(jīng)元(圖2c)。這些微型光學(xué)器件顯示出極好的長期生物相容性，并且可以遠(yuǎn)程控制腦功能的調(diào)節(jié)，甚至用于復(fù)雜的動(dòng)物行為學(xué)操控。

(3)直接利用細(xì)胞或生物體組織攝取上轉(zhuǎn)換納米粒子(圖2d)。該方法在目前研究中最為常用，將功能修飾的上轉(zhuǎn)換納米粒子與所要調(diào)控的細(xì)胞孵育，或者直接通過注射的方式進(jìn)入特定組織器官，待納米粒子被有效攝入后，進(jìn)行近紅外激光照射并實(shí)現(xiàn)光遺傳學(xué)調(diào)控。這種策略不僅可以達(dá)到亞細(xì)胞層面的精準(zhǔn)光調(diào)控，而且在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)方面也易于實(shí)施。但是，局限也很突出，比如難以操作，生物安全患等方面。

2近紅外上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)體系在生物功能調(diào)控方面的應(yīng)用進(jìn)展

近紅外上轉(zhuǎn)換納米技術(shù)和光遺傳學(xué)的結(jié)合，從原理上克服了體內(nèi)常用光遺傳學(xué)研究中遇到的局限性，包括激發(fā)光的低穿透性或者光源植入的侵入性，為神經(jīng)細(xì)胞或非神經(jīng)體系中膜離子通道的調(diào)控提供了巨大的機(jī)會(huì)[32]。這種靈活的光學(xué)操控技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得了一系列成果，并進(jìn)一步證明了其更廣泛的適用性(表3)[34，69-70]?？紤]到生物的內(nèi)在復(fù)雜性，到目前為止，上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)及其他調(diào)控技術(shù)，在詳細(xì)闡明基本的生理、病理方面的探索仍然處于最初期階段。因此，下面將著重討論目前在不同生物模型上，采用近紅外上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)調(diào)節(jié)膜離子通道、鈣信號(hào)以及相關(guān)生物學(xué)活性方面的研究進(jìn)展。

2.1神經(jīng)細(xì)胞膜電位

將光活性蛋白用于刺激活化或抑制神經(jīng)活動(dòng)是近年來神經(jīng)學(xué)研究中的一大創(chuàng)新。這種光遺傳手段由于具有較低的侵入性并且能夠在時(shí)間與空間尺度精確地調(diào)節(jié)神經(jīng)活動(dòng)，因而在神經(jīng)學(xué)研究中具有較為廣闊的應(yīng)用前景[23]。

早在2015年，Lee等[54]報(bào)道了通過UCNP進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié)的應(yīng)用。該研究中視紫紅質(zhì)離子通道蛋白通過生物工程的手段表達(dá)于神經(jīng)元細(xì)胞中，在近紅外光(980nm)的照射下，這些神經(jīng)元能夠在毫秒范圍內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)的神經(jīng)脈沖信號(hào)。在之后的研究中，科研人員設(shè)計(jì)并制備了一系列發(fā)光性質(zhì)不同的UCNPs，用于不同光敏離子通道的活化[15，31]。譬如，Han等[41]設(shè)計(jì)制備了IR806染料敏化的UCNP，通過800nm的近紅外光激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅光響應(yīng)離子通道(ReaChR)的調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)中，染料敏化的UCNP被包覆于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜中，用于海馬神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)。這些神經(jīng)細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)精確的時(shí)空調(diào)節(jié)，以光強(qiáng)度依賴性地方式被激活并產(chǎn)生神經(jīng)信號(hào)。除此之外，在976nm激發(fā)條件下能發(fā)射綠光(550nm)的UCNPs(NaYF4∶Sc/Yb/Er@NaYF4)也被用于刺激離子通道C1V1或mVChR1以產(chǎn)生光電流。而對(duì)于表達(dá)PsChR的神經(jīng)元，則可以通過發(fā)射藍(lán)光的UCNPs(NaYF4∶Sc/Yb/Tm@NaYF4)實(shí)現(xiàn)近紅外光遺傳學(xué)刺激。上轉(zhuǎn)換納米材料可調(diào)的光學(xué)性質(zhì)和不同光敏離子通道蛋白的靈活搭配為近紅外光遺傳學(xué)體系提供了豐富多樣的選擇，極大地促進(jìn)了后續(xù)在動(dòng)物模型上的生理、病理研究。

2.2鈣信號(hào)通路

不同于常見報(bào)道的UCNP-ChR體系，Zhou和Han等[55]展示了另一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒的近紅外光遺傳學(xué)平臺(tái)，被稱作“Opto-CRAC”(圖3a)。Opto-CRAC在細(xì)胞和活體環(huán)境中，通過近紅外光照射而發(fā)出藍(lán)光的UCNPs(NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4)作用于經(jīng)基因工程改造的光敏鈣離子通道蛋白，既可以選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)鈣離子的流入以及受此過程調(diào)控的基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫炎癥反應(yīng)(圖3(b～d))。通過對(duì)光信號(hào)的調(diào)節(jié)(如激光的脈沖、強(qiáng)度)，該體系的光遺傳模塊LOVSoc能夠可逆地產(chǎn)生持久且周期變化的鈣離子信號(hào)。更為重要的是，Opto-CRAC介導(dǎo)的光致鈣離子信號(hào)通路活化可以引發(fā)免疫細(xì)胞的特異性生理響應(yīng)。通過使用近紅外光激活光控-鈣通道，可以促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的成熟及抗原的呈遞，進(jìn)而刺激T細(xì)胞的活化。通過這種手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞信號(hào)通路進(jìn)行的精確操作，進(jìn)而調(diào)控下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，方便其在動(dòng)物生理/病理研究中發(fā)揮作用。

此外，斑馬魚活體模型廣泛用于生命醫(yī)藥領(lǐng)域，比如生物造影，診斷治療及生理病理研究[61]。目前，關(guān)于近紅外光遺傳學(xué)調(diào)控在斑馬魚模型中的可行性研究被Xing等[62]報(bào)道。該工作巧妙地設(shè)計(jì)了808nm激發(fā)的上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子通道ChR2的調(diào)節(jié)以及鈣離子介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控(圖4)。更為重要的是，該體系揭示了在體外和活體條件下，通過近紅外光介導(dǎo)的離子通道的調(diào)節(jié)可引起細(xì)胞的凋亡，具有進(jìn)一步在腫瘤治療方面的應(yīng)用前景。

2.3線蟲行為學(xué)

除了能對(duì)細(xì)胞膜離子通道進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)外，在改進(jìn)上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)研究方面，Zhang等[58]通過利用準(zhǔn)連續(xù)波的近紅外激發(fā)手段，提高了上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率并在表達(dá)ChR2的線蟲體內(nèi)成功地實(shí)現(xiàn)光遺傳學(xué)神經(jīng)信號(hào)及行為學(xué)調(diào)控(圖5(a，b))。最近的一項(xiàng)研究中，Gao等[67]采用線蟲模型，借助近紅外激發(fā)綠光發(fā)射的UCNP對(duì)表達(dá)有Crimson光敏離子通道的不同神經(jīng)元(運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元或中間神經(jīng)元)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線蟲多種運(yùn)動(dòng)行為的控制(圖5c)。這些工作不僅揭示了增強(qiáng)UCNP的多光子發(fā)光效率的可能性，還通過近紅外光使線蟲產(chǎn)生了受觸動(dòng)刺激的反應(yīng)，展現(xiàn)出近紅外光光遺傳學(xué)這種非侵入性調(diào)控策略在不同活體動(dòng)物模型應(yīng)用上的優(yōu)勢和靈活性。

2.4鼠神經(jīng)活性及行為學(xué)

鼠類模型在生化、醫(yī)藥研究中作為一種最為普遍的動(dòng)物模型，對(duì)于光遺傳學(xué)的轉(zhuǎn)化研究更具價(jià)值[30]。盡管深層組織的光學(xué)刺激在鼠類模型中很大程度上需要特殊的光學(xué)設(shè)施，以及復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)手術(shù)操作，但隨著光遺傳學(xué)和上轉(zhuǎn)換納米技術(shù)的發(fā)展，通過近紅外光進(jìn)行小鼠腦部功能的光遺傳學(xué)調(diào)控已經(jīng)成為可能。

Shi等[63]報(bào)道了一種基于UCNP的微型光極器件實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程光學(xué)控制小鼠腦部神經(jīng)元(表達(dá)有多種視蛋白如ChR2或C1V1)的目標(biāo)(圖6)。機(jī)械激光投射系統(tǒng)通過發(fā)出的近紅外光，可以有效地控制鼠的不同腦部區(qū)域的功能并產(chǎn)生神經(jīng)脈沖活動(dòng)，譬如腦部紋狀體，中腦腹側(cè)蓋區(qū)以及視覺皮層。值得注意的是，在另一項(xiàng)工作中，Shi等[63]還通過設(shè)計(jì)制備不同光譜特征的UCNPs，實(shí)現(xiàn)了體外與體內(nèi)條件下，神經(jīng)細(xì)胞的多重刺激或抑制。上轉(zhuǎn)換光遺傳技術(shù)在小鼠神經(jīng)活動(dòng)刺激研究中的成功應(yīng)用，極大地促進(jìn)了基礎(chǔ)生理調(diào)控以及神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。

另外，McHugh及Liu[66]探究了將UCNPs作為光遺傳調(diào)節(jié)器以微侵入注射式的方法調(diào)控小鼠腦部深層神經(jīng)元功能的可能性(圖7)。該研究中，近紅外介導(dǎo)的光遺學(xué)傳刺激能夠引發(fā)腦部腹側(cè)被蓋區(qū)域多巴胺的釋放。在此基礎(chǔ)上，通過刺激腦部內(nèi)側(cè)隔核的抑制性神經(jīng)元，可以誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)振蕩。更為重要的是，研究中這種上轉(zhuǎn)換光遺傳體系還可以抑制癲癇小鼠海馬體中的興奮性神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)記憶恢復(fù)，展現(xiàn)了其在神經(jīng)疾病治療方面的巨大潛力。

