分子生物学作用范文第1篇

【关键词】分子生物学技术；中药；作用机理

中药自古以来就是我国人民防治疾病的主要武器，对中华民族的生存与繁衍起着不可忽视的作用，长期的医疗实践累积了宝贵而丰富的经验，并与中医学共同形成了一套完整独特的理论体系。但如何用现代科学技术语言阐释其作用机理，提供科学依据，使其广为世界接受是一重大难题。近年来，分子生物学技术的发展，不仅根本性地改变了生命科学的研究方式，也为中药的作用机理研究提供了有力工具和良好的发展契机，使得中药基因转录水平的机理研究成为可能。笔者对近10年来有关分子生物学技术在中药基因转录水平作用机理研究中的应用综述如下。

1核酸分子杂交技术

核酸分子杂交技术是分子生物学的基本技术之一，基本原理是具有一定同源性的2条核酸单链在一定的条件下按碱基互补原则退火形成双链。杂交的双方是待测核酸序列及探针。其中将核酸提取分离后在体外与探针杂交的是印迹杂交，直接在组织细胞内进行的是原位杂交。

中药作用机理研究中较早常用的有RNA印迹杂交(Northernblot),点杂交（dotblot）和原位杂交。二仙汤是治疗妇女更年期综合征、抗衰老的名方，具温补肾阳、泻相火、调冲任功能。廖柏松等［1］采用Northernblot对18月龄雌性大鼠下丘脑内阿片肽的基因表达水平进行研究，结果表明，二仙汤组β内啡肽前体阿黑皮素原和脑啡肽原的mRNA水平明显升高，达到未衰老前水平。沈小珩等［2］则从衰老过程抗氧化酶活性降低，且酶活性降低与其蛋白质基因表达水平降低平行的现象出发，采用分子杂交等技术考察二仙汤及其拆方对超氧化物歧化酶、过氧化氢酶基因表达水平及其活性的影响。结果表明，抗氧化酶活性显著升高，且与其mRNA表达水平升高呈平行关系,提示二仙汤抗衰老是通过增强抗氧化酶基因表达水平而实现的。海风藤有祛风除湿、通经活络的功效。韩恩吉等［3］采用Northernblot观察它对人类神经母细胞瘤细胞系列淀粉样前体蛋白(βamyloidprecursorprotein,βAPP)基因表达的抑制作用。结果发现，海风藤选择性地抑制βAPP基因表达,为其防治阿尔茨海默病提供了一定依据。郑钦岳等［4］应用dotblot研究了补血和血方四物汤对白细胞介素6（interleukin6，IL6）mRNA表达的影响，实验表明,四物汤在0.01～1.00ng/mL浓度内可使IL6mRNA的表达明显增加。保心丸具有降脂、降低血浆内皮素、抑制血小板聚集等作用。为进一步阐明保心丸抗实验性动脉粥样硬化（artherosclerosis，AS）的机理,樊永平等［5］用原位杂交技术研究内皮素（endothelin，ET）和一氧化氮合酶(Nitricoxidesynthase,NOS)在AS家兔主动脉壁的基因表达。结果证实，保心丸组ET1mRNA的表达较模型组低,而NOSmRNA较模型组高,提示保心丸调节血管内源性NO和ET之间的平衡可能是其抗实验性AS的机理之一。精制血府胶囊是血府逐瘀汤的化裁精简方，其抗心肌缺血疗效明显优于原方，为揭示其作用机制，证实其疗效，王伟等［6，7］分别采用Northernblot和原位杂交等技术，研究其对于心肌缺血密切相关基因表达的影响，前者结果表明精制血府胶囊显著提高缺血缺糖心肌细胞NOSmRNA表达水平，后者的精制血府胶囊组，ET1和内皮素转换酶（endothelinconvertingenzyme，ECE）1的mRNA表达较其它组明显减少，且心肌细胞损伤也较其它组显著减轻。因而推测精制血府胶囊可能是通过提高NOS表达、促进NO生成及抑制ET1、ECE1的基因表达，减少ET1生成，减轻其对心肌细胞的直接损伤，发挥保护心肌细胞的作用。

