摘要：隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成和分子生物學(xué)前沿技術(shù)的發(fā)展，人們能夠從整體角度獲得生理狀態(tài)或特定疾病環(huán)境下幾乎所有生物學(xué)信息，醫(yī)學(xué)模式也逐漸向個(gè)體化的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”轉(zhuǎn)變。為培養(yǎng)學(xué)生掌握組學(xué)的基本理論、基本知識(shí)及技術(shù)原理和應(yīng)用，了解組學(xué)發(fā)展動(dòng)向和技術(shù)前沿、形成從整體水平認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象、生命活動(dòng)和生命本質(zhì)的思維模式，我校自2020年開(kāi)始，為已具備遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)的四年制生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)組學(xué)概論專(zhuān)業(yè)必修課。為達(dá)到教學(xué)目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了面向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、涵蓋理論講授和實(shí)踐教學(xué)的課程思路。理論課程兼具基礎(chǔ)和前沿組學(xué)知識(shí)，主要講授不同層次分子組學(xué)的基本知識(shí)和基本技術(shù)原理;以腫瘤組學(xué)為例系統(tǒng)講解組學(xué)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用;以及組學(xué)技術(shù)在臨床診斷、生物標(biāo)志物研發(fā)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。同時(shí)，為提高學(xué)習(xí)興趣，加深其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，在理論課中進(jìn)一步穿插了以學(xué)生為主體的面向最新組學(xué)科技和應(yīng)用進(jìn)展的自主學(xué)習(xí)與討論課。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容則包含見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)兩方面，讓學(xué)生實(shí)際體驗(yàn)到了組學(xué)技術(shù)的先進(jìn)性和應(yīng)用價(jià)值。該文就該課程的建設(shè)和教學(xué)進(jìn)行初步回顧，以促進(jìn)和推廣組學(xué)課程教學(xué)。
關(guān)鍵詞：組學(xué);生物技術(shù)專(zhuān)業(yè);課程建設(shè)
二十一世紀(jì)初，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成和分子生物學(xué)前沿技術(shù)的快速發(fā)展，人們有能力在一個(gè)特定的復(fù)雜生物體系，如一類(lèi)細(xì)胞、一種組織中，同時(shí)獲得某種特定類(lèi)型的分子的全部性質(zhì)信息，如全部的轉(zhuǎn)錄物、全部的mRNA、全部的蛋白質(zhì)等。這一對(duì)復(fù)雜生物體系中分子的種類(lèi)、數(shù)量、相互關(guān)系等性質(zhì)進(jìn)行全景式認(rèn)識(shí)和描述的學(xué) 科 ， 就是生物學(xué)中的前沿學(xué)科 — — 組 學(xué)(omics)。
在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，單純分析、干預(yù)單一分子往往無(wú)法正確地認(rèn)識(shí)和解決面臨的臨床問(wèn)題;而組學(xué)可以從整體的角度揭示特定疾病環(huán)境下所有的基因、蛋白質(zhì)及其他分子的水平、功能、分子間相互作用等變化，進(jìn)而選出關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)。因此，組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了醫(yī)學(xué)模式由“經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)”“循證醫(yī)學(xué)”向基于患者自身生物學(xué)信息和臨床癥狀體征實(shí)施醫(yī)療決策的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”轉(zhuǎn)變[1]。
講授組學(xué)相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生在“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的時(shí)代要求下具有相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備，在未來(lái)醫(yī)療相關(guān)從業(yè)人員的培養(yǎng)中具有舉足輕重的地位。我校自2020年開(kāi)始，為已具備遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)的四年制生物技術(shù)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)涵蓋理論講授和實(shí)踐教學(xué)的組學(xué)專(zhuān)業(yè)必修課。該課程名稱(chēng)為組學(xué)概論(An Introduction to Bio-omics)，課內(nèi)總共50學(xué)時(shí)，其中理論講授36學(xué)時(shí)(含考試2學(xué)時(shí))、實(shí)踐8學(xué)時(shí)，自主學(xué)習(xí)與討論6學(xué)時(shí)，于第三學(xué)年的第一學(xué)期實(shí)施。