除了腦部神經(jīng)活動(dòng)調(diào)控，上轉(zhuǎn)換光遺傳體系還被成功地應(yīng)用于小鼠的脊柱神經(jīng)調(diào)節(jié)并用以控制小鼠的行為活動(dòng)。Shi等[61]用聚丙烯以及UCNP制成光極器件，植入小鼠脊柱不同部位中(圖8)。這些小鼠在已麻醉的情況下，通過近紅外光的刺激，可以由肌電圖觀測到其腿部肌肉的活動(dòng)。而自由活動(dòng)的小鼠，在光的刺激下其運(yùn)動(dòng)行為還能被有效地抑制。這種柔性器件與上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)的結(jié)合，還展現(xiàn)出較好的生物相容性。在長達(dá)4個(gè)月的植入期內(nèi)未引起明顯的炎癥，適用于動(dòng)物行為學(xué)的長期跟蹤研究。

3近紅外上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)技術(shù)存在的問題及改進(jìn)策略

盡管上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)前景廣闊，但目前仍然面臨著納米粒子生物安全性低，近紅外光上轉(zhuǎn)換效率低，以及持續(xù)照射引起的熱效應(yīng)顯著等挑戰(zhàn)[32，71]。為了解決這些問題，科學(xué)家們已經(jīng)從各方面入手來改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)更高效，更精確地生物功能調(diào)控，并進(jìn)一步使未來的臨床轉(zhuǎn)化研究成為可能。

3.1提高上轉(zhuǎn)換效率

首先，上轉(zhuǎn)換納米材料的量子效率低是實(shí)現(xiàn)有效地光遺傳學(xué)調(diào)控的最大限制因素。到目前為止，在低于100W·cm-2的激發(fā)光功率密度下，近紅外到可見光上轉(zhuǎn)換效率最高僅約為5%，而考慮到實(shí)際應(yīng)用中，生物機(jī)體對(duì)于輻射暴露的最大允許劑量(例如980nm，皮膚組織MPE(maximumpermissibleexposure)＜1W·cm-2)的限制，通常上轉(zhuǎn)換效率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1%[72]。對(duì)此，許多研究團(tuán)隊(duì)提出了增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換效率的不同策略，包括合成核-殼結(jié)構(gòu)或表面修飾來控制局部環(huán)境的猝滅效應(yīng)，利用敏化劑/活化劑來改善能量轉(zhuǎn)移效率，以及通過激發(fā)光源的工程化來促進(jìn)光子轉(zhuǎn)移等[73-74]。

將增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的策略進(jìn)一步應(yīng)用于光遺傳學(xué)調(diào)控的研究已有報(bào)道。Shi和Wang研究團(tuán)隊(duì)[65]最近通過合成核-殼-殼納米結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化Yb3+離子的摻雜含量，實(shí)現(xiàn)了3倍于傳統(tǒng)核-殼結(jié)構(gòu)納米粒子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)，并將其進(jìn)一步開發(fā)為一種可植入的光學(xué)傳感器，用于對(duì)表達(dá)eNpHR氯離子通道的小鼠大腦活性及行為學(xué)進(jìn)行光遺傳學(xué)抑制。另外，Prasad等[59]在一項(xiàng)近紅外光遺傳學(xué)的工作中應(yīng)用了新型的核-殼型上轉(zhuǎn)換納米粒子(NaYbF4∶Tm@NaYF4)，這種材料的發(fā)光強(qiáng)度比傳統(tǒng)NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4納米體系發(fā)光約高出6倍。此外，Zhang團(tuán)隊(duì)[58]通過使用準(zhǔn)連續(xù)波作為激發(fā)光源來進(jìn)行光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅提高了上轉(zhuǎn)換藍(lán)光發(fā)射，還降低了潛在的熱效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了有效的光遺傳神經(jīng)調(diào)控。

3.2控制熱效應(yīng)

利用近紅外上轉(zhuǎn)換技術(shù)可以有效地激活深層組織中的光敏膜離子通道。但應(yīng)該指出的是，大部分上轉(zhuǎn)換納米粒子在980nm激光照射下可能會(huì)導(dǎo)致局部組織的熱損傷[72]。為了避免這種熱效應(yīng)，在實(shí)際上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)調(diào)控中，大部分的研究只能通過合理控制激光的功率以及照射時(shí)間來控制。除此以外，將上轉(zhuǎn)換激發(fā)波長從980nm移至800nm，在很大程度上降低了機(jī)體組織水的熱響應(yīng)，可以極大地減少激光引起的熱刺激[75]。例如，在Han等[64]的報(bào)道中，使用染料敏化的核/殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換材料，可以在800nm近紅外光照射下激活海馬神經(jīng)元中的離子通道蛋白(ReaChR)。

3.3改善生物相容性

在生物醫(yī)學(xué)乃至臨床應(yīng)用中，無機(jī)金屬納米材料在體內(nèi)的生物相容性或潛在毒性是一個(gè)重要的問題[76]。迄今為止，尚無詳盡的報(bào)道涉及上轉(zhuǎn)換納米粒子本身或用于表面功能化的相關(guān)試劑和配體的刺激性及長期毒性的研究，如免疫反應(yīng)和誘變作用。但可以證實(shí)的是，上轉(zhuǎn)換納米材料的形貌尺寸、化學(xué)組成及表面修飾都影響其在體外和體內(nèi)的安全性[76-80]。有一些常規(guī)的策略可以在一定程度上降低上轉(zhuǎn)換納米體系的毒性，比如制備超小尺寸納米粒子(＜10nm)以增強(qiáng)生物清除率[81]；選擇合適的配體進(jìn)行表面修飾，例如聚乙二醇(PEG)、二氧化硅(SiO2)等安全性高的生物功能修飾劑；再者，通過增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光進(jìn)而降低納米材料的使用濃度，也是一種解決劑量依賴的毒性問題行之有效的方法[82-83]。另一方面，由于生物體本身沒有光遺傳學(xué)工具，而通過病毒或聚合物的基因轉(zhuǎn)染手段在體內(nèi)表達(dá)光敏蛋白也具有一定的安全性顧慮。

3.4實(shí)現(xiàn)特異性調(diào)控

盡管通過上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)在神經(jīng)元或非神經(jīng)元調(diào)節(jié)方面取得了初步成功，但是目前在實(shí)際應(yīng)用中光控生理功能的效率還受限于調(diào)控的精確性。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)光遺傳學(xué)工具的離子選擇性。目前廣泛使用的光敏感視紫紅質(zhì)蛋白，尤其是陽離子通道蛋白(例如ChRs)，其激活后對(duì)Ca2+、Na+或K+等的細(xì)胞內(nèi)流缺乏選擇性，因此難以做到精準(zhǔn)控制生理信號(hào)。對(duì)于如何解決離子選擇性問題，有以下兩種可能的策略：一是對(duì)已有的ChRs進(jìn)行基因工程改造，得到具有高離子選擇性的突變體，但至今還鮮有相關(guān)報(bào)道；二是結(jié)合其他現(xiàn)有的光遺傳學(xué)技術(shù)，構(gòu)建離子選擇性好的光遺傳學(xué)工具。例如，基于特異性的Ca2+通道激活釋放的光遺傳學(xué)平臺(tái)(Opto-CRAC)，在體外和體內(nèi)都體現(xiàn)出優(yōu)秀的Ca2+信號(hào)調(diào)節(jié)能力[55，84]；另外，近年來報(bào)道的熱敏離子通道(TRPs)也極具潛力，有望實(shí)現(xiàn)高選擇性的Ca2+信號(hào)調(diào)控。

(2)光遺傳學(xué)調(diào)控的細(xì)胞/組織特異性。許多在細(xì)胞層面上的光遺傳學(xué)研究表明，上轉(zhuǎn)換納米轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近膜離子通道蛋白，可顯著提高光子能量轉(zhuǎn)移的效率，對(duì)調(diào)控效果產(chǎn)生重要影響。目前已報(bào)道了不同的策略，被用于將上轉(zhuǎn)換納米粒子盡可能特異地連接在光敏蛋白表達(dá)的細(xì)胞膜上(圖9)。其中包括抗原-抗體結(jié)合的策略，將UCNPs定位于細(xì)胞表面，還可以通過糖代謝標(biāo)記技術(shù)來共價(jià)連接。

而在動(dòng)物層面，目前通過使用靶向的光基因遞送技術(shù)，如細(xì)胞/組織特異性慢病毒感染等可以實(shí)現(xiàn)特異性的光遺傳學(xué)調(diào)控[85-87]。但在實(shí)際的神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中，需要借助于腦定位注射來實(shí)現(xiàn)精確光遺傳學(xué)基因及上轉(zhuǎn)換納米體系在目的組織區(qū)域表達(dá)。由于大腦結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難保證操作的精準(zhǔn)度，這在光遺傳學(xué)研究中也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

(3)納米粒子靶向性。除此以外，上轉(zhuǎn)換納米粒子的靶向能力是遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞/組織特異性離子通道的另一個(gè)限制因素[88-89]。例如，在深層腦區(qū)的光遺傳學(xué)操作中，納米粒子難以有效通過血腦屏障(BBB)，因而只能通過注射的方法來輸送上轉(zhuǎn)換納米顆粒。這種策略不僅增加了創(chuàng)傷性，還有可能引入一些潛在的不良反應(yīng)。因此，開發(fā)完全無創(chuàng)的、可血液遞送的上轉(zhuǎn)換納米平臺(tái)，進(jìn)而能夠用于腦部的近紅外光遺傳學(xué)體系將是未來研究的一大方向。

