盧春花，韋宇拓，白先放，何勇強

《蛋白質(zhì)組學》課程教學實踐與探討

盧春花，韋宇拓，白先放，何勇強

（廣西大學 生命科學與技術(shù)學院，南寧 530004）

《蛋白質(zhì)組學》作為一門新興課程，以細胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)作為研究對象，系統(tǒng)地揭示生命的過程，為疾病的發(fā)病機制、藥物的靶向機制等研究提供了新的思路?！兜鞍踪|(zhì)組學》已經(jīng)在醫(yī)學、藥理學及微生物學等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在該課程教學過程中，作者嘗試采用多元化的教學方法，既介紹最新的領(lǐng)域研究進展和新技術(shù)，又注重以承擔的科研課題為例，讓學生參與到具體的實驗過程中來，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。文中探討了《蛋白質(zhì)組學》教學思路和方法，旨在提高蛋白質(zhì)組學課程的教學質(zhì)量，激發(fā)學生的學習興趣，并提高學生的創(chuàng)新思維能力。

蛋白質(zhì)組學；教學實踐；教學探索；改革

隨著以“人類基因組計劃”為代表的基因組計劃的實施，已有許多物種的基因組被測序，但這些物種的基因組中仍有大量基因的功能是未知的。因此，基因的注釋與功能確認已成為生命科學面臨的重要任務之一［1－2］。自1994年澳大利亞學者Wilkins等人［3］首先提出蛋白質(zhì)組的概念以來，蛋白質(zhì)組學的研究已逐步成為后基因組學時代基因功能分析的重要組成部分。蛋白質(zhì)組學是研究細胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的組成及其活動規(guī)律的一門學科，與以往蛋白質(zhì)化學的研究不同，《蛋白質(zhì)組學》研究的對象不是單一或少數(shù)的蛋白質(zhì)，它注重的是動態(tài)性、全面性和整體性。這種從全景式角度對生命活動的功能執(zhí)行者——蛋白質(zhì)進行深入系統(tǒng)的研究，有助于揭示生命的本質(zhì)，而且對于研究疾病機制、診斷和治療方法均具有重要的意義。目前，蛋白質(zhì)組學技術(shù)及研究方法，已經(jīng)廣泛應用于諸多研究領(lǐng)域。例如，癌癥、糖尿病等病因的醫(yī)學領(lǐng)域，藥物的藥理學研究領(lǐng)域，以及細菌及致病因子的微生物學研究領(lǐng)域［4］；特別是隨著液相串聯(lián)質(zhì)譜（LC－MS）以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)組學的研究擴展到了亞細胞組學和轉(zhuǎn)錄后修飾層面，涌現(xiàn)出如膜蛋白質(zhì)組學、磷酸化蛋白質(zhì)組學等新興研究內(nèi)容，對于我們深層次了解細胞結(jié)構(gòu)和功能有極其重要的意義［5］。

因此，在功能基因組時代開設《蛋白質(zhì)組學》課程，對學生學習蛋白質(zhì)組學的理論知識與研究技術(shù)、全面了解該領(lǐng)域的前沿動態(tài)，為今后開展科學研究具有重要的意義。經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前在國內(nèi)外大學和科研機構(gòu)已經(jīng)建立了一定規(guī)模的蛋白質(zhì)組學專業(yè)隊伍和機構(gòu)，配備了以雙向電泳分離技術(shù)為代表的蛋白質(zhì)分離技術(shù)、生物質(zhì)譜鑒定技術(shù)與生物信息學數(shù)據(jù)處理等蛋白質(zhì)組學研究主要支撐平臺，近年來國內(nèi)外大學陸續(xù)開設了蛋白質(zhì)組學課程。在這樣的時代背景下，通過依托廣西大學生命科學與技術(shù)學院蛋白質(zhì)組學平臺的技術(shù)資源，本學院為高年級本科學生開設了《蛋白質(zhì)組學》選修課程。在綜合考慮該學科具有前沿性、理論與實踐高度結(jié)合等特點的前提下，結(jié)合教學資源實際情況，通過合理編排教學內(nèi)容、有效的教學組織方式，我們順利開設了《蛋白質(zhì)組學》課程。在教學過程中，我們注重授課內(nèi)容的合理編排，積極探索有效的教學組織方式［6］，取得了較好的教學效果，并積累一定的經(jīng)驗，同時，也發(fā)現(xiàn)了存在的不足之處，并在此基礎(chǔ)上形成一些新的設想。