Northernblot是用来测量真核生物RNA的量和大小及估计其丰度的实验方法，并可从大量RNA样本中同时获得这些信息，但需要大量的材料，受RNA降解影响大，敏感性低。dotblot的不足之处在于点于同一张膜上同样的样品杂交信号有时不稳定，且一般要用纯化的RNA样品。原位杂交的优势在于可对组织细胞中的核酸进行精确定位。核酸分子杂交是分子生物学基本技术，随着反转录聚合酶链式反应（reversetranscriptionpolymerasechainreaction，RTPCR）技术、差异显示PCR（differentialdisplayPCR，DDPCR）、DNA阵列等优势技术的出现、逐渐成熟而应用渐增，近5年应用基本的分子杂交技术研究中药作用机理的报道已少见。

2RTPCR技术

PCR是美国科学家Mullis于1983年发明的一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法，RTPCR是从RNA扩增cDNA拷贝的方法，即先将RNA反转录成cDNA，再用PCR扩增，使其敏感性大大提高，解决了dotblot或Northernblot中目的mRNA含量太低的问题，是目前中药机理研究中最常用的分子生物学技术，从发表的文献数量可以反映出来。

这方面的研究报道包括有Gumiganghwaltang(GMGHT)抗炎机制的研究，KIMSJ等［8］研究其在小鼠腹膜巨噬细胞中的抗炎机制，结果显示，GMGHT以剂量依赖的方式降低了脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的肿瘤坏死因子α（tumornecrosisfactoralpha，TNFα）,IL6和环氧酶2mRNA表达水平，推测这是GMGHT减少炎症的重要分子机制之一。为了阐释二仙汤治疗肾阳虚证的作用机理，郑小伟等［9］考察了二仙汤不同时间对肾阳虚大鼠垂体促肾上腺皮质激素(adrenocorticotrophichormone，ACTH)基因表达的影响。结果是二仙汤可以上调垂体组织ACTH基因表达，且表达量随用药时间延长而增加，提示上调ACTHmRNA表达是二仙汤治疗肾阳虚证的作用机理之一。β地中海贫血是一种遗传性溶血性贫血病，补肾生血方具有补肾、益髓、生血作用，用于治疗杂合子患者疗效明显。为揭示其分子机理，吴志奎等［10］采用RTPCR等技术考察了用药者的α、β和γ珠蛋白mRNA转录水平。结果发现，补肾生血胶囊能明显提高β地中海贫血患者血红蛋白（hemoglobin，Hb）和抗碱血红蛋白（hemoglobinF），Hb珠蛋白链比增加，γ珠蛋白mRNA转录水平相应升高，说明补肾生血药具有促进γ珠蛋白转录和表达，诱导HbF合成作用，代偿了β珠蛋白基因的缺陷。益髓生血颗粒是补肾生血方的颗粒剂，易杰等［11］研究了其对β地中海贫血患者造血刺激因子干细胞因子（Stemcellfactor，SCF）及人红细胞生成素受体（erythropoietinreceptor，EPOR）mRNA表达的影响。结果显示，治疗后,外周血EPOR、SCFmRNA表达明显增强，因此推测益髓生血颗粒可能是通过影响SCF以及EPORmBNA表达来促进骨髓造血,提高Hb、红细胞的水平,达到治疗β地中海贫血的目的。陈智松等［12-14］从此方的抗衰老及中医肾生髓理论的角度出发，分别研究其对骨髓有核细胞中诱导细胞凋亡、促使机体衰老的原癌基因cmyc、抑制细胞凋亡的原癌基因Bcl2和造血刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocytemacrophagecolonystimutaingfactor，GMCSF)基因表达的影响。结果表明，衰老时高表达的骨髓cmyc，明显降低的Bcl2和GMCSF，用药后，前者表达水平明显下降甚至不表达，后两者表达明显提高。因此认为补肾生血方通过抑制cmyc的表达，促进Bcl2表达，从而抑制骨髓细胞凋亡，延长细胞寿命，延缓了衰老，并结合有关的医学成果，认为Bcl2和GMCSF是肾生髓的本质相关基因。凌云彪等［15］研究清热活血补益方(肝纤方)对大鼠肝脏Ⅰ型前胶原mRNA的表达和胶原酶活性的影响。结果表明,以清热活血补益方制备的含药血清抑制了Ⅰ型前胶原mRNA的表达，胶原酶的活性增加。提示此方抑制Ⅰ型前胶原mRNA的表达,减少胶原的合成,同时提高胶原酶的活性促进胶原的降解,可能是其抗肝纤维化的部分机制。此外，蔡晶等［16］通过检测雌激素受体(estrogenreceptor，ER)α和βmRNA表达量，考察了补肾阳中药淫羊藿和补肾阴中药女贞子对雄性大鼠杏仁核和皮质顶叶ERmRNA的调节表达差异,结果显示，两用药组大鼠杏仁核、皮质顶叶ERαmRNA表达量无明显变化,ERβmRNA表达量都上调，且淫羊藿组高于女贞子组，说明补肾中药可能是通过对ERβ的调节来发挥作用。