3.5標(biāo)準(zhǔn)化上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)設(shè)備

最后，除了對(duì)上轉(zhuǎn)換納米轉(zhuǎn)換器和光遺傳學(xué)工具的改進(jìn)之外，可靠的光學(xué)調(diào)控儀器以及信號(hào)記錄設(shè)備在實(shí)際的上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)應(yīng)用也亟待開發(fā)。迄今為止，用于上轉(zhuǎn)換材料光學(xué)表征的大多數(shù)儀器都是實(shí)驗(yàn)室個(gè)人定制。此外，在動(dòng)物模型中用于近紅外激光介導(dǎo)的光遺傳刺激、監(jiān)測的專用儀器也非常有限[90-91]。因此，目前的上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)研究的穩(wěn)定性和重復(fù)性還不盡人意，亟待研發(fā)商用的、標(biāo)準(zhǔn)化的儀器(例如光譜儀，刺激器，顯微成像系統(tǒng)及膜片鉗設(shè)備等)?？傮w而言，由于近紅外上轉(zhuǎn)換光遺傳學(xué)是一個(gè)多學(xué)科、高度交叉的領(lǐng)域，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的任何建設(shè)性合作與整合都將有利于該技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

第5篇：遺傳學(xué)的前景范文

關(guān)鍵詞：遺傳學(xué)；創(chuàng)新思維；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815066

收稿日期：2020-06-25

基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019XYB378，2019XYB372）；吉林大學(xué)本科創(chuàng)新示范課程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019XSF055）

作者簡介：胡軍，男，博士。研究方向：遺傳學(xué)和玉米遺傳育種方面的教學(xué)和科研；通信作者都興林，男，博士，教授，院長。研究方向：水稻遺傳育種方面的教學(xué)和科研。

引言

遺傳學(xué)是研究生命的遺傳與變異的科學(xué)，生物體性狀的傳遞和變異，基因的組織與表達(dá)，群體基因的結(jié)構(gòu)與分子進(jìn)化等無數(shù)讓人感興趣的科學(xué)問題的聚合，構(gòu)成了一門生命科學(xué)中的重要學(xué)科——遺傳學(xué)[1]。同時(shí)，遺傳學(xué)還是一門與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)科學(xué)，遺傳學(xué)理論可以指導(dǎo)植物、動(dòng)物和微生物育種工作，加速育種進(jìn)程，提高育種工作的成效。遺傳學(xué)與醫(yī)學(xué)也有著密切的關(guān)系，開展人類遺傳性疾病的調(diào)查研究，探索癌細(xì)胞的遺傳機(jī)理，可為保健工作提出有效的診斷、預(yù)防和治療措施，因此無論是理論研究還是生產(chǎn)實(shí)踐，遺傳學(xué)都具有十分重要的作用[2]。

近20a來，步入“功能基因組時(shí)代”的遺傳學(xué)展現(xiàn)了巨大的新的生命力，利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，系統(tǒng)全面地分析基因的生物學(xué)功能，使人們對(duì)于遺傳與變異的認(rèn)知在深度和廣度上都有了質(zhì)的飛躍。遺傳學(xué)知識(shí)越來越豐富和復(fù)雜，與其它學(xué)科的結(jié)合與滲透，呈現(xiàn)交叉與前沿化的趨勢，而學(xué)科固有的知識(shí)體系框架亟待發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方式方法、教學(xué)的組織形式與評(píng)價(jià)等方面亟待創(chuàng)新[3]。近年來，隨著高考改革的逐步推進(jìn)，大部分高等院校都采用大類招生的模式，對(duì)于植物生產(chǎn)大類農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)、園藝等專業(yè)而言，生源質(zhì)量和就業(yè)前景有下滑的趨勢。為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和社會(huì)需求，在遺傳學(xué)的教學(xué)過程中強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，培養(yǎng)具有卓越創(chuàng)新能力和優(yōu)良專業(yè)素質(zhì)的高質(zhì)量人才，是適應(yīng)遺傳學(xué)學(xué)科發(fā)展的需要，也是高等教育改革的必然趨勢[4]。

1遺傳學(xué)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用

遺傳學(xué)是吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院面向植物生產(chǎn)大類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及面廣，包括經(jīng)典遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、群體和數(shù)量遺傳學(xué)等若干板塊。概念抽象，知識(shí)體系繁雜，通過本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、邏輯思維和創(chuàng)新思維。經(jīng)典遺傳學(xué)的3大基本遺傳規(guī)律是以遺傳傳遞概率為核心的知識(shí)體系，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评磉^程，孟德爾首先提出了遺傳因子的概念，遺傳因子可以獨(dú)立分離和自由組合，彼此之間互不融合與干擾，顆粒遺傳相對(duì)當(dāng)時(shí)達(dá)爾文泛生論所支持的融合遺傳而言，是創(chuàng)造性的思維[5]。另外，孟德爾所獲得的特定遺傳分類比例都需要觀測較大的樣本數(shù)量，而樣本量較小時(shí)，遺傳比例易受隨機(jī)因素的影響產(chǎn)生較大地波動(dòng)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行生物試驗(yàn)研究時(shí)，應(yīng)具備科學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。生命科學(xué)快速發(fā)展的今天，全基因組的高通量測序所獲得的海量基因信息，沒有適當(dāng)?shù)臄?shù)理統(tǒng)計(jì)方法作為有力的分析工具，將會(huì)寸步難行。

DNA分子結(jié)構(gòu)模型理論提出以后，促使遺傳學(xué)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)入了“快車道”。遺傳學(xué)研究也從揭示個(gè)體性狀遺傳和變異的奧秘，進(jìn)一步深入分子水平研究基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因的作用與性狀的表達(dá)之間的分子機(jī)理。進(jìn)入分子時(shí)代以后，DNA重組技術(shù)、高通量測序技術(shù)、PCR技術(shù)、基因編輯技術(shù)、全基因組關(guān)聯(lián)分析等為代表的眾多新技術(shù)和新方法的突破，使得分子遺傳學(xué)成為遺傳學(xué)科最有生命力和創(chuàng)造力的強(qiáng)勁增長點(diǎn)[6]。群體遺傳學(xué)側(cè)重孟德爾群體中等位基因和基因型頻率等遺傳參數(shù)的變化規(guī)律研究，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐關(guān)系密切。如，玉米是一種產(chǎn)量很高的糧食作物，也可為飼料加工和新能源生產(chǎn)提供原料，玉米種質(zhì)資源種類豐富，科研人員對(duì)全球范圍內(nèi)75份野生、地方特有及遺傳改良的玉米品系進(jìn)行分子水平遺傳多樣性研究，揭示各個(gè)品系之間存在廣泛地染色體結(jié)構(gòu)變異，還發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)具有強(qiáng)烈人工馴化和選擇信號(hào)的基因，這對(duì)于玉米新品種培育具有重要的指導(dǎo)意義[7]。

2教學(xué)過程中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革探索2.1培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維是與習(xí)常性思維相對(duì)應(yīng)的，按現(xiàn)有的程序、現(xiàn)有的模式、現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思維不能稱之為創(chuàng)新思維。思維活動(dòng)是由思維結(jié)構(gòu)所決定的，在長期學(xué)習(xí)和生活過程中所學(xué)習(xí)的知識(shí)和方法，所形成的觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成了思維結(jié)構(gòu)的基本要素，這些要素是逐步累積于大腦之中的，這種思維結(jié)構(gòu)有其穩(wěn)固性和延續(xù)性，往往導(dǎo)致因循守舊的思維定勢[8]。在教學(xué)過程中，應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生思維活動(dòng)的批判性，對(duì)傳統(tǒng)的思維模式或傳統(tǒng)的理論體系不斷地進(jìn)行反思與批判，反思前人設(shè)定的界限，突破舊有的或現(xiàn)有的知識(shí)框架，才能有所創(chuàng)新，創(chuàng)新思維的養(yǎng)成是一個(gè)在肯定中否定，在否定中不斷開拓前進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，即教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用懷疑的、批判的視角去審視前人的研究成果[9]。通過聯(lián)想、想象和類比等發(fā)散性思維方式，找尋事物之間原以為不存在的聯(lián)系，基于現(xiàn)實(shí)又超越現(xiàn)實(shí)，克服事物屬性的差異，讓思維在不同類屬事物間自由跨越。如，基因突變是自然界廣泛存在的一類現(xiàn)象，前蘇聯(lián)的遺傳學(xué)家瓦維洛夫提出了遺傳變異的同源系列法則，該學(xué)說認(rèn)為了解到一個(gè)作物內(nèi)具有的變異類型，可以預(yù)見在近緣的其它作物中也存在相似的變異類型，該學(xué)說現(xiàn)在得到了基因組學(xué)分子層面的證實(shí)，通過這個(gè)案例可以引導(dǎo)學(xué)生在更高的認(rèn)知層次對(duì)基因突變的特征進(jìn)行再認(rèn)識(shí)。

2.2轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念

傳統(tǒng)形式上的教學(xué)是教師傳授知識(shí)，學(xué)生接受知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的深度、廣度、范圍是以教師為中心，以知識(shí)為本位的，而學(xué)生處于被動(dòng)地位。這種傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)不利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，教學(xué)過程應(yīng)該是教與學(xué)雙方的一個(gè)積極互動(dòng)，是一個(gè)相互依存、不可分割的有機(jī)整體[10]。以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)的教學(xué)，不再是教師的“一言堂”，教師應(yīng)該努力營造一個(gè)學(xué)生思維活躍、暢所欲言，充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造精神的課堂氛圍，啟迪學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，教師和學(xué)生一起分析問題、解決問題。鼓勵(lì)學(xué)生積極獨(dú)立地提出問題比解決問題更重要，對(duì)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)造性想象力的訓(xùn)練價(jià)值是巨大的[11]。就遺傳學(xué)課程的教學(xué)而言，不以教授遺傳學(xué)知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量多少為優(yōu)劣，對(duì)遺傳學(xué)的學(xué)習(xí)不再只停留在概念的記憶和原理的理解層面，采用案例式教學(xué)等方法將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)整合成一個(gè)案例，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決遺傳學(xué)問題的能力[12]。還可以給學(xué)生提供一些科學(xué)史或遺傳學(xué)領(lǐng)域的名人傳記等素材，了解前人做出重大科學(xué)貢獻(xiàn)時(shí)所處的時(shí)代背景、科研環(huán)境，在繼承前人的知識(shí)基礎(chǔ)之上，學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟前輩科學(xué)家思考科學(xué)問題、解決科學(xué)問題的方式，進(jìn)而儲(chǔ)備挑戰(zhàn)未知科學(xué)問題的創(chuàng)新能力[13]。