1 主要授課內(nèi)容與教學組織方式

根據(jù)國內(nèi)外各研究所及高校對蛋白質(zhì)組學課程的教學安排，結(jié)合我校的教學條件，本著幫助學生學習蛋白質(zhì)組學知識體系、了解蛋白質(zhì)組實驗技術(shù)及其應用的教學目的，合理安排教學內(nèi)容，開展教學實踐。

1.1 熟悉課程背景知識

課程的開始，我們首先通過介紹蛋白質(zhì)組學的產(chǎn)生背景、發(fā)展歷史、研究內(nèi)容以及應用前景等，讓學生對課程有初步了解，明確學習的目的，同時也激發(fā)學生的學習興趣。這部分教學主要以多媒體授課為主，從蛋白質(zhì)組學產(chǎn)生的時代背景及發(fā)展歷程，到基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學等各種組學概念及研究內(nèi)容的學習，了解蛋白質(zhì)組學的研究特點及其在在系統(tǒng)生物學中扮演的重要角色，使學生對本課程的學習內(nèi)容及目標有一個明確的定位。關(guān)于蛋白質(zhì)組學的應用，課堂上只做簡單介紹，留下問題給學生，讓他們隨著對課程知識的深入學習，在理解的基礎(chǔ)上，通過查找文獻學習蛋白質(zhì)組學技術(shù)在科學研究與實踐中應用的實例，在課程結(jié)束時形成課程論文。

這部分內(nèi)容，我們通過課堂教學與課后學習相結(jié)合，給予學生學習的壓力與動力，讓他們帶著問題主動去學習，取得了較好的教學效果。

1.2 系統(tǒng)學習課程核心技術(shù)與原理

蛋白質(zhì)的分離與質(zhì)譜鑒定技術(shù)與原理，以及相關(guān)的蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站是本課程學習的核心內(nèi)容。這部分的內(nèi)容，主要學習以雙向電泳（two dimensional electrophoresis，2DE）為主的蛋白質(zhì)樣品制備、分離原理與實驗技術(shù)，以及蛋白質(zhì)的質(zhì)譜鑒定原理與相關(guān)的生物信息學網(wǎng)站。

雙向電泳是蛋白質(zhì)組學的重要支撐技術(shù)，不少學生對蛋白質(zhì)組學的了解也來源于雙向電泳。因此，從這一經(jīng)典的實驗技術(shù)入手，有助于學生更好地深入學習蛋白質(zhì)組學課程。在教學中，注重充分利用多媒體進行圖片、動畫演示具體操作步驟，包括樣品制備流程、Bradford法測定蛋白質(zhì)濃度、一向等電聚焦、一向轉(zhuǎn)二向之間的平衡、二向SDSPAGE、銀染等實驗操作。此外，還充分利用本學院的蛋白質(zhì)組學平臺，讓學生實踐觀摩凝膠掃描、ImageMaster軟件分析、自動切膠儀、酶解儀等儀器操作等過程。不僅如此，技術(shù)人員對激光輔助解析時間飛行質(zhì)譜（MALDI－TOF/TOF MS）的結(jié)構(gòu)與工作原理的介紹，對課程學習也起到很大的促進作用。

在學生熟悉這些內(nèi)容的基礎(chǔ)上，我們適當擴展學習的難度與深度，但涉及的相關(guān)內(nèi)容只作一般介紹。在蛋白質(zhì)樣品制備方面，針對研究中面臨的高豐度蛋白干擾的問題，介紹亞細胞蛋白質(zhì)組學技術(shù)；從蛋白質(zhì)翻譯后修飾和信號通路研究角度，講述磷酸化蛋白、泛素化蛋白以及糖基化蛋白質(zhì)的研究現(xiàn)狀與研究技術(shù)。

蛋白質(zhì)雙向電泳和質(zhì)譜鑒定技術(shù)的原理和方法，是課程學習的重點，我們采用循序漸進的教學思路，以及理論知識聯(lián)系實驗演示與實踐觀摩的教學方法，豐富了課程內(nèi)容并有效地提高了學習的效率。

1.3 拓展學習前沿技術(shù)

隨著蛋白質(zhì)組學的發(fā)展，簡單地定性蛋白質(zhì)已不能滿足科學研究的需要。作為生物功能的執(zhí)行者，蛋白質(zhì)表達量的高低、翻譯后修飾的變化以及蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的定位變化，對其功能有著直接的影響。近年來，隨著生物技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，定量蛋白質(zhì)組學技術(shù)的發(fā)展也很迅速。因此，定量蛋白質(zhì)組學主要技術(shù)及原理，也是課程學習的重點之一。