RTPCR的独特优势在于RNA纯度不必很高，仅少量RNA模板即能满足实验所需，尽管实践中RTPCR还远达不到理论上能检测到单一拷贝的RNA样品的敏感度，但远高于Northernblot。尤其适用于可获得的mRNA数量有限和目的基因表达水平很低时测定基因表达的强度。只是扩增步骤中样品间扩增效率的微小差异将极大地影响信号强度，使用内参照可以减少这一问题，但无法彻底排除［17］。总的来说，RTPCR是测量RNA样品中低丰度mRNA时的最佳方法。

3DDPCR技术

1992年，梁鹏等建立了一种对不同来源的mRNA样品用PCR技术对其中许多的cDNA基因一起进行扩增和显示的实验方法，即DDPCR。该方法依赖2套不同类型的合成寡核苷酸引物：一套锚定反义引物与一套随机正义引物。最后通过比较不同来源的扩增cDNA产物的电泳带谱，能够发现差异表达的基因。

中药作用机理研究中应用DDPCR的报道有唐发清等［18］对有抗鼻咽癌作用的益气解毒片干预鼻咽癌细胞基因表达的研究，旨在从基因选择性表达水平探讨其抗鼻咽癌的机理。结果表明,益气解毒片在体外能抑制鼻咽癌细胞基因的表达,同时诱导一些特异基因的表达,从而抑制鼻咽癌细胞的增殖。

相比以往的方法，DDPCR技术提供了几方面理论上的优势，如理论上能够灵敏地检测组织或细胞中表达量极低的mRNA样品的差异表达，能鉴别特定组织或细胞来源样品之间转录水平的mRNA定性和定量变化。这种优势同样可体现在中药机理研究中，可同时显示中药作用后对多种基因转录的不同影响，将有影响的靶基因条带回收，再扩增、克隆、测序，查询确定是什么基因，是已知或未知序列，这样就可以确定中药起效可能源于影响那些基因转录。但这些优势目前部分还停留在理论上，还有许多技术问题有待解决，如经DDPCR鉴定出来的超过半数的cDNA是假阳性条带，靶细胞的总mRNA中的一部分不能被高水平扩增、造成丢失等［17］。尽管目前DDPCR应用在中药基因转录水平的机理研究报道还很少，但毋庸置疑，其潜力巨大。

4DNA阵列技术

DNA阵列技术是新发展起来的可同时分析数千个基因表达谱的技术。其原理同核酸分子杂交。在不同的文献中的称谓不尽相同，如基因芯片、DNA芯片、微阵列等，目前没有明确区分，通常混用。

目前有零散的采用商用或自制微阵列研究中药基因表达水平的报道。如周联等［19］采用含2048个基因的小鼠基因表达谱芯片检测黄连解毒汤及其成分黄芩苷和盐酸小檗碱对LPS造型的小鼠脾细胞基因表达的影响，结果复方的作用明显优于有效成分的作用，但对具体基因表达影响的分析存在一定难度。王广良等［20］用自制的包含24个细胞周期相关基因的cDNA微阵列，对抑制肝癌细胞增殖的4种中药乌药、青蒿、紫草和黄芪的抗肿瘤分子机制研究表明，4种中药对细胞周期基因和损伤检测点基因均有不同程度改变,表现为部分上调,部分下调,通过分子生物学技术进一步验证了用其治疗癌症的合理性。

在中药作用机理研究中，DNA阵列技术可以同时对使用中药前后的数千个基因表达情况进行比较和差异分析；且具有所需样品的用量极少、自动化程度高、被测目标DNA密度高的优点。但目前微阵列技术也存在许多问题，如其小型化和高通量的特点使得对外界和内部的变动都很敏感，因此宜采用取平均值并标准化操作的办法，但目前尚无普遍认可的规则和标准来指导微阵列实验，数据采集和分析方法及操作系统也存在很大不同［17］。此外，基因表达与调控研究的滞后，使得中药机理研究中获得的很多信息难于解释；昂贵的制作费用也是一个限制因素。