2.3激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望

如果創(chuàng)新活動(dòng)有趣且讓學(xué)生感興趣，那么學(xué)生一定會(huì)積極地參與進(jìn)來，并且能抽出課余時(shí)間來完成各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目。動(dòng)機(jī)和情感是保障學(xué)生持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的必要條件，其可以保證學(xué)生以一種富有意義的方式來獲取創(chuàng)新活動(dòng)所需要的知識(shí)與技能[14]。根據(jù)教育心理學(xué)原理，教師應(yīng)該關(guān)注學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性學(xué)習(xí)或研究的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，動(dòng)機(jī)的重要性在于其涉及學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的自我認(rèn)知，在教師的引導(dǎo)下學(xué)生追求個(gè)人興趣和能力提升時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種尋求并克服創(chuàng)新挑戰(zhàn)的本能傾向，進(jìn)而激勵(lì)學(xué)生去做那些本來不一定要做的事情[15]。教師創(chuàng)設(shè)與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的問題情景，如，在介紹細(xì)胞的遺傳學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)時(shí)，正常細(xì)胞的有絲分裂過程是將遺傳物質(zhì)均等地分配到子細(xì)胞中，2個(gè)子細(xì)胞均獲得與親細(xì)胞相同的遺傳信息拷貝。而在一些特殊情況下，細(xì)胞的有絲分裂會(huì)出現(xiàn)異常，如果蠅幼蟲唾腺細(xì)胞中的染色體不分裂導(dǎo)致多線染色體的產(chǎn)生，細(xì)胞有絲分裂檢查點(diǎn)的功能缺陷與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)，就上述問題更深一層次的機(jī)制機(jī)理可讓學(xué)生課后分組查詢相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行延伸閱讀，學(xué)生間、師生間相互討論。每個(gè)人都有自己看待科學(xué)問題的獨(dú)特視角，互相啟發(fā)會(huì)將彼此的思維導(dǎo)向一個(gè)新的領(lǐng)域，在具有創(chuàng)造性的過程中滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程的情感需要，收獲友誼感與成就感。

2.4在科研實(shí)踐中提升創(chuàng)新能力

實(shí)踐出真知，荀子說：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之?！奔执髮W(xué)年度“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)工作一般在6月中下旬完成，與大二年級(jí)學(xué)生遺傳學(xué)課程春季授課時(shí)間相符，在課堂上引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)投入到科研實(shí)踐中去，積極申報(bào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。同時(shí)也會(huì)針對(duì)項(xiàng)目申報(bào)中的一些具體問題在課間或課后與同學(xué)進(jìn)行交流，如研究方向的確定、學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的檢索、方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的開展、數(shù)據(jù)的處理、項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施等。筆者從事玉米遺傳育種科研工作，在課堂上也會(huì)介紹課題組的科研進(jìn)展，科研過程中的收獲與經(jīng)驗(yàn)。如，在講述近交與雜交的遺傳效應(yīng)時(shí)，玉米雜交種自交會(huì)使后代基因分離，群體性狀分化，出現(xiàn)自交衰退，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入玉米育種試驗(yàn)地考察玉米自交早代分離群體的性狀表現(xiàn)；在交流的過程中，對(duì)玉米遺傳育種感興趣并意愿從事相關(guān)研究的學(xué)生，指導(dǎo)其申報(bào)學(xué)校與玉米遺傳育種相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。如，作為指導(dǎo)教師帶領(lǐng)2014級(jí)農(nóng)學(xué)專業(yè)的5位學(xué)生進(jìn)行玉米數(shù)量性狀的遺傳效應(yīng)分析與配合力測定試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在《中國農(nóng)學(xué)通報(bào)》[16，17]和《黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)》[18]等專業(yè)期刊上。如，在植物雄性不育性的利用及物種的形成方式等具體章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程中，針對(duì)授課學(xué)生的專業(yè)性質(zhì)，以我國雜交水稻之父袁隆平院士和小麥遠(yuǎn)緣雜交育種奠基人李振聲院士為例，介紹其科研成就，勉勵(lì)學(xué)生向本專業(yè)領(lǐng)域的榜樣學(xué)習(xí)，在科研實(shí)踐的廣闊舞臺(tái)上發(fā)揮自身的聰明才智，磨礪品行，增長才干，做出成績。

2.5更加科學(xué)合理的考核方式

鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)及課程的考試也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。不應(yīng)該沿襲以往的卷面成績占總評(píng)成績大部分比例的考核方式，閉卷考試的成績比重應(yīng)在50%左右，提高平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績的占比。平時(shí)成績可以參考出勤情況、章節(jié)的作業(yè)考評(píng)、查閱最新外文文獻(xiàn)并綜述形成小論文的成績、教學(xué)過程中提出問題和分析問題等專題討論時(shí)的課堂表現(xiàn)等。當(dāng)然，教師也應(yīng)充分理解學(xué)生憑借已有的知識(shí)和能力水平在創(chuàng)造性的思維過程中出現(xiàn)的不足，乃至錯(cuò)誤，從不足和錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)有時(shí)還能獲得更好的教學(xué)效果。期末的卷面考試中降低選擇、判斷等客觀題的占比，不讓學(xué)生形成應(yīng)付期末考試時(shí)死記硬背標(biāo)準(zhǔn)答案的思維習(xí)慣，而且以為標(biāo)準(zhǔn)答案就是唯一的、最佳的，在教育中充滿必然的結(jié)論是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的扼制[19]。提高無標(biāo)準(zhǔn)答案主觀題的占比，如論述3大遺傳學(xué)規(guī)律的實(shí)質(zhì)，并談?wù)劽系聽柡湍柛l(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)的規(guī)律給予的啟發(fā)；再如芭芭拉·邁克林托克發(fā)表玉米“跳躍基因”的研究論文時(shí)，不被當(dāng)時(shí)主流遺傳學(xué)家接受，認(rèn)為簡直是天方夜談，請(qǐng)談淡其所發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)座因子的科研價(jià)值以及其事跡對(duì)從事科學(xué)研究的啟迪等。實(shí)驗(yàn)課的成績考評(píng)除了參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告以外，要更加重視實(shí)驗(yàn)操作者的過程性和規(guī)范性，以及在綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的綜合表現(xiàn)。

第6篇：遺傳學(xué)的前景范文

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)主要課程 人體解剖學(xué)、組織學(xué)與胚胎學(xué)、正常人體形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)、病原生物學(xué)與免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)、生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、神經(jīng)生物學(xué)、細(xì)胞與分子免疫學(xué)、分子遺傳學(xué)、分子病理學(xué)、內(nèi)科學(xué)、外科學(xué)、婦產(chǎn)科學(xué)、兒科學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué);普通心理學(xué)、醫(yī)學(xué)倫理學(xué);基本原理、思想道德修養(yǎng)、法律基礎(chǔ);英語、高等數(shù)學(xué)、醫(yī)用物理學(xué)、化學(xué)等。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)就業(yè)前景 不得不說，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)的就業(yè)面是非常廣的，而且薪資待遇也是比較豐厚。但也要求本專業(yè)畢業(yè)生具有較全面的綜合素質(zhì)、較強(qiáng)的創(chuàng)新精神、較好的學(xué)習(xí)能力以及外語和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。學(xué)生畢業(yè)后可以在高等醫(yī)學(xué)院校和醫(yī)學(xué)科研機(jī)構(gòu)等部門從事基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)各學(xué)科的教學(xué)、科學(xué)研究及基礎(chǔ)與臨床相結(jié)合的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作。如此看來，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)的就業(yè)前景還是很廣闊的。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)能力 1.掌握基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的基本理論、基本知識(shí);

2.掌握醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)方法和操作技術(shù);

3.具有基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的基本能力;

4.熟悉基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)工作的基本原理和方法;

5.熟悉臨床醫(yī)學(xué)基本知識(shí)并了解臨床醫(yī)學(xué)的新進(jìn)展和新成就;

6.掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法，具有一定的科學(xué)研究和實(shí)際工作能力。

第7篇：遺傳學(xué)的前景范文

遺傳病種類繁多且各有其特點(diǎn)，若純粹照本宣科，介紹其臨床表現(xiàn)、發(fā)病率、遺傳學(xué)基礎(chǔ)等往往使得課堂氣氛沉悶，課堂教學(xué)缺乏生機(jī)與活力且效率不高。因此，教師在教學(xué)中可以采取結(jié)合臨床病例進(jìn)行討論的教學(xué)方法。如在講授血友病時(shí)，通過播放一部香港電影《地久天長》中的片段，使學(xué)生產(chǎn)生一個(gè)懸念，劇中的青年作家小富為什么經(jīng)常受傷，為什么有生命危險(xiǎn)?從而希望知道這是一種怎樣的疾病?發(fā)病機(jī)制是什么?遺傳方式是什么?怎樣去治療?帶著這一系列的問題，我們的講解就會(huì)吸引學(xué)生的注意力，使其仔細(xì)聽講。最后，我們解開謎底，這是一種叫血友病(hemophilia)的遺傳性疾病，主要包括血友病A、B、C，是一類遺傳性凝血功能障礙的出血性疾病，主要臨床表現(xiàn)是反復(fù)自發(fā)性或在輕微損傷后出血不止。血友病A、B、C的發(fā)病機(jī)制分別是由于第VⅢ凝血因子、第Ⅸ凝血因子及第Ⅺ凝血因子的遺傳性缺乏。再結(jié)合我校遺傳資源庫中相關(guān)家系的臨床資料，讓學(xué)生參與，在教師的指導(dǎo)下繪制系譜，總結(jié)系譜特征。討論中要求每位同學(xué)將自己學(xué)習(xí)到的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)知識(shí)及收集到的有關(guān)資料進(jìn)行整理、綜合和分析，最后經(jīng)過推理得出自己的結(jié)論。從系譜分析中可以看出血友病A和B都是X連鎖隱性遺傳病，幾乎全部發(fā)生在男性身上，而血友病C為常染色體隱性遺傳病，男女均可患病，若臨床遇到女性血友病患者，應(yīng)考慮為血友病C。該病的治療主要是輸入人血漿中提煉或通過重組技術(shù)合成的凝血因子，但到目前為止，血友病無法根治、會(huì)伴隨終身。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)臨床病例與理論知識(shí)比較，有其直觀性，生動(dòng)性的特點(diǎn)，具有吸引力，在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課中采用理論知識(shí)與臨床實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法可以使學(xué)生利用很短的時(shí)間就把抽象的概念和過程理解掌握。在教學(xué)中既活躍了課堂氛圍，又拓展了學(xué)生的思維，同時(shí)加強(qiáng)了學(xué)生的職業(yè)情感教育。但這種教學(xué)方法要求我們?cè)趥湔n時(shí)精選與教學(xué)內(nèi)容緊密相扣的典型突出的病例，其次要注意的是在病例討論時(shí)要將重點(diǎn)放在該病的遺傳基礎(chǔ)及發(fā)病機(jī)制上，而講解患者的臨床表現(xiàn)及特征不應(yīng)花費(fèi)過多的時(shí)間。