課程中我們主要介紹常用的定量蛋白質(zhì)組學技術(shù)：基于凝膠的蛋白質(zhì)定量方法，包括常規(guī)雙向電泳、雙向熒光差異凝膠電泳（two－dimensional fluorescence difference gel electrophoresis，2D－DIGE）；基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)定量方法，包括非標技術(shù)（label free），穩(wěn)定同位素標記氨基酸細胞培養(yǎng)技術(shù)（stable isotope labeling with amino acids in cell culture，SILAC），ITRAQ（isobaric tag for relative and absolute quantitation，Itraq）技術(shù)等。同時，引導學生關(guān)注本領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，介紹一些設計巧妙的實驗技術(shù)，如減量式定量免疫沉淀（quantitative immunoprecipitation combined with knockdown，QUICK）技術(shù)［7］就是其中具有代表性的，它將SILAC定量、RNA干擾、免疫共沉淀有機結(jié)合，建立了研究真實蛋白質(zhì)相互作用的組學研究方法。

本部分的課程教學，拓展學習了定量蛋白質(zhì)組學的技術(shù)，是對課程理論和技術(shù)的深入學習，并且?guī)椭鷮W生建立蛋白質(zhì)組學知識的應用、以及緊跟學科前沿發(fā)展動態(tài)的學習理念。

1.4 介紹功能蛋白質(zhì)組等研究常用的實驗技術(shù)

蛋白質(zhì)組學的一些實驗，如常規(guī)雙向電泳、SILAC和ITRAQ等實驗，對實驗設備的要求高、費用高，很多學生沒有機會接觸，因而覺得蛋白質(zhì)組學的實驗距離自己很遙遠，甚至因此影響學習的興趣和動力。為此，讓學生學習功能蛋白質(zhì)組學知識，以及相關(guān)的一些實驗原理與技術(shù)，對本課程的學習也是至關(guān)重要的。通過常規(guī)功能蛋白質(zhì)研究技術(shù)的學習，不但讓學生認識到蛋白質(zhì)組學研究的目的不僅僅是鑒定蛋白質(zhì)、尋找差異蛋白質(zhì)，更重要的是找到功能重要的蛋白質(zhì)之后，該如何通過蛋白質(zhì)的功能研究來闡明一定的科學問題。而后者，正是目前很多實驗室常規(guī)開展的工作內(nèi)容。因此，課程的后半段，我們會結(jié)合教師自己的研究課題，向?qū)W生介紹一些功能蛋白質(zhì)研究常用的實驗技術(shù)，包括基因的過表達與沉默的技術(shù)。例如，質(zhì)?；虿《窘閷У幕蜻^表達和RNA干擾；蛋白質(zhì)表達檢測方法，如Real－time PCR、western blot；蛋白質(zhì)純化技術(shù)，如親和標簽純化、多維色譜分離技術(shù)；蛋白質(zhì)相互作用技術(shù)，如免疫共沉淀技術(shù)（co－immunoprecipitation，Co－IP），pull down技術(shù)，細胞免疫熒光定位；以及流式細胞儀檢測細胞周期和細胞凋亡等實驗方法。

通過這部分內(nèi)容的學習，讓學生將近年所學的專業(yè)知識和實驗技術(shù)與課題研究有效銜接，也將蛋白質(zhì)組學技術(shù)與實驗室常規(guī)開展的課題研究聯(lián)系在一起，可謂一舉兩得。

2 存在的不足之處

對于本科學生來說，《蛋白質(zhì)組學》是一門相對較新的課程，它綜合了生物學、化學、醫(yī)學、生物信息學等多學科的技術(shù)與方法，實踐表明，通過課程的學習，學生不但掌握了《蛋白質(zhì)組學》的相關(guān)理論與實驗技術(shù)，全面了解學科前沿動態(tài)，而且為實驗打開思路并有助于今后開展畢業(yè)論文工作。但是還存在不足之處，主要表現(xiàn)在：（1）課程涉及的知識面廣，有限的課堂學習不足以掌握和消化難度較大的學習內(nèi)容；（2）雙向電泳、質(zhì)譜技術(shù)等雖然經(jīng)由多媒體進行動畫或者視頻演示，但是學生普遍感到抽象，難以理解；（3）蛋白質(zhì)組學是一門實踐性很強的學科，但是缺乏相關(guān)的具體實驗操作，是學生普遍覺得比較遺憾的。

