周倩++++朱宏建

【摘要】蛋白質(zhì)組學(xué)是后基因組學(xué)時(shí)代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)研究功能基因組的重要學(xué)科，作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，近年來(lái)深受廣大學(xué)生歡迎。2015年，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)在功能基因組學(xué)研究中日益重要的地位，我校將生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)該門(mén)課程改為專(zhuān)業(yè)課。蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)組適應(yīng)形勢(shì)的變化，結(jié)合近幾年以來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了初步的改革。

【關(guān)鍵詞】蛋白質(zhì)組學(xué) 課程 教學(xué)方法 教育改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）10-0245-02

隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，我們獲得了海量的遺傳信息。但對(duì)這些遺傳信息的解讀，仍需要通過(guò)研究生物功能具體的執(zhí)行者-蛋白質(zhì)，才能最終實(shí)現(xiàn)。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)（Protemics）的研究成為后基因組時(shí)代生命科學(xué)研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一。蛋白質(zhì)組學(xué)是一門(mén)新型的交叉學(xué)科，強(qiáng)調(diào)在整體水平對(duì)生物體的蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量檢測(cè)、細(xì)胞定位、修飾和相互作用研究，涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、基因組學(xué)及生物信息學(xué)等多學(xué)科，最終目的是揭示生物體全部蛋白質(zhì)的功能，幫助搭建基因組序列與基因功能之間的橋梁。然而，蛋白質(zhì)組學(xué)是一門(mén)理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，涉及較多的新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)生大多在前期的學(xué)習(xí)中很少涉及，會(huì)覺(jué)得抽象，理解困難。因此，對(duì)教師的教學(xué)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)自2005年開(kāi)設(shè)生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)以來(lái)就把蛋白質(zhì)組學(xué)設(shè)置為專(zhuān)業(yè)限選課，近年來(lái)隨著蛋白質(zhì)組學(xué)在生物學(xué)研究領(lǐng)域日益快速的應(yīng)用和發(fā)展，2015年將其改為專(zhuān)業(yè)課，其中理論課20學(xué)時(shí)，主要介紹蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?jī)?nèi)容、相關(guān)研究技術(shù)的原理、應(yīng)用范圍以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)，主要介紹蛋白質(zhì)組學(xué)研究涉及的生物信息學(xué)工具，包括主要數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件的使用，目的是在幫助培養(yǎng)學(xué)生的思維能力的同時(shí)提高動(dòng)手能力。

該課程的設(shè)置在我校已經(jīng)有十二年的歷史，隨著學(xué)科的快速發(fā)展，我們對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及思路、教學(xué)手段和方法以及考核方式等進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，最終目的是讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸生命科學(xué)研究的前沿，領(lǐng)略蛋白質(zhì)組學(xué)的魅力，避免復(fù)雜的技術(shù)原理使學(xué)生覺(jué)得課程枯燥無(wú)味，失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力。在近幾年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，近年來(lái)作者對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了一些改革探索，取得了較好的效果，受到學(xué)生的肯定。

1.蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”新形式下，注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，切實(shí)提高培養(yǎng)質(zhì)量顯得尤為重要。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)的授課內(nèi)容也從課程的趣味性和啟發(fā)性入手，及時(shí)進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，降低純技術(shù)理論在講授環(huán)節(jié)所占的比重。課程設(shè)置之初由于可供選擇的教材很少，綜合考慮各方因素，我們以2003年科學(xué)出版社出版的錢(qián)小紅與賀福初院士主編的《蛋白質(zhì)組學(xué)：理論與方法》作為教材。然而該書(shū)偏重理論和方法，不太合適作為本科教學(xué)的教材。近年蛋白質(zhì)組學(xué)的教材主要有2009年中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社出版李維平主編的《蛋白質(zhì)組學(xué)》和2011年中國(guó)林業(yè)出版社出版何華勤主編的《簡(jiǎn)明蛋白質(zhì)組學(xué)》，兩者在內(nèi)容設(shè)置上區(qū)別不大，但《簡(jiǎn)明蛋白質(zhì)組學(xué)》在編寫(xiě)上更注重理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的結(jié)合，因此選擇《簡(jiǎn)明蛋白質(zhì)組學(xué)》作為教材，并將內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)娜∩帷＠碚撜n講授內(nèi)容分為蛋白質(zhì)組學(xué)概論、樣品制備技術(shù)、蛋白質(zhì)分離技術(shù)、蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)、蛋白質(zhì)的定量技術(shù)、蛋白質(zhì)互作研究技術(shù)、蛋白質(zhì)組信息學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用7章，實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容設(shè)置為2-DE圖像分析軟件的應(yīng)用、質(zhì)譜和數(shù)據(jù)庫(kù)搜索鑒定蛋白質(zhì)、Cytoscape使用方法和蛋白質(zhì)組學(xué)常用數(shù)據(jù)庫(kù)介紹及應(yīng)用。