適時(shí)關(guān)注科技動(dòng)態(tài)，拓寬知識(shí)視野

使學(xué)生了解學(xué)術(shù)研究的最新成果、最新進(jìn)展，可以不斷充實(shí)豐富教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在課堂上學(xué)到更多的知識(shí)，并且啟迪心智，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探索高科技領(lǐng)域的創(chuàng)新熱情。如在講授人類基因組計(jì)劃(HGP)時(shí)，結(jié)合后基因組計(jì)劃中工業(yè)基因組學(xué)可以給學(xué)生介紹20世紀(jì)90年代英國羅斯林研究所的科學(xué)家利用體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)培養(yǎng)出來“多利羊”的簡要過程，接著提出“是否可以克隆人”的問題，在課堂上展開討論，同時(shí)可以給學(xué)生介紹克隆技術(shù)的應(yīng)用前景。通過“多利”這一案例的應(yīng)用，學(xué)生興趣盎然，情緒高漲，發(fā)言積極踴躍。而在多基因遺傳病的教學(xué)中，結(jié)合我校皮膚病研究所先后發(fā)現(xiàn)白癜風(fēng)、麻風(fēng)病等復(fù)雜皮膚病易感基因，引出復(fù)雜疾病的基因定位、克隆有關(guān)的關(guān)聯(lián)分析，以及連鎖分析，以及當(dāng)前科學(xué)界公認(rèn)的搜尋復(fù)雜疾病易感基因最為有效的研究方法之一———全基因組關(guān)聯(lián)分析(genomewideassociationstudy，GWAS)等多基因遺傳病的研究方法。實(shí)踐證明，通過發(fā)生在身邊的最新科研動(dòng)態(tài)來激發(fā)學(xué)生對(duì)本學(xué)科的關(guān)注和熱愛，有助于豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，彌補(bǔ)教材相對(duì)滯后的不足，不僅可以滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)的渴求，開拓學(xué)生的視野，開啟學(xué)生的智慧，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，還有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

第8篇：遺傳學(xué)的前景范文

關(guān)鍵詞：  胎兒  性別鑒定  x-連鎖遺傳   聚合酶鏈反應(yīng)(PCR) 

    前言

    迄今,已發(fā)現(xiàn)的x連鎖遺傳病有200多種。包括x連鎖隱性遺傳病和x連鎖顯性遺傳病。常見的x連鎖隱性遺傳病有血友病、紅綠色盲、假肥大型肌營養(yǎng)不良（DMD），先天性丙種球蛋白缺乏癥等。此類病的致病基因由攜帶者母親傳給兒子。攜帶者女性與正常男性所生的男孩一半發(fā)病，一半正常，而女孩表型一般正常，為預(yù)防患兒出生，可保留女胎，流產(chǎn)男胎。而x連鎖顯性遺傳病遺傳性腎病、抗維素D佝僂病，男性患者與正常女性結(jié)婚，兒子正常，女兒都患病，通過性別鑒定，可保留男胎，流產(chǎn)女胎[1]。產(chǎn)前胎兒性別早期鑒定具有重要的社會(huì)意義。

    二、胎兒性別鑒定的標(biāo)本種類  目前用于細(xì)胞遺傳學(xué)性別鑒定的標(biāo)本有多種。（1）羊水：可以在妊娠16-20周，經(jīng)羊膜腔穿刺抽取10ml左右，收集羊水細(xì)胞。（2）絨毛膜細(xì)胞：可以在妊娠6-12周，經(jīng)陰道取絨毛膜細(xì)胞。（3）臍帶血：可以通過在B超引導(dǎo)下抽取臍帶血[2]。（4）孕婦母親外周血：近來有人發(fā)現(xiàn)采集6-41周孕婦母親外周血5ml-10ml，進(jìn)行連續(xù)密度梯度離心富集胎兒紅細(xì)胞[3]。

     三、胎兒性別鑒定的方法：目前關(guān)于胎兒性別鑒定的方法主要有五種。（一）傳統(tǒng)的顯微鏡細(xì)胞染色質(zhì)分析法[1,4]此種方法將胎兒細(xì)胞通過特殊甲苯胺蘭染色液或硫堇染色液和阿的平染色液染色，觀察細(xì)胞內(nèi)有無X、Y染色體。核膜的內(nèi)緣有無一塊染色較深、大小為1 um左右呈半月形的小塊，緊靠核膜，即為x小體。如果細(xì)胞核中有一發(fā)熒光的圓形或橢圓形的亮點(diǎn)，有如初秋夜空的北斗星，直徑約0.3um，即為Y小體，Y小體陽性診斷為男胎。此種方法不需要特殊的儀器，但結(jié)果受取材中細(xì)胞數(shù)、培養(yǎng)與染色效果及觀察細(xì)胞的數(shù)量有關(guān)，不易標(biāo)準(zhǔn)化，靈敏度不高。（二）B超技術(shù) 這種技術(shù)較為安全，通過B超儀直接觀察胎兒的生殖器，此方法有較高的準(zhǔn)確性，但要求胎兒發(fā)育程度較高，生殖器基本形成，妊娠達(dá)4個(gè)月以上。（三）核型分析技術(shù) 通過收集羊水細(xì)胞并對(duì)其人工培養(yǎng)，進(jìn)行染色體顯帶，性染色體XX型為女性；XY型為男性。此方法取材不方便，有較大的風(fēng)險(xiǎn)，且費(fèi)時(shí)，必須由訓(xùn)練有素的人員完成。(四)熒光原位雜交技術(shù) (FISH) 有人根據(jù)母胎之間存在有微量血液交換，母親體內(nèi)存在有胎兒來源的有核紅細(xì)胞，而且胎兒紅細(xì)胞的形態(tài)、核形、胞漿著色與母親紅細(xì)胞不同，并有特異的血紅蛋白γ和ε鏈，通過X、Y染色體特異熒光標(biāo)記探針可鑒定胎兒紅細(xì)胞是來源于男性胎兒還是女性胎兒。此方法的特異性可達(dá)100%，靈敏度隨孕齡增加而增加[5]。但此方法需要較昂貴的流式細(xì)胞分析儀，操作也不易掌握，只有特定的科研人員能完成。但也有人[6]認(rèn)為從母親外周血中抽取胎兒細(xì)胞進(jìn)行產(chǎn)前診斷的可能性很小,因?yàn)樘?母轉(zhuǎn)移細(xì)胞數(shù)少，僅占母親細(xì)胞的0.0035%-0.008%胎兒有核紅細(xì)胞到達(dá)母體需要的妊娠的時(shí)間也在10周以上。（五）PCR（聚合酶鏈反應(yīng)）技術(shù)  從醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的角度，性別是由個(gè)體性染體組成決定的，其中Y染色體起決定性的作用。這是因?yàn)閅染色體帶有決定因子。

90年代在Y染色體短臂上成功地定位和克隆了性別決定區(qū)（sex determine region of the Y hromosome,SRY）基因[7]，近年來的研究表明，性別的決定與分化是一個(gè)以SRY基因?yàn)橹鲗?dǎo)的多個(gè)基因參與的有序而復(fù)雜的調(diào)控過程，已發(fā)現(xiàn)參與這一過程的基因至少有7種，即SRY，SOX9,某種原因AMH,WT-1,SF-1,DAX-1,MIS基因，這些都為胎兒性別鑒定奠定了分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)。隨著PCR技術(shù)的成熟，許多科研人員試圖應(yīng)用PCR技術(shù)進(jìn)行胎兒性別的鑒定。主要有如下幾種方法：（1）利用羊水或絨毛細(xì)胞，擴(kuò)增Y染色體特異基因片斷如SRY、DYZ-1、DYS14、DAZ進(jìn)行定性分析[8,9]；（2）根據(jù)母親外周中含有少量胎兒細(xì)胞，提取母親外周血有核細(xì)胞（淋巴細(xì)胞），利用特異引物擴(kuò)增Y染色體上特異系列，如果有Y染色體特異系列產(chǎn)物，胎兒即為男性，否則為女性[10]。（3）利用母親外周血血細(xì)胞或血漿，擴(kuò)增X、Y染色體同源性基因如Amelogenin，利用擴(kuò)增片斷電泳條帶數(shù)量進(jìn)行定性分析，兩條帶為男性，一條帶為女性[11]。(4)最近有報(bào)道利用母親外周血漿[12,13]，采用熒光實(shí)時(shí)定量PCR（RQ-PCR）技術(shù)擴(kuò)增Y染色體特異基因片斷如SRY進(jìn)行胎兒性別鑒定的報(bào)道。Vecchione G[3]根據(jù)胎兒外周血血漿基因片段較母親短這一特點(diǎn)，通過一定密度梯度液進(jìn)行分離后，用X染色體短串連重復(fù)序列對(duì)26例進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR分析，結(jié)果與傳統(tǒng)的染色體核型分析一致。