1 組學(xué)概論課程建設(shè)作為一門(mén)新興學(xué)科，組學(xué)概論課程的建設(shè)需要從基礎(chǔ)做起。課程的建設(shè)內(nèi)容包括教學(xué)大綱的確定、教材和參考書(shū)目的編選、教學(xué)計(jì)劃的制定、教案的編寫(xiě)、試題庫(kù)的建設(shè)、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)和教學(xué)文檔的收集整理等。下面簡(jiǎn)要介紹我們?cè)诮M學(xué)概論課程建設(shè)方面的具體內(nèi)容。
1.1 教學(xué)目標(biāo)對(duì)組學(xué)概論的學(xué)習(xí)，在知識(shí)層面上，使學(xué)員掌握組學(xué)的基本概念、基本理論和基本技能，了解組學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展方向和研究方法;在能力層面上，理解如何從組學(xué)水平解釋生命現(xiàn)象，用組學(xué)技術(shù)解決與生物技術(shù)、人類(lèi)健康相關(guān)的實(shí)踐問(wèn)題;在課程思政層面上，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度和誠(chéng)信務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，培養(yǎng)系統(tǒng)的辯證唯物主義世界觀和方法論，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程奠定基礎(chǔ)。
1.2 教學(xué)內(nèi)容組學(xué)是基于技術(shù)進(jìn)步成長(zhǎng)起來(lái)的新興學(xué)科，其內(nèi)容豐富，發(fā)展迅猛，新知識(shí)、新概念層出不窮。因此本課程的教學(xué)內(nèi)容兼顧學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生知識(shí)面，包含基礎(chǔ)和前沿的分子生物學(xué)知識(shí)，并涉及大量的多學(xué)科整合和學(xué)科交叉知識(shí)。
目前，我們的組學(xué)概論課程內(nèi)容主要分四個(gè)單元，分為理論和實(shí)踐課程：第一單元是組學(xué)總論，包括基本研究方法和不同層次分子組學(xué)的基本知識(shí)的介紹，讓學(xué)生了解組學(xué)“是什么”;第二單元是以人類(lèi)面臨的最為嚴(yán)峻和復(fù)雜的疾病——腫瘤為例，講解人類(lèi)重大疾病的組學(xué)特征及其在疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制和臨床實(shí)踐中的意義，讓學(xué)生理解組學(xué)能“做什么”;第三單元是組學(xué)技術(shù)的拓展應(yīng)用，包括組學(xué)技術(shù)在產(chǎn)前診斷、個(gè)體識(shí)別、合成生物學(xué)等方面的應(yīng)用，通過(guò)這兩個(gè)單元的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解組學(xué)技術(shù)“怎么用”。四是組學(xué)實(shí)踐，學(xué)生通過(guò)見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)，用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，近距離甚至零距離地了解組學(xué)“怎么做”。
1.3 教材選用情況
教材是課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化，是教師和學(xué)生完成教學(xué)活動(dòng)的主要參考書(shū)。雖然各組學(xué)的專(zhuān)著和教材有很多，如《基因組學(xué)》《蛋白質(zhì)組學(xué)》《代謝組學(xué)》等，但尚無(wú)適合本課程教學(xué)內(nèi)容的涵蓋各組學(xué)的參考教材。因此，一方面，我們?cè)谑纵喪谡n時(shí)即組織各位教師積極編寫(xiě)講義;另一方面，選擇第4版《基因組學(xué)》(楊金水主編，2019年高等教育出版社出版)作為基本教材，該書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要，側(cè)重于基因組學(xué)的基本概念、理論和方法[2,3]。此外，我們還使用第4版《醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》(韓驊、高國(guó)全主編，2020年人民衛(wèi)生出版社)作為主要參考書(shū)[4]。該書(shū)涵蓋基本組學(xué)技術(shù)在內(nèi)的分子生物學(xué)技術(shù)的基本原理、主要用途和主要流程，新版又在內(nèi)容上增加了基因編輯、合成生物學(xué)、細(xì)胞外囊泡研究等研究技術(shù)前沿，反映了當(dāng)前生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究以及組學(xué)技術(shù)的熱點(diǎn)需求。