5展望

总体来讲，中药的作用机理研究应是多水平的，不仅包括基因转录水平，也包括转录后、蛋白质翻译及翻译后水平的调控上，对每个特定的中药/中药复方，可能不一定在各水平上都有影响，基因转录水平的机理研究主要就是考察对相关靶基因mRNA水平的改变，也是目前分子生物学技术在中药机理研究中的主要应用范畴。中药尤其是中药复方的多成分多功效决定了其很可能对基因转录水平有影响，已完成的研究结果已证明了这一点。

中药的机理研究通过应用分子生物学技术已深入到几乎是最根本的基因转录水平，并在该水平上对中药的疗效获得了一定解释，但整体上还处于探索阶段。已有的研究主要是应用如核酸分子杂交、RTPCR技术等考察“单基因”的技术，应用如DDPCR、DNA阵列等研究多基因的技术的报道较少。中药调节机体平衡的特点决定了对基因转录的影响很可能是对多基因的协同影响，如对补肾生血方的系列研究已表明此方的功效与影响EPOR、SCF、cmyc、Bcl2、GMCSF基因表达有关。因此，应用研究多基因表达的技术考察对多基因的协同影响将是未来中药基因转录水平作用机理研究的主要方向。相信随着现有技术的不断发展和完善、新技术的出现及多种技术相结合加上疾病细胞分子水平研究的深入，复杂的中药作用机理会逐步得到阐释，中药的疗效和可能发现的新功效将从机理上获得科学依据，为中药获得像西药一样的市场准入权提供有力的支撑。

【参考文献】

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分子生物学作用范文第2篇

[关键词]教学改革；分子对接；AutoDockvina软件；虚拟筛选；药物化学

药物设计是药物化学的重要研究内容，药物设计主要基于经典的药物化学原理、生物大分子的结构信息和已知化合物的结构信息，构建具有药理活性的小分子化合物，旨在提供候选药物，为创新药物的研究提供物质基础。药物设计学课程的目标是让药学本科生掌握药物分子设计的基本原理、研究内容和研究方法，建立药物分子设计的思路和理念[1]。分子对接(MolecularDocking)是两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的过程[2-3]。分子对接在药物分子设计中具有十分重要的意义。分子对接也是药物虚拟筛选的一种常用方法，通过分子对接可以从化合物库中筛选出潜在的活性先导化合物，也可以揭示药物小分子和生物靶点之间的相互作用方式，预测化合物的亲和力及活性，也可以用于先导化合物的结构优化等[4]。目前，多重耐药菌以及耐药菌感染引发的死亡等问题已成为全球关注的医学与社会问题，严重地威胁着感染性疾病的治疗，为此迫切需要能够抵抗多重耐药菌的具有新结构与新作用机制的抗菌药物[5-6]。而细菌RNA聚合酶已成为最热门的一类抗菌药物靶标，开发其相应的抑制剂克服已有抗生素的耐药性具有重要的意义[7]。分子对接作为药物设计学课程中主要内容，既是学习的重点也是难点。笔者根据多年从事新型抗菌药物的研究经历，结合科研工作实践，在桂林医学院药学专业的药物设计学课程的教学案例中，以“虚拟筛选细菌RNA聚合酶抑制剂”作为教学切入点，以AutoDockvina、PyMOL和LigPlot等药物设计软件来进行虚拟筛选，通过自建的小型化合物库，虚拟筛选细菌RNA聚合酶抑制剂。本案例的设计目的是让学生熟悉如何从数据库选择合适的靶点作为研究对象，化合物库的构建，蛋白及小分子的预处理，以及AutoDockvina的对接流程，PyMOL和LigPlot的作图方法等，激发学生的学习兴趣，了解和熟练掌握通过虚拟筛选的手段从化合物库中发现新型活性先导化合物的方法。