 展望

    建立一種胎兒性別鑒定常規(guī)方法具有重要的社會(huì)意義。作為常規(guī)方法，必須簡單、可靠、實(shí)用，價(jià)廉、安全。在上述諸方法中,無論是B超還是染色體核型分析，需妊娠時(shí)間較長（一般在16周以上），實(shí)施終止妊娠時(shí)，給孕婦身體影響較大[4]。經(jīng)穿刺術(shù)采集標(biāo)本，風(fēng)險(xiǎn)大、操作煩鎖，方法不易掌握，而利用胎兒紅細(xì)胞的方法又因?yàn)槟赣H體內(nèi)胎兒紅細(xì)胞僅占0.0035%-0.008%，存在靈敏度低的缺點(diǎn)。PCR技術(shù)由其技術(shù)原理和特點(diǎn)，在眾多方法中最具有優(yōu)勢，它有較高靈敏度和特異性。但由于PCR敏感性高，會(huì)出現(xiàn)非特異擴(kuò)增，或PCR體系的不合理會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)增失敗，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，但可以通過使用內(nèi)參照或巢式PCR技術(shù)，很好地解決了非特異性擴(kuò)增和假陰性問題[12]。目前報(bào)道中，由于標(biāo)本來源、靶系列位點(diǎn)、引物系列、PCR類型的差異，診斷的特異性和靈敏度、準(zhǔn)確度有所不同。有的研究樣本較少, 關(guān)于性別早期診斷的可靠性還沒見報(bào)道，PCR應(yīng)用于胎兒性別鑒定是一種有前景但技術(shù)尚未成熟，有待進(jìn)步探索。我們課題小組正朝此方向試圖探索進(jìn)行胎兒早期性別鑒定的條件研究。相信，隨著研究的深入，一種安全、無創(chuàng)傷性、較高，且易于標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的成熟PCR方法，將取代傳統(tǒng)方法，真正實(shí)現(xiàn)胎兒早期性別鑒定。

參 考 文 獻(xiàn)

第9篇：遺傳學(xué)的前景范文

齡成為可能。作為表觀遺傳學(xué)重要組成部分的dna甲基化，在機(jī)體生長、發(fā)育、衰老的過程中存在著動(dòng)態(tài)變化過程．通過

檢測dna甲基化改變，有望構(gòu)建與之相關(guān)的年齡變化模式，用以推斷個(gè)體年齡。本文著重介紹dna甲基化水平的改變與

個(gè)體年齡的相關(guān)性及其在判斷個(gè)體年齡方面的前景。

【關(guān)鍵詞】法醫(yī)物證；dna甲基化；年齡推斷；生物體衰老

【中圖分類號(hào)】d9l9．2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】a

【文章編號(hào)】1007—9297(20__)04—0284—05

當(dāng)前在法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，對(duì)個(gè)體年齡的推斷主要是

依據(jù)人類學(xué)方法測量骨骼、牙齒等一些具有年齡相關(guān)

性的檢材．并根據(jù)相關(guān)模型進(jìn)行計(jì)算。分子生物學(xué)的

飛速發(fā)展，開拓了人們的視野。借助于分子生物學(xué)理

論和方法．在細(xì)胞水平、分子水平發(fā)現(xiàn)一些可能與年

齡相關(guān)的遺傳學(xué)改變，如dna損傷修復(fù)能力、端粒的

長度、線粒體片段的缺失、dna甲基化水平、b一半乳糖

苷酶活性以及基因表達(dá)譜等。lll dna甲基化是表觀遺

傳學(xué)(epigenetics)的重要組成部分，在維持正常細(xì)胞

功能、遺傳印記、胚胎發(fā)育以及人類腫瘤發(fā)生中起著重

要作用．在衰老的過程中某些細(xì)胞會(huì)發(fā)生年齡相關(guān)的

變化，121例如某個(gè)cpg島的從頭甲基化會(huì)關(guān)閉一個(gè)基

因，使這個(gè)基因相關(guān)的生理功能喪失：同樣。甲基化的

丟失也會(huì)激活正常情況下沉默的基因．造成不恰當(dāng)?shù)?/p>

異位表達(dá)(ectopic expression)。必須指出，表觀遺傳研

究絲毫沒有降低遺傳學(xué)或基因組學(xué)的重要性，恰恰相

反，表觀遺傳學(xué)是在以孟德爾式遺傳為理論基石的經(jīng)

典遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)母體中孕育的專門研究基因功

能實(shí)現(xiàn)的一種特殊機(jī)制的遺傳學(xué)分支學(xué)科。認(rèn)識(shí)到表

觀基因組在發(fā)育、生長和衰老過程中存在著一個(gè)動(dòng)態(tài)

變化的過程，以及體細(xì)胞的表觀基因組有重新編程的

可能性，有助于我們以新的觀點(diǎn)來探索衰老的機(jī)制，構(gòu)

建年齡變化的模式。本文就dna甲基化與個(gè)體年齡的

相關(guān)性及其在判斷個(gè)體年齡方面的前景進(jìn)行探討。

一

、概述

(一)表觀遺傳學(xué)和dna甲基化

遺傳學(xué)是與表觀遺傳學(xué)(genetic)相對(duì)應(yīng)的概念。

遺傳學(xué)是指基于基因序列改變所致基因表達(dá)水平變

化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等；而

表觀遺傳學(xué)則是指基于非基因序列改變所致基因表

達(dá)水平變化，如dna甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等：表

觀基因組學(xué)(epigenomics)~0是在基因組水平上對(duì)表觀

遺傳學(xué)改變的研究。甲基化是最重要的表觀遺傳修飾

形式。dna甲基化是生物體在dna甲基化轉(zhuǎn)移酶

(dnmts)的作用下，以s一腺苷酰一l一甲硫氨酸(sam)

為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基上去的過程，

dna甲基化多發(fā)生在胞嘧啶，大多在一cpg一序列上。

胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine．

5-mc)。這種dna修飾方式并沒有改變基因序列。但

它調(diào)控了基因的表達(dá)。

哺乳動(dòng)物中．cpg序列在基因組中出現(xiàn)的頻率僅

有l(wèi)％，遠(yuǎn)低于基因組中的其他核苷酸序列。但在基因

組的某些區(qū)域中，cpg序列密度很高，可以達(dá)均值的5

倍以上，成為鳥嘌呤和胞嘧啶的富集區(qū)．形成所謂

cpg島。通常cpg島大約含有500多個(gè)堿基。在哺乳

動(dòng)物基因組中約有4萬個(gè)cpg島，而且只有cpg島

的胞嘧啶能夠被甲基化，cpg島通常位于基因的啟動(dòng)

子區(qū)或是第一個(gè)外顯子區(qū) 。人類基因組中大小為

100～l 000 bp左右且富含cpg二核苷酸的cpg島總

是處于未甲基化狀態(tài)．并且與56％的人類基因組編碼

基因相關(guān)。人類基因組序列草圖分析結(jié)果表明，人類

基因組cpg島約為45 000個(gè)．大部分染色體每1 mb

就有5—15個(gè)cpg島。平均值為每mb含lo．5個(gè)cpg

島，cpg島的數(shù)目與基因密度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。健

康人基因組中．cpg島中的cpg位點(diǎn)通常是處于非甲

基化狀態(tài)，而在cpg島外的cpg位點(diǎn)則通常足甲基化的。這種

甲基化的形式在細(xì)胞分裂的過程中能夠穩(wěn)定的保留。閣基因

調(diào)控元件(如啟動(dòng)子)所含cpg島中的5-mc會(huì)阻礙

[作者簡介]李鑫(1974一)，男，山東淄博人，主檢法醫(yī)師，碩士研究生，主要從事法醫(yī)遺傳學(xué)研究。

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與dna的結(jié)合，所以dna甲基化一

般與基因沉默(gene silence)相關(guān)聯(lián)；而去甲基化

(demethylation)往往與一個(gè)沉默基因的重新激活(re．

activation)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)機(jī)體衰老或呈病理狀態(tài)，特別是

腫瘤發(fā)生時(shí)，抑癌基因cpg島以外的cpg序列非甲

基化程度增加，而cpg島中的cpg則呈高度甲基化，

以至于染色體螺旋程度增加及抑癌基因表達(dá)的丟失。

一般說來，dna的甲基化對(duì)維持染色體的結(jié)構(gòu)、x染

色體的失活、基因印記和腫瘤的發(fā)生發(fā)展都起重要的

作用?！?】

(二)dna甲基化的生物作用及特點(diǎn)

1．dna甲基化與基因表達(dá)

dna甲基化在維持正常細(xì)胞功能、遺傳印記、胚

胎發(fā)育過程以及衰老過程中起著極其重要的作用。研

究表明胚胎的正常發(fā)育得益于基因組dna適當(dāng)?shù)募?/p>

基化。例如：缺少任何一種甲基轉(zhuǎn)移酶對(duì)小鼠胚胎的

發(fā)育都是致死性的。[31此外，等位基因的抑制被印記控

制區(qū)(icrs)所調(diào)控，該區(qū)域在雙親中的一個(gè)等位基因

是甲基化的。17]印記基因的異常表達(dá)可以引發(fā)伴有突

變和表型缺陷的多種人類疾病。甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄

主要通過以下機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。

(1)直接抑制。cpg島甲基化真接干擾tf與調(diào)控

區(qū)dna 的結(jié)合． 例如camp反應(yīng)元件結(jié)合蛋白

(creb)，ap一2，e2f，nfkb等tf不能與相應(yīng)的dna

位點(diǎn)相結(jié)合。但有些tf如sp1，ctf與甲基化和非甲

基化位點(diǎn)都能結(jié)合，這表明甲基化單獨(dú)不足以阻止體

內(nèi)tf與dna相結(jié)合。

(2)間接機(jī)制。近年來發(fā)現(xiàn)一些甲基化dna結(jié)合

蛋白如mdbp1，mdb2以及甲基化cpg結(jié)合蛋白如

mecp1，mecp2與甲基化dna特異結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)

錄。其介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制的程度取決于甲基化密度和啟動(dòng)

子的強(qiáng)度。如低密度甲基化可完全抑制一些弱的啟動(dòng)