3 新的設想與建議

針對以上存在的不足之處，本課程擬從以下幾個方面努力，不斷完善本課程教學：

3.1 加強引導性課外學習，增強教學效果

一方面，通過布置課外學習任務，讓學生熟悉蛋白質(zhì)相關(guān)網(wǎng)站的應用，例如，對一定數(shù)量的蛋白質(zhì)進行數(shù)據(jù)庫搜索，了解細胞定位、生物學功能、相互作用蛋白等信息；另一方面，針對蛋白質(zhì)組學新技術(shù)及其應用等主題，展開課后的文獻閱讀與課堂討論內(nèi)容，鍛煉學生自主學習的能力，拓寬視野，培養(yǎng)學生科研思維能力。

3.2 合理編排實驗，加強實踐操作

鑒于《蛋白質(zhì)組學》實驗耗時長、費用高，對實驗平臺要求也較高，所以，本課程改革的短期的目標是，結(jié)合學院已經(jīng)開設的實驗課程，完善現(xiàn)有的實驗條件，合理增加一些功能蛋白質(zhì)研究技術(shù)的實驗，如標簽融合蛋白質(zhì)的原核表達及親和純化、western blot實驗、GST pull down實驗等?；蛘?，可以考慮演示蛋白質(zhì)的雙向電泳實驗流程，包括樣品制備、等電聚焦、SDS－PAGE、軟件分析差異、膠內(nèi)酶解、質(zhì)譜鑒定等，在這大約耗時一周的實驗中，同時穿插安排上述Western blot、蛋白質(zhì)相互作用等實驗內(nèi)容。

4 結(jié)束語

蛋白質(zhì)組學是一門發(fā)展迅速、研究手段多樣并與多個領(lǐng)域緊密結(jié)合的課程。在教學過程中，我們將繼續(xù)注重利用合理的教學組織方式，采取多種教學方法；注重及時更新本領(lǐng)域研究發(fā)展動態(tài)，緊跟學科發(fā)展前沿；注重結(jié)合自身的研究課題進行教學，或提供學生參與課題研究的機會；同時，在教學過程中要堅持以學生為主體，理論聯(lián)系實際，盡可能多地開展實驗教學以提升教學質(zhì)量；引導學生自主思維和學習，逐步培養(yǎng)科研素養(yǎng)。

［1］Fields S，Proteomics.Proteomics in genomeland［J］.Science 2001，291（5507）：1221－1224.

［2］Tyers M，Mann M.From genomics to proteomics［J］.Nature 2003，422（6928）：193－197.

［3］Wilkins M R，Sanchez JC，Gooley A A，etal：Progresswithproteome projects：why all proteins expressed by a genome should be identified and how to do it［J］.Biotechnology&genetic engineering reviews，1996（13）：19－50.

［4］Dunn M J，Proteomics clinical applications reviews［J］.Proteomics Clinical applications，2013，7（1/2）：4－7.

［5］Dunn M J，PROTEOMICS reviews 2013.Proteomics 2013，13（3/4）：399－403.

［6］盧春花，溫榮輝，何勇強，等.本科生《蛋白質(zhì)組學》課程教學的探索與實踐［J］.廣西大學學報：哲學社會科學版，2012，34（增刊）：70－71.

［7］Selbach M，Mann M.Protein interaction screening by quantitative immunoprecipitation combined with knockdown（QUICK）［J］.Nature Methods，2006，12（3）：981－983.

Teaching Practice and Exploration in the Proteom ics Course

LU Chunhua，WEIYutuo，BAIXianfang，HE Yongqiang
（College of Life Science and Technology，Guangxi University，Nanning 530004，China）

As an emerging discipline，proteomics targets all of the proteins in the cell and seeks to reveal the life process systematically，thus it provides new ideas for the pathogenesis and target therapy of disease.Proteomics has been widely applied in many fields，such asmedicine，pharmacology and microbiology，and so on.By means of adopting multiple teaching methods during our teaching process，we focus on introducing new technologies and the latest developments of proteomics，as well as combining the related theory with practices by encouraging students participate in our research.The present paper discussed the teaching ideas and methods of proteomics to improve our teaching quality，thus inspire students'interest in learning and enhance their thinking and innovation abilities. Key words：proteomics；teaching practice；teaching exploration；reform

G424.2；G642.0；Q754

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.064

2013－11－19

廣西高等學校特色專業(yè)及課程一體化建設（生物技術(shù)）基金資助項目（GXTSZY140）；廣西高等教育教學改革工程基金資助項目（2011JGA002；2013JGB105）。

盧春花（1971－），女，博士，副教授，研究方向：腫瘤相關(guān)蛋白質(zhì)的功能研究。