蛋白質(zhì)組學(xué)概論一章主要講述蛋白質(zhì)組學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史、研究目的與意義以及研究?jī)?nèi)容，幫助學(xué)生建立對(duì)課程的總體認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生了解蛋白質(zhì)組學(xué)的研究特點(diǎn)以及與基因組學(xué)的異同，并結(jié)合具體的研究實(shí)例講解，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

樣品制備技術(shù)一章，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的生物化學(xué)、分子生物學(xué)等知識(shí)，重點(diǎn)講述樣品制備的原則及注意事項(xiàng)。此外，簡(jiǎn)單介紹一些針對(duì)特殊蛋白質(zhì)的樣品制備技術(shù)，如膜蛋白的分離提取法、亞細(xì)胞分離與蛋白質(zhì)提取等。讓學(xué)生能夠?qū)W會(huì)根據(jù)具體的研究?jī)?nèi)容調(diào)整樣品制備的方案。

蛋白質(zhì)分離技術(shù)重點(diǎn)講述蛋白質(zhì)組學(xué)研究三大支撐技術(shù)之一的二維凝膠電泳（2-DE）的原理與方法。2-DE的實(shí)驗(yàn)原理是本章節(jié)的難點(diǎn)，需詳細(xì)闡述。在幫助學(xué)生回顧生物化學(xué)中學(xué)到的關(guān)于蛋白質(zhì)的知識(shí)和變性聚丙烯酰胺凝膠電泳的操作原理的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)2-DE的原理進(jìn)行討論，并要求學(xué)生掌握該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及缺陷以及具體的改進(jìn)方法和應(yīng)用范圍。色譜技術(shù)在蛋白質(zhì)分離上的應(yīng)用也作適當(dāng)?shù)慕榻B，但具體的各類(lèi)色譜的分離原理課堂上不講，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣課外查找資料自學(xué)。

蛋白質(zhì)的鑒定技術(shù)一章重點(diǎn)介紹目前使用最為廣泛的基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）和電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS），兩類(lèi)儀器的工作原理是重點(diǎn)，更是難點(diǎn)，需要結(jié)合物理學(xué)中有關(guān)知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)講述?；谶@兩種質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展起來(lái)的蛋白質(zhì)組鑒定技術(shù)包括肽質(zhì)量指紋圖譜（PMF）、肽序列標(biāo)簽（PST）和從頭測(cè)序技術(shù)，可結(jié)合具體的研究實(shí)例說(shuō)明其如何應(yīng)用。教師應(yīng)用提問(wèn)的方式來(lái)啟發(fā)學(xué)生，循序漸進(jìn)、由易到難，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓學(xué)生自己總結(jié)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最終掌握其工作原理與應(yīng)用范圍。除了質(zhì)譜鑒定蛋白的技術(shù)以外，還介紹一些常用的蛋白質(zhì)組學(xué)輔助技術(shù)，如免疫沉淀、蛋白質(zhì)印跡法、免疫熒光等。

蛋白質(zhì)的定量技術(shù)這一章節(jié)，重點(diǎn)介紹兩種目前最常用、最被認(rèn)可的定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)-穩(wěn)定同位素標(biāo)記（SILAC）和同位素相對(duì)標(biāo)記與絕對(duì)定量（iTRAQ）技術(shù)，其他定量技術(shù)，如基于染色的定量技術(shù)都作為課外閱讀內(nèi)容。

蛋白質(zhì)互作研究技術(shù)重點(diǎn)介紹酵母雙雜交、噬菌體展示和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)，要求學(xué)生掌握這些技術(shù)的原理與應(yīng)用范圍，了解基本的操作方法。

蛋白質(zhì)組信息學(xué)重點(diǎn)介紹蛋白組研究中可利用的生物信息學(xué)資源及其應(yīng)用，用具體事例說(shuō)明如何利用生物信息學(xué)幫助蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，比如質(zhì)譜數(shù)據(jù)如何利用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定蛋白質(zhì)，讓學(xué)生掌握生物信息學(xué)工具在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的應(yīng)用。