子，但對(duì)強(qiáng)的啟動(dòng)子則收效甚微。

(3)dna甲基化還可通過影響染色體結(jié)構(gòu)來抑制

轉(zhuǎn)錄。不僅甲基化啟動(dòng)子區(qū)形成的核小體抑制體外起

始轉(zhuǎn)錄，而且mecp1與甲基化啟動(dòng)子cpg位點(diǎn)結(jié)合

后，可引起染色質(zhì)聚縮成非活性高級(jí)結(jié)構(gòu)，以至于轉(zhuǎn)

錄因子不能與其相結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄。

dna甲基化狀態(tài)并非固定不變．在許多哺乳動(dòng)物

組織內(nèi)，基因組甲基脫氧胞嘧啶水平隨老化而下降，

在鮭魚、小鼠、大鼠、牛與人類的腦、肝臟、大腸粘膜、

心臟和脾臟內(nèi)發(fā)現(xiàn)dna脫甲基化作用。相反，大鼠肺

則不發(fā)生脫甲基化，大鼠。腎內(nèi)甲基脫氧胞苷總含量增

加。這說明甲基化狀態(tài)隨老化而變化，即發(fā)生甲基化

· 285 ·

和脫甲基化，但總的說來，最常見的變化似乎是進(jìn)行

性的脫甲基化。這些變化均可導(dǎo)致隨老化而發(fā)生的基

因表達(dá)變化。

2．dna甲基化與腫瘤的關(guān)系

研究表明，dna甲基化在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起

重要作用。甲基化狀態(tài)的改變是引起腫瘤的一個(gè)重要

因素，這種變化包括dna甲基化總體水平降低和啟

動(dòng)子等基因表達(dá)調(diào)控元件附近的cpg島局部甲基化

水平的異常升高，從而導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定(如染色

體的不穩(wěn)定、可移動(dòng)遺傳因子的激活、原癌基因的表

達(dá))和抑癌基因的不表達(dá)。如果抑癌基因中有活性的

等位基因失活，則發(fā)生癌癥的幾率提高，例如：胰島素

樣生長因子一2(igf一2)基因印記丟失導(dǎo)致多種腫瘤，

如wilm‘s瘤?！?j

3．dna甲基化與基因印記

基因組印記是性細(xì)胞系的一種表觀遺傳修飾，這

種修飾有一整套分布于染色體不同部位的印記中心

來協(xié)調(diào)。印記中心直接介導(dǎo)了印記標(biāo)記的建立及其在

發(fā)育全過程中的維持和傳遞，并導(dǎo)致以親本來源特異

性方式優(yōu)先表達(dá)兩個(gè)親本等位基因中的一個(gè)．而使另

一個(gè)沉默?；蚪M印記是可遺傳的，dna的甲基化在

基因組印記的分子機(jī)理中充當(dāng)重要角色。dna高甲基

化是一個(gè)基因印記抑制信號(hào)，dna甲基化對(duì)控制印記

基因中父子和母子等位基因的不同表達(dá)具有重要作

用。[91

4．人類基因組dna甲基化的特點(diǎn)

dna甲基化的基本特征有：1)數(shù)量多、信息容量

大；2)可遺傳性：有絲分裂時(shí)分化細(xì)胞可以穩(wěn)定地將

甲基化模式傳遞給子代細(xì)胞：3)相對(duì)穩(wěn)定性，即在體

內(nèi)．內(nèi)外環(huán)境短時(shí)間變化不會(huì)引起細(xì)胞基因組甲基化

譜的改變；4)與snp標(biāo)記毗鄰，提供不同層次信息，相

互補(bǔ)充。人類基因組dna甲基化還有自身特點(diǎn)。

(1)時(shí)空特異性。dna甲基化是記錄細(xì)胞分化歷

史、維持組織特異性基因表達(dá)的主要機(jī)制之一。有學(xué)

者認(rèn)為，dna甲基化可能使分化細(xì)胞基因組重新編

程，通過dna 甲基化來控制基因的時(shí)空表達(dá)，調(diào)節(jié)發(fā)

育過程和各種生理反應(yīng)。在不同組織或同一類型細(xì)胞

的不同發(fā)育階段，基因組dna上各cpg位點(diǎn)甲基化

狀態(tài)的差異構(gòu)成基因組dna甲基化譜。組織特異的

dna甲基化譜是哺乳動(dòng)物基因組的一個(gè)顯著特征。

細(xì)胞之間dna甲基化模式的差異是在個(gè)體發(fā)育

的過程中逐步形成的，并在以后的有絲分裂中保持不

變。在胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞的甲基化模式按一定方向

發(fā)生有規(guī)律地變化。成年個(gè)體，組織特異性基因形成組

· 286 ·

織特異性的甲基化模式。隨著年齡增長，基因組dna甲

基化總體水平不斷下降．特定dna片斷的甲基化程度

可以增高或降低。取決于組織細(xì)胞和基因種類。

(2)親緣特異性。在某些基因座，所有組織體細(xì)胞

都選擇性地將親代一方的等位基因甲基化．呈現(xiàn)親緣

依賴的等位基因甲基化模式。

(3)病理特異性。在病理狀態(tài)下，組織細(xì)胞的dna

甲基化譜發(fā)生特異性的改變。dna甲基化改變?cè)谠S多

腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的作用。目前證實(shí)，啟

動(dòng)子高甲基化是腫瘤抑制基因第三種常見的失活途徑。

二、dna甲基化與年齡相關(guān)性

分化細(xì)胞的穩(wěn)定性是高等生物的基本特征之一。

然而，在衰老過程中某些細(xì)胞會(huì)發(fā)生年齡相關(guān)的變

化。例如，某種cpg島的從頭甲基化會(huì)關(guān)閉一個(gè)基因，

喪失與這個(gè)基因相關(guān)的生理功能；同樣．甲基化的喪

失也會(huì)激活正常情況下沉默的基因，造成不恰當(dāng)?shù)漠?/p>

位表達(dá)。2o世紀(jì)8o年代初，wilson等測定了體外培養(yǎng)

的人、田鼠及小鼠成纖維細(xì)胞dna的5 甲基胞嘧啶

含量，發(fā)現(xiàn)均隨細(xì)胞分裂次數(shù)的增加而降低．且下降

速度以人、田鼠、小鼠的次序遞減．而永生化細(xì)胞系的

5 甲基胞嘧啶含量則保持相對(duì)穩(wěn)定。以dna甲基化

酶抑制劑5 氮雜胞苷或5 氮脫氧胞苷處理人二倍

體成纖維細(xì)胞或某些腫瘤細(xì)胞，可使其增殖能力下

降，體外培養(yǎng)壽限縮短。因此，dna甲基化水平也可以

作為細(xì)胞分裂的“計(jì)時(shí)器”。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn)基因組

整體甲基化水平有隨齡降低的趨勢。

在基因組整體甲基化水平降低的同時(shí)，衰老過程

中也伴有個(gè)別基因甲基化水平增高的現(xiàn)象。最早證明

與年齡相關(guān)啟動(dòng)子cpg島的甲基化是人結(jié)腸組織雌

激素受體(estrogen receptor，er)基因，年輕個(gè)體中，幾

乎檢測不到er基因的甲基化，以后，隨齡逐漸升高。

另外。胰島索樣生長因子2(insulinlike growth facror，

igf2)、肌原調(diào)節(jié)蛋白myod1、體覺誘發(fā)電位組分

n33基因啟動(dòng)子cpg島的甲基化水平在正常的結(jié)腸

組織中同樣隨齡升高。tra等用限制性界標(biāo)基因組掃

描技術(shù)對(duì)t淋巴細(xì)胞20__個(gè)基因座的甲基化年齡變

化情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)29個(gè)基因座有變化，其中23

個(gè)增加，6個(gè)降低。也許．這些特定基因的甲基化是更

好的衰老生物學(xué)標(biāo)志。

陳培利等_10]利用人胚肺二倍體成纖維細(xì)胞(hu

man fetal lung diploid fibroblasts。2bs)進(jìn)行體外培養(yǎng)。

發(fā)現(xiàn)其p16基因啟動(dòng)子區(qū)及外顯子i處的dna甲基

化水平隨個(gè)體細(xì)胞代齡的增加而降低。他們首先將

2bs細(xì)胞在體外作常規(guī)傳代培養(yǎng)(規(guī)定3o代齡以內(nèi)為

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

年輕細(xì)胞，55代齡以上為衰老細(xì)胞，在31至54代齡

之問位中年細(xì)胞)。然后用有機(jī)法提取細(xì)胞dna，取各

組dna各llxg加入sinai約40u，25~c酶切過夜(smai

不具備甲基化修飾作用)。然后對(duì)p16基因外顯子i

及13-actin進(jìn)行pcr擴(kuò)增。

ll 二| ’。_ lll

l | _ __?一_l＼

‘l ＼_ _l’ _li ＼

_l＼ il 、

l i、

4 _ li 0_ _l

年輕細(xì)胞中年j田胞老年細(xì)胞

圍1不同代齡2bs細(xì)胞p16外顯于pcr擴(kuò)增條帶的吸光度掃描值【’。

寰1 不同代齡2bs細(xì)胞pl6外丑于l殛i~-actinpcr擴(kuò)增條帶的吸

光度掃描值

組別 n

灃：#以b—actin的值校正后結(jié)果；t檢驗(yàn)，與年輕細(xì)胞相比， p<o．05

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(參見表1)表明，不同代齡2bs細(xì)胞

p16基因外顯子i上的擴(kuò)增產(chǎn)物均低于相對(duì)的未酶切

的b—actin對(duì)照組，且其dna甲基化水平隨代齡的增

加而趨于降低，在年輕細(xì)胞中甲基化水平約為64％．

而在衰老細(xì)胞中僅為24％，降低約40％。在之后的研

究中，陳培利等在以2bs為模型的衰老研究中發(fā)現(xiàn)，

細(xì)胞分裂一次端區(qū)(即端粒)縮短50bp，抑制dna甲

基化則可導(dǎo)致細(xì)胞早衰。?】他們測定了去甲基化處理

后的2bs細(xì)胞的端區(qū)長度．研究表明老年2bs細(xì)胞衰

老表型更加明顯，端區(qū)長度較對(duì)照細(xì)胞縮短，而年輕

細(xì)胞則變化不顯著。從而推斷甲基化的改變可以影響

染色質(zhì)的構(gòu)象，從而可能改變端區(qū)結(jié)合蛋白與dna

的作用l1 1，后者可以進(jìn)一步引起端區(qū)長度改變。

三、dna 甲基化檢測方法

隨著對(duì)甲基化研究的不斷深入，各種各樣甲基化

檢測方法被開發(fā)出來以滿足不同類型研究的要求。

dna甲基化可以從甲基化含量、甲基化水平、甲基化

模式和甲基化圖譜分析等多種途徑進(jìn)行分析。甲基化

含量分析5mc在基因組中所占的總體比例：甲基化水

2 1 8 6 4 2 0

l n n

瓔輟 越

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第13卷(第4期)