1.4 課程考核
本課程的考核方式分為形成性考核和終結(jié)性考核兩部分。形成性考核分布于教學(xué)過(guò)程，考核目的主要是考察學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、教學(xué)活動(dòng)的完成度。考核形式分為自主學(xué)習(xí)與討論表現(xiàn)和實(shí)踐課表現(xiàn)。自主學(xué)習(xí)與討論采用小組匯報(bào)形式，教師根據(jù)文獻(xiàn)閱讀講解的正確性、演講表現(xiàn)、幻燈制作水平和討論表現(xiàn)打分，小組成員均可獲得相同的分?jǐn)?shù);實(shí)踐課表現(xiàn)則從實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況和課堂實(shí)驗(yàn)情況兩方面評(píng)分。終結(jié)性考核在課程結(jié)束時(shí)，主要用于評(píng)價(jià)本門(mén)課程的總體學(xué)習(xí)效果，采用閉卷、筆試的方式進(jìn)行。
2 組學(xué)概論教學(xué)特色與經(jīng)驗(yàn)
2.1 組學(xué)概論教學(xué)特色
2.1.1 在理論課中設(shè)置“自主學(xué)習(xí)與討論”環(huán)節(jié)在“總論”“腫瘤組學(xué)”和“組學(xué)技術(shù)應(yīng)用”3個(gè)單元的理論講授完成后，我們分別設(shè)置了3次2學(xué)時(shí)的自主學(xué)習(xí)與討論課。目的是讓學(xué)生通過(guò)自主閱讀和講解教師推薦的Nature、Science、Cell等頂級(jí)期刊的相關(guān)權(quán)威文獻(xiàn)，了解每單元介紹的組學(xué)基本知識(shí)和技術(shù)方法的實(shí)際應(yīng)用(文獻(xiàn)一般是在緒論課即公布，以期給予學(xué)生充分的閱讀和準(zhǔn)備時(shí)間)。
如在“腫瘤組學(xué)”單元最后的自主學(xué)習(xí)與討論，教師推薦的文獻(xiàn)是關(guān)于通過(guò)組學(xué)研究手段開(kāi)展的腫瘤發(fā)病機(jī)制或臨床診療等研究進(jìn)展。學(xué)生通過(guò)小組合作的形式，進(jìn)行文獻(xiàn)的閱讀、幻燈的制作和最終的限時(shí)演講和討論。在該過(guò)程中，教師的角色只是引導(dǎo)和啟發(fā)，并根據(jù)文獻(xiàn)閱讀講解的正確性、演講表現(xiàn)和討論表現(xiàn)等打分，作為形成性考核成績(jī)之一。讓學(xué)生自己閱讀、講解文獻(xiàn)，拓寬了學(xué)生的視野，也提升了其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使其將課堂所學(xué)組學(xué)方法技術(shù)更好地內(nèi)化。
2.1.2 在實(shí)踐課采用“基于學(xué)生自身體驗(yàn)”的教學(xué)模式第四單元是組學(xué)實(shí)踐，即讓學(xué)生通過(guò)觀摩(見(jiàn)習(xí))和操作(實(shí)驗(yàn))，讓學(xué)生利用所學(xué)組學(xué)知識(shí)“學(xué)有所用”地解決實(shí)際問(wèn)題。考慮到飲酒在包括大學(xué)生在內(nèi)的成年人中的普遍性，且酒精的耐受性可以簡(jiǎn)單地通過(guò)面色潮紅、相關(guān)行為變化來(lái)評(píng)估，我們?cè)诮M學(xué)概論實(shí)踐教學(xué)中，將個(gè)體酒精敏感性基因檢測(cè)作為其中的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)二、唾液DNA檢測(cè)基因多態(tài)性)。而該檢測(cè)的理論依據(jù)既是基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，又是腫瘤藥物基因組學(xué)的實(shí)際應(yīng)用——乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH)的基因多態(tài)性是導(dǎo)致不同個(gè)體酒精耐受性差異的原因。該實(shí)驗(yàn)基于學(xué)生自身的飲酒體驗(yàn)，非常容易引起學(xué)生的共鳴和興趣，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與度非常高。
2.1.3 組學(xué)概論
課程是系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)習(xí)的前奏人體作為一個(gè)有機(jī)整體，各個(gè)系統(tǒng)之間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜、密不可分的關(guān)聯(lián)。研究孤立分子、細(xì)胞、組織甚至器官對(duì)于整個(gè)機(jī)體的變化難以得到有效結(jié)果。多學(xué)科、多系統(tǒng)的交叉是未來(lái)醫(yī)學(xué)發(fā)展的方向。系統(tǒng)生物學(xué)以整合理念為核心，是通過(guò)整合各種組學(xué)數(shù)據(jù)從而解析復(fù)雜的生命過(guò)程，揭示生命活動(dòng)本質(zhì)規(guī)律的學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)是各種組學(xué)數(shù)據(jù)的生成。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可完整地掌握各種組學(xué)技術(shù)的原理、應(yīng)用及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解描述一個(gè)生命系統(tǒng)的所有要素所要求的技術(shù)基礎(chǔ)，為以后系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