1教学案例的设计

1.1软件介绍

AutoDock是由美国Scripps研究所的OIson小组开发的分子对接软件包[8-9]。AutoDock程序目前最新的版本为4.2.6。AutoDockvina是一个开源的分子对接程序[10]，最初由OlegTrott博士在Scripps研究所的分子图形实验室设计和开发的。AutoDockvina与AutoDock相比，前者大大提高了准确性，而且AutoDockvina可以利用系统上的多个CPU或CPU内核来显著缩短运行时间。AutoDockvina是目前最为广泛使用的虚拟筛选软件之一。PyMOL是一款经典的三维分子结构显示软件[11-12]。PyMOL已广泛应用于正式发表的科学研究文献中的三维分子结构显示。本教学案例使用的PyMOL版本为1.7.4。LigPlot是一款针对学术用户的软件[13]，是免费、开源二维的结构显示软件，可自动生成二维配体-蛋白质相互作用图，最新版本是LigPlot+v2.2，能够链接到PyMOL软件。

1.2AutoDock分子对接方法的建立

1.2.1小分子化合物库的建立在本次教学案例中，首先安排学生在课前进行化合物库的建立。从文献中收集具有抗菌活性的中药单体化合物，先使用ChemDraw软件绘制出单体化合物的结构，再用Caculations-MM2-MinimizeEnergy模块对小分子化合物进行能量优化，并保存成mol2格式。用raccoon软件将mol2格式批量转换为pdbqt格式，创建一个包含5个化合物(化合物1-5)的小型数据库。1.2.2蛋白的预处理从PDB数据库获取细菌RNA聚合酶三维结构(PDBID：3DXJ)。利用PyMOL1.7.4软件，保留蛋白的C和D链，除去其他链，除去水分子(保留D链的H2O1539)，除去金属离子，将处理好的蛋白保存为3dxjp.pdb。在AutoDock4.2软件中，将3dxjp.pdb添加氢原子，计算电荷，设置原子类型为AssignAD4type，并保存为3dxjp.pdbqt格式。1.2.3配体小分子的预处理利用PyMOL软件，从蛋白晶体复合物中提取出共晶配体NE6，并保存为NE6.pdb格式。将NE6.pdb在Chem3DPro14.0中使用MM2力场进行构象优化，保存为pdb格式。在AutoDockTools中的Ligand模块打开此配体，在Ligand模块中选择ChooseTorsions弹出的TorsionCount对话框，并保存为NE6.pdbqt文件。1.2.4设置Grid参数打开3dxjp.pdbqt和NE6.pdbqt，设置Grid参数，以蛋白的活性位点(centerx=-11.5，centery=58.49，centerz=4.587)为中心；设置x=50，y=50，z=50，xyz分别表示在各方向上的格点的数量；Spacing设置为0.375Å，设置完成后保存为grid.gpf文件。1.2.5设置Docking参数在AutoDockTools中的Docking模块打开保存好的两个pdbqt文件，SearchParameters选择遗传算法(GeneticAlgorithm)，NumberofGARuns设置为10，MaximumNumberofevals设置为250000，其他参数为默认，输出文件保存为dock.dpf文件。1.2.6执行运算在键盘运行win+R，输入cmd命令，使用cd命令进入工作文件夹。输入autogrid4-grid.gpf-lgrid.glg运行程序，输出grid.glg文件。再输入autodock4-pdock.dpf-ldock.dlg，输出dock.dlg文件。在AutoDockTools的Analyze板块中对dlg格式文件进行分析，保存最优构象。为检查Autodock4.2参数设置的合理性，将共晶配体NE6与蛋白3DXJ按上述参数设置进行分子对接，然后把对接前后的NE6的结构相比较。在VMD1.9.3软件中，对NE6和保存的最优构象计算均方根偏差(RMSD)值，如果RMSD值＜2Å，说明建立的分子对接模型可靠性较高。也可以利用PyMOL软件比较对接前后的共晶配体的构象(图1)，如果叠合度很高，也能说明对接模型的可靠性较高。

1.3AutoDockvina虚拟筛选

根据以上建立的分子对接模型，将对接参数写进AutoDockvina的配置文件conf.txt，这个文件里面写上用于对接的详细参数。然后通过win+R进入运行窗口，输入“cmd”进入命令行窗口，进入AutoDockvina工作文件夹。输入“vina--configconf.txt”，回车，运行该程序完成对接的虚拟筛选。所得对接结果如表1所示。对接结果显示Ser1084、Gln1019、Gly620、Leu618等关键氨基酸分别与化合物4上与氮原子直接相连的羰基、羟基及六元环上氧原子存在氢键相互作用；而其他氨基酸如Val1466、Trp1038、Val1037、Glu1034、Leu619、Asn617、Lys621、Ile1467等与该化合物有疏水作用。