平分析單個(gè)cpg胞嘧啶甲基化的發(fā)生率，若同時(shí)分析

多個(gè)cpg位點(diǎn)，則可以制作甲基化水平圖譜；甲基化模

式分析一段單鏈dna上一組cpg的甲基化狀態(tài)組合。

根據(jù)研究目的，甲基化檢測方法分為：基因組整體水平

的甲基化檢測，特異位點(diǎn)甲基化的檢測和尋找新甲基化

位點(diǎn)。從研究所用的處理方法不同分為：基于pcr的甲

基化分析方法；基于限制性內(nèi)切酶的甲基化分析方法；

基于重亞硫酸鹽的分析方法和層析法等。[31以下歸納

總結(jié)了主要的甲基化分析方法以及相關(guān)特性。

(一)基因組整體水平甲基化分析

高效液相色譜柱(hplc)及相關(guān)方法。hplc是一

種比較傳統(tǒng)的方法，能夠定量測定基因組整體水平

dna甲基化水平。它由kuo等1980年[131首次報(bào)道。

過程是將dna樣品先經(jīng)鹽酸或氫氟酸水解成堿基，

水解產(chǎn)物通過色譜柱，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)品比較，用紫外光

測定吸收峰值及其量，計(jì)算5mc／(5mc+5c)的積分面

積就得到基因組整體的甲基化水平。oefner等1992

年提出變性高效液相色譜法(dhplc)用于分析單核

苷酸和dna分子。鄧大君等20__年i141將其改進(jìn)與

pcr聯(lián)用建：立了一種檢測甲基化程度的dhplc分析

方法。將重亞硫酸鹽處理后的產(chǎn)物進(jìn)行差異性擴(kuò)增。

由于原甲基化的在重亞硫酸鹽處理時(shí)仍被保留為胞

嘧啶，因此原甲基化的在pcr擴(kuò)增時(shí)，其變性溫度也

相應(yīng)上升。使pcr產(chǎn)物在色譜柱中保留的時(shí)間明顯延

長．這樣就可以測定出pcr產(chǎn)物中甲基化的情況。

這種方法的最明顯優(yōu)點(diǎn)是：可用于高通量混合樣

本檢測．能夠明確顯示目的片段中所有cpg位點(diǎn)甲基

化的情況．但不能對(duì)甲基化的cpg位點(diǎn)進(jìn)行定位。

其他基因組水平甲基化分析還有sssi甲基轉(zhuǎn)移

酶法，免疫化學(xué)法，氯乙醛法等。各具優(yōu)缺點(diǎn)。

(二)特異性位點(diǎn)的dna 甲基化的檢測

1．甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶(ms—re—pcr／

southern)法

這種方法利用甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶對(duì)甲

基化區(qū)的不切割的特性．將dna消化為不同大小的

片段后再進(jìn)行分析。 這是一種經(jīng)典的甲基化研究方

法，其優(yōu)點(diǎn)是：相對(duì)簡單，成本低廉，甲基化位點(diǎn)明確，

實(shí)驗(yàn)結(jié)果易解釋；

2．甲基化特異性的pcr(ms—pcr)

herman等[161 1996年在使用重亞硫酸鹽處理的基

礎(chǔ)上新建的一種方法。它將dna先用重亞硫酸鹽處

理。這樣未甲基化的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏?，而甲基?/p>

的不變。隨后行引物特異性的pcr。檢測msp擴(kuò)增產(chǎn)

物．如果用針對(duì)處理后甲基化dna鏈的引物能擴(kuò)增

· 287 ·

出片段，則說明該被檢測的位點(diǎn)存在甲基化；若用針對(duì)

處理后的非甲基化dna鏈的引物擴(kuò)增出片段．則說明

被檢測的位點(diǎn)不存在甲基化(見圖2)。[15·17]

． ／

5’衄_{2盈__ 平 盈3． 5-啪__曩墨|_唧h _霉疊__甲3·

— __． —

p1．m ri 一 一

圖2甲基特異性的pcr擴(kuò)增(ms—pcr)示意i莩i。dna經(jīng)重亞硫酸鹽處

理后。以處理后的產(chǎn)物作為模板．加入甲基化特異性的引物(primer 1)

或非甲基化的引物(primer¨)．進(jìn)行特異性的擴(kuò)增(如圖所示)，只有結(jié)

合完全的甲基化或非甲基化特異性引物的片段才能擴(kuò)增出產(chǎn)物。[1s,1

(三)尋找新甲基化位點(diǎn)

1．限制性標(biāo)記基因組掃描(rlgs)

costello等20__年報(bào)道的rlgs[ 81能對(duì)整個(gè)基因

組的甲基化狀態(tài)進(jìn)行分析．發(fā)現(xiàn)新甲基化基因的方

法。這種方法聯(lián)合使用了限制性內(nèi)切酶及二維電泳。

其過程是：先用甲基化敏感的稀頻限制性內(nèi)切酶not

i消化基因組dna，甲基化位點(diǎn)保留，標(biāo)記末端、切

割、行一維電泳，隨后再用更高頻的甲基化不敏感的

內(nèi)切酶切割。行二維電泳，這樣甲基化的部分被切割

開并在電泳時(shí)顯帶，得到rlgs圖譜與正常對(duì)照得出

缺失條帶即為甲基化的可能部位。

2．聯(lián)合甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶的mb(com．

pare—ms)

srinivasan yegnasubramaniant 91 20__年報(bào)道了一

種新方法compare—ms．該法將mbd柱層析法與

ms—re聯(lián)用。互補(bǔ)了各自單用的弊處，能夠快速、敏感

的檢測dna甲基化情況(見圖3)。[19j

四、甲基化型分析的優(yōu)勢以及存在的問題

(一)甲基化作為檢測對(duì)象的優(yōu)勢

1．甲基化型既能反映有關(guān)基因功能狀態(tài)及與此相

連的多種疾病相關(guān)的豐富信息。叉具有簡單的“二元

化”性質(zhì)，即令甲基化為“0”，非甲基化為“1”，就可以進(jìn)

行數(shù)字化處理，便于開展大規(guī)模和自動(dòng)化監(jiān)測分析。

2．dna分子十分穩(wěn)定。有可能將它和dna的snp

分析等置于同一個(gè)技術(shù)平臺(tái)。同時(shí)它又比rna和蛋白

質(zhì)更便于保存和運(yùn)輸。并可對(duì)已經(jīng)石蠟、甲醛或乙醇預(yù)

· 288 ·

_f 簟

圖3 聯(lián)臺(tái)甲基化敏豫性限制性內(nèi)切酶的mbd (compare-ms)示

意圍。用甲基化以外的位點(diǎn)的內(nèi)切酶ia酶)與甲基化敏雅的內(nèi)切酶(b

酶)聯(lián)用．則甲基化的dna鏈不被切開。非甲基化的切開．再行mbd

捕獲存在甲基化位點(diǎn)的dna片段。最后行實(shí)時(shí)pcr擴(kuò)增并分析。f刪

處理的樣本進(jìn)行分析，可以開發(fā)歷史上儲(chǔ)備的病理學(xué)資

料。

(二)存在的問題

目前還未找到dna甲基化改變與年齡之間的精

確的量化關(guān)系式。雖然人們對(duì)個(gè)體細(xì)胞的衰老及其基

因甲基化水平的改變有了初步的了解．但還在研究探

索二者之問的精確的量化關(guān)系。[201對(duì)使用dna甲基

化改變來推斷個(gè)體年齡的大小，仍需要進(jìn)行大量的研

究和調(diào)查。

(三)付諸于實(shí)踐之前還必須解決的問題

1．確定表觀遺傳修飾與特定生理指標(biāo)的相關(guān)性：

2證實(shí)將這些指標(biāo)作為鑒別診斷的潛在可能性和

技術(shù)可行性：

3．通過一定規(guī)模的流行病學(xué)調(diào)查來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)

的表觀遺傳生理及病理發(fā)現(xiàn)在人群中的真實(shí)性。

五、dna甲基化在法醫(yī)學(xué)中判定個(gè)體年齡上的展

望

目前，研究dna甲基化水平改變與個(gè)體年齡的

相關(guān)性尚處于試驗(yàn)階段，但已引起許多學(xué)者的關(guān)注。

人類表觀基因組協(xié)會(huì)(human epigenome con—sortium，

hec)于20__年1o月正式宣布開始投資和實(shí)施人類

表觀基因組 計(jì)劃(human epigenome project，hep)。

dna甲基化已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)的

重要研究內(nèi)容，hep的最終目標(biāo)是就要確認(rèn)這些dna

甲基化位點(diǎn)在人類基因組的分布與頻率，以指導(dǎo)和系

統(tǒng)研究dna甲基化在人類表觀遺傳、胚胎發(fā)育、基因

印記等發(fā)揮的作用。 借助于該計(jì)劃的實(shí)施和分子生

物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在法醫(yī)實(shí)踐中可以通過調(diào)查各年齡

段人群基因組dna甲基化分布以及相關(guān)頻率，建立

相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，將來有望成為法醫(yī)個(gè)體年齡判定的

一項(xiàng)重要的生物學(xué)指標(biāo)。(感謝西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

屬醫(yī)院婦產(chǎn)科、環(huán)境與疾病相關(guān)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭鵬生教授

和顧婷婷同學(xué)的支持和幫助。)

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