2.2 組學(xué)概論
教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與學(xué)生反饋組學(xué)本身是基于實(shí)踐的學(xué)科，且授課對(duì)象是已經(jīng)開(kāi)始專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)并為后續(xù)實(shí)習(xí)做準(zhǔn)備的大學(xué)三年級(jí)的四年制生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生。因此在教學(xué)過(guò)程中，需要多手段多層面“加強(qiáng)”學(xué)生實(shí)踐能力。首先，通過(guò)大課講授，在基礎(chǔ)層面加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐所需知識(shí)儲(chǔ)備。即不僅向?qū)W生介紹組學(xué)理論知識(shí)，更向?qū)W生提供組學(xué)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用。
例如，在“人類(lèi)基因組的結(jié)構(gòu)與功能”一章( 2次課)，我們一方面講授人類(lèi)基因組的一般結(jié)構(gòu)特征和功能，另一方面則重點(diǎn)講解了“散在重復(fù)序列與人類(lèi)疾病的關(guān)聯(lián)”“串聯(lián)重復(fù)序列在個(gè)體鑒定中的應(yīng)用原理”“ENCODE計(jì)劃采用的基本技術(shù)的原理和應(yīng)用價(jià)值”“SNP和單倍型的檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用”等實(shí)用性?xún)?nèi)容。這些內(nèi)容可以幫助學(xué)生更好地完成后續(xù)的實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)。
其次，通過(guò)“自主學(xué)習(xí)與討論”，在前沿層面拓寬學(xué)生實(shí)踐視野。即通過(guò)閱讀前沿文獻(xiàn)讓學(xué)生先進(jìn)行“觀戰(zhàn)”，讓學(xué)生看到“組學(xué)能做什么、是怎么做的”，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)組學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
最后，通過(guò)實(shí)踐，在實(shí)際應(yīng)用層面鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力。實(shí)踐單元又分為見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)2類(lèi)，共4次課，第1次是血清蛋白質(zhì)組的檢測(cè)，是我科室采用質(zhì)譜技術(shù)為臨床患者進(jìn)行的蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)。考慮到操作難度和臨床診斷準(zhǔn)確性，故設(shè)置為見(jiàn)習(xí)課。通過(guò)教師講解和實(shí)際觀摩，讓學(xué)生近距離地了解服務(wù)于診療的組學(xué)技術(shù)應(yīng)用。
后3次為學(xué)生動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)課，從自身飲酒體驗(yàn)出發(fā)，進(jìn)行個(gè)體酒精敏感性基因檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生“參戰(zhàn)”，近距離甚至零距離地鍛煉其實(shí)踐能力。在課程結(jié)束時(shí)，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷我們了解到學(xué)生的主觀感受反饋，約95%學(xué)生對(duì)教學(xué)非常滿意，現(xiàn)摘錄部分學(xué)生反饋意見(jiàn)如下：學(xué)生1“我覺(jué)得在組學(xué)課上學(xué)到了很多新知識(shí)，開(kāi)闊了我的視野”;學(xué)生2“很喜歡自主學(xué)習(xí)課，自己的文獻(xiàn)閱讀能力和演講能力都有提升”;學(xué)生3“酒精基因檢測(cè)很有趣，是我最投入的一次實(shí)驗(yàn)課”。學(xué)生的肯定給予我們前進(jìn)的動(dòng)力，在教學(xué)中我們還要不斷反思總結(jié)，以期讓學(xué)生學(xué)有所獲。
3 組學(xué)概論教學(xué)的思考與展望
首先，雖然我們初步完成了四年制生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生的組學(xué)概論課程建設(shè)，但教材建設(shè)仍亟待完成、距離建設(shè)成熟的課程體系仍需做大量工作。