2教学效果及学生反馈

在实际的教学中，学生对受体蛋白的预处理和对接过程会遇到一些困难，老师会重点解答同学们的以下几个疑问：(1)为什么要对受体蛋白进行加氢处理？蛋白晶体复合物结构中通常会缺少氢原子的坐标，而氢原子尤其是极性氢原子对计算静电作用是必须的。因此，在利用AutoDock进行对接时，需要给蛋白加上氢原子，也可以利用PyMOL软件来快速完成这个操作，依次点选Edit-Hydrogen-Add-Polaronly，加上的氢原子会以白色短线形式出现。(2)可以通过几种途径来准备配体小分子？①利用ChemDraw软件准备配体小分子。如果是未有文献报道的小分子化合物，先在ChemDraw2D画好结构式，然后复制到ChemDraw3D做能量优化。能量优化步骤：Caculations-MM2-minimizeenergy-Run，然后File-Saveas-SYBYL2(*.mol2)，留待在AutoDock中进一步处理备用。②利用PubChem数据库下载复杂分子。如果是已知的化合物，尤其一些结构比较复杂的分子，例如细菌RNA聚合酶抑制剂利福霉素(Rifamycin)，如果我们还是用ChemDraw2D来画结构式，会很容易画错，所以建议大家直接登录PubChem数据库下载2D或者3D结构。那么怎样选择一个合适的蛋白作为研究对象呢？在实际的课堂教学中，我们一般会建议学生基于如下条件选取晶体结构：解析度尽可能高、尽可能未有氨基酸残基缺失或突变、优先选择人源、有文献报道的且带有共晶配体的复合物晶体等。总之，我们建议同学们在不知道怎么选蛋白作为研究对象的情况下，就多看文献找思路。(3)如何在分子模拟水平上验证分子对接结果的可靠性？如果已经有明确的共晶配体分子的晶体复合物作为研究对象，我们在建立分子对接模型用于虚拟筛选之前，必须进行晶体复合物重现性研究，即Re-dock研究。也就是要用复合物中的共晶配体作为配体小分子，在AutoDock中设置相关参数，对接以后得到的构象，再与对接前的原配体的构象进行比较，以RMSD值来评价两者之间相似度的差距。一般认为RMSD＜2Å，才能说明对接后得到的构象与原配体差别较小，如果分子对接可以很好重现了复合物中蛋白与配体小分子的结合情况，即侧面证明了分子对接方法可靠性较高。本课程的授课对象为药学三年级的本科生，学生已学习过药物化学、生物化学、药理学等专业课程，具备一定的药学专业知识基础，也具有一定药学实验基础。但是，部分同学初次接触计算机辅助药物设计软件，专业外语的基础薄弱，导致在学习药物分子设计的软件过程中会遇到许多困难。通过对以上学情的分析，笔者在本案例的教学过程中，首先通过雨课堂的方式把相关药物分子设计的软件操作教程提前发送给学生，并录制软件的操作视频，让学生课前充分地熟悉软件的使用方法。在实际的课堂教学中，老师从小分子化合物库的构建及预处理，蛋白大分子的下载以及优化等最简单的步骤开始演示，对学生的疑问进行现场解答。鼓励学生自主学习与探索，采用小组交流讨论，鼓励同学之间互相帮助。通过这些举措，学生可快速学会软件的用法，显著提高了学生的积极性和学习兴趣。该教学案例的设计也融入药物设计学课程考核中，是重要的考核内容。药物设计学课程的成绩组成为：期评成绩=教学案例的课程作业+文献报告+课堂表现+PPT制作及讲解。我们要求学生在实施这个教学案例后，把分子对接的结果发送给老师，以及通过PyMOL和LigPLot软件制作小分子与蛋白靶标的相互作用图，通过PPT制作与讲解，鼓励和引导学生走上讲台，加深对知识点理解的同时，培养了学生分析解决问题能力、团队协作能力以及表达能力。在课后调研过程中，学生均表示了对药物设计软件的欢迎，也有同学表示在老师课堂演示之后，分子对接实践由学生自行开展，对软件的安装、熟悉和使用需要花费一定的时间精力，部分学生由于计算机基础较弱，学习具体操作存在一定困难，而被卡在某操作环节，这个时候更加需要老师和同学帮助其解决技术难关。调研结果同时表明，学生很喜欢这种极具实战性的药物分子虚拟筛选的案例课程，也希望学校多配置高性能计算机，多开展专门的药物设计软件的系统培训，从而帮助我校药学专业学生更好地熟悉软件的使用，提高学生药物分子设计和虚拟筛选的能力。