最后，蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用這一章主要介紹蛋白質(zhì)組學(xué)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，包括醫(yī)學(xué)領(lǐng)域疾病生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，藥物有效性的評(píng)價(jià)，作物抗逆的機(jī)理研究等。通過(guò)具體的案例講述讓學(xué)生理解如何應(yīng)用學(xué)到的蛋白質(zhì)組學(xué)的知識(shí)解決具體研究中的問(wèn)題。

由于實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容僅安排了上機(jī)內(nèi)容，讓學(xué)生熟悉重要數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件的使用。

這些教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和取舍，最終目的是使學(xué)生不陷入復(fù)雜的技術(shù)理論，覺(jué)得課程輕松有趣，同時(shí)學(xué)到真正實(shí)用的東西。

2.蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)方式的改革

蛋白質(zhì)組的教學(xué)主要以講授為主，輔以一定的實(shí)驗(yàn)課。由于課程課時(shí)限制以及課程本身的獨(dú)特性，很多實(shí)驗(yàn)不便開(kāi)展。因此，我們?cè)诮虒W(xué)方式上進(jìn)行了一些改進(jìn)，盡量使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間里收獲更多對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)最直觀的感受。首先，對(duì)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的理論的內(nèi)容，多采用講故事的方式來(lái)介紹這些技術(shù)的誕生、發(fā)展和進(jìn)步的歷史，使學(xué)生對(duì)理論發(fā)展的脈絡(luò)有清楚的了解。這樣的教學(xué)方式兼具趣味性和啟發(fā)性，深受學(xué)生歡迎。其次，對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的操作技術(shù)內(nèi)容，就把實(shí)驗(yàn)課中沒(méi)有條件開(kāi)展的內(nèi)容盡量穿插到理論課堂教學(xué)中。當(dāng)講解到有關(guān)設(shè)備或耗材，如二維電泳等設(shè)備和固定pH梯度（IPG）膠條時(shí)，就給學(xué)生課堂上展示這些實(shí)物。對(duì)于那些無(wú)法帶到課堂上的設(shè)備，如色譜儀、質(zhì)譜和核磁共振就通過(guò)多媒體進(jìn)行全方位展示，給學(xué)生直觀的感受。對(duì)于一些操作性的內(nèi)容，沒(méi)有條件在課堂上展示的，可以利用多媒體動(dòng)畫(huà)進(jìn)行講解。這些改革探索彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)課課時(shí)不足和條件限制的缺陷。同時(shí)，由于是現(xiàn)場(chǎng)講解、現(xiàn)場(chǎng)示范、學(xué)生現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，效果更好。

最后，課程考核也改變了以前寫(xiě)課程論文的做法，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的課題試驗(yàn)方案。這種考核方式的改革受到學(xué)生的歡迎。

3.注重課后師生交流

教學(xué)過(guò)后，教師需注意收集學(xué)生的反饋意見(jiàn)，重視學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)。為了更好的溝通和交流，我們建立了課程學(xué)習(xí)和討論的QQ群，一方面教師可通過(guò)QQ群將某些授課內(nèi)容和習(xí)題等轉(zhuǎn)發(fā)學(xué)生；另一方面，學(xué)生也可通過(guò)QQ群，提出自己的建議和意見(jiàn)，及時(shí)對(duì)課程進(jìn)行反饋，從而使教師適當(dāng)調(diào)整教學(xué)活動(dòng)。QQ群的建立拉近了老師與學(xué)生之間的距離，使學(xué)生遇到困難時(shí)能更方便向教師請(qǐng)教，提高了交流的質(zhì)量，從而使問(wèn)題得到更好的解決。QQ群的建立深受廣大同學(xué)歡迎，有效促進(jìn)了該門(mén)課教學(xué)質(zhì)量的提高。

4.蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前，我們針對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式雖然進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整，但蛋白質(zhì)組學(xué)畢竟是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的原理及其應(yīng)用占比很大，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的展示和技術(shù)的多媒體演示可以在一定程度上彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課不足和實(shí)驗(yàn)條件有限的缺失，但顯然仍無(wú)法達(dá)到讓學(xué)生親身體驗(yàn)的教學(xué)效果。因此，有條件的話(huà)，在蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)方面還需更多投入，最好是能與科研平臺(tái)結(jié)合，建立一個(gè)專(zhuān)門(mén)的蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生能通過(guò)申請(qǐng)參與到具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去。這樣，有助于進(jìn)一步提高蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)質(zhì)量，滿(mǎn)足新形勢(shì)下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。

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