其次，組學(xué)是基于分子生物學(xué)研究方法迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的新興交叉學(xué)科，其研究手段通常為高通量實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往數(shù)據(jù)量龐大，需要借助于強(qiáng)大的生物信息學(xué)的理論和手段進(jìn)行分析。基于這一特點(diǎn)，組學(xué)教學(xué)中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)生物信息學(xué)的課堂教學(xué)和實(shí)戰(zhàn)演練。對(duì)于有教學(xué)資源和條件的院校，可以考慮開(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)的生物信息學(xué)課程。再次，組學(xué)概論是一門(mén)基于技術(shù)和實(shí)踐的課程。無(wú)論是課堂教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，都涉及到教學(xué)實(shí)例的選定。我們最近的一項(xiàng)研究表明，選擇與學(xué)生切身體驗(yàn)相關(guān)的課堂實(shí)例對(duì)于提高課堂教學(xué)效果具有一定的促進(jìn)作用[5]。
如何在有限的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備和經(jīng)費(fèi)條件下，選擇學(xué)生有機(jī)會(huì)切身體會(huì)、參與實(shí)踐的教學(xué)實(shí)例，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。最后，整體論和還原論都是人類(lèi)看待世界的哲學(xué)觀點(diǎn)，具有不同特點(diǎn)。整體論注重事物的完整性、全面性和復(fù)雜性;而還原論與整體論相反，認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)可以通過(guò)其各個(gè)組成部分的行為及其相互作用來(lái)加以解釋。還原論方法也是迄今為止自然科學(xué)研究的最基本方法。生命體本身就是開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，如何完整、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)生命，以達(dá)到保護(hù)生命的目標(biāo)，是巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)。組學(xué)概論教學(xué)內(nèi)容從整體上把握組學(xué)的研究?jī)?nèi)容和方法，有助于同學(xué)們的宏觀學(xué)習(xí)和認(rèn)知;也利用還原論的知識(shí)結(jié)合具體實(shí)例(如腫瘤)引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。
值得注意的是，組學(xué)的核心是基因組學(xué)[6]，其涉及的根本問(wèn)題是遺傳學(xué)的基因型與表型的關(guān)系問(wèn)題。在遺傳學(xué)教學(xué)中簡(jiǎn)單、過(guò)分強(qiáng)調(diào)基因型對(duì)表型的影響，會(huì)導(dǎo)致基因本質(zhì)主義(essentialism)傾向[7]。這不僅不利于學(xué)生準(zhǔn)確掌握相關(guān)知識(shí)，還會(huì)帶來(lái)倫理學(xué)、哲學(xué)乃至世界觀等方面的思政問(wèn)題。因此，在授課過(guò)程中，教師應(yīng)該予以正確導(dǎo)向，通過(guò)多組學(xué)技術(shù)融合等角度，指導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)基因和環(huán)境對(duì)于表型的綜合作用，并加強(qiáng)相關(guān)倫理學(xué)知識(shí)教育，以幫助學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] Bahcall O. Precision medicine. Nature, 2015, 526(7573):335
[2] 楊金水. 基因組學(xué)(4版). 北京: 高等教育出版社, 2019
[3] 陳艷炯, 朱莉, 官方霖, 等. 醫(yī)學(xué)研究生的基因組學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)初探. 醫(yī)學(xué)教育研究與實(shí)踐, 2017, 25(6): 889-892
[4] 韓驊, 高國(guó)全. 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)(4版). 北京:人民衛(wèi)生出版社, 2020
[5] Liang L, Yan XC, Cao XL, et al. A student experiencebasedteaching to improve the understanding of genotypephenotyperelationship in classroom teaching of medicalgenetics. J Biol Education, 2021, : 1-11
作者：梁 亮， 晏賢春， 徐欣元， 趙 晶， 韓 驊
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