3结语

分子生物学作用范文第3篇

关键词 研究生；分子生物学；实验教学；教学改革；师范院校

中图分类号 G40-056 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）22-0336-01

分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的一门科学[1]。自20世纪50年代以来，分子生物学已发展成为当前生命科学发展的主流，是目前最具潜力、最迅速的生命学科之一，成为研究生物学及相关科学的一个有力工具[2-3]。加强分子生物学实验教学，不仅有利于培养学生掌握分子生物学的理论基础知识和实验操作技能，而且有利于培养学生形成正确的科学研究素养和创造思维精神，让学生更好地进入科学研究领域[4]。

1 面临的问题

师范院校研究生的分子生物学基础较为薄弱，学生大部分来源于省市级师范院校，“985”和“211”高校生源较少。师范类院校本科教育以培养中学教师为目的，更注重培养学生的理论知识，对学生的实验动手能力、创造性思维能力、科研素养等重视不够。同时，所读本科师范院校为省市级院校，学校师资、实验条件、资金等条件一般，较难进行系统规范的分子生物学实验教学。

当前师范院校硕士研究生培养时间为3年，学生进校第1年要进行文化课程学习，第3年要提前写毕业论文，做科研的时间相对较短。分子生物学是一门实践操作性很强的课程，大部分研究生的课题研究都需要用到。如何在较短的时间里提高学生的分子生物学理论知识水平，培养学生扎实的实验操作能力，增强分子生物学的科研素养，让学生更好地进入科学研究领域是分子生物学实验教学面临的最主要问题。

2 改革的主要内容

2.1 师资队伍

师资队伍是分子生物学实验教学首要环节。教师必须具备较强的科研素养，具有较长的分子生物学研究经历及不断获取国际先进技术和经验的能力。由于分子生物学的特殊性，教师最好具有在国外较有影响的分子生物学实验室学习工作的经历；同时，要承担有国家、省部级的科研课题。做为师范院校的学生，实验操作能力的提高是目前最为迫切的任务。分子生物学实验是非常细致的操作，因此具有较好的操作技能、未离开科研实验工作第一线的老师的实验演示对学生实验技能的掌握具有重要作用。同时，兴趣是最好的老师，教师对科研工作特别是对分子生物学的精到理解，对学生科研兴趣的培养尤为重要。具有较高造诣的分子生物学专任教师任教，有利于培养学生形成正确的科研精神和创新思维。要加大师资队伍建设，要让优秀的分子生物学专业且仍在科研实验工作第一线的教师投入到分子生物学实验教学的工作中。

2.2 实验平台

实验平台是分子生物学实验教学的重要保障。分子生物学实验要用到较多大型的实验仪器，如PCR仪、分光光度计、冷冻高速离心机、凝胶成像系统等，需要投入大量的资金购买必备的实验仪器。另外，分子生物学实验对实验场地的要求较高，为保证教学效果，每位学生基本要做到每人独立实验。因此，在加强实验平台的建设上，要加大资金投入，建立独立专门的研究生分子生物学实验室；要让实验仪器公开化、常态化，提高实验仪器的使用率；要让每一个学生都有足够的机会操作实验仪器，让每个学生都能熟练掌握常用的分子生物学实验仪器。

2.3 教材教学

教材教学是分子生物学实验教学的核心内容。师范院校研究生的生源不一，分子生物学基础差异较大，学生在研究生期间开展的课题对分子生物学掌握程度的要求又一样。因此，教材教学显得尤为重要。

2.3.1 科学研究与实验教学相结合。打破传统的固定化的教学模式，更新陈旧的教学内容，把科研素质培养放在实验教学的第一位。教师要把科学研究的思维灌注于整个分子生物学实验教学过程中，适时将任课老师的科研项目引入到实验课程中来。研究生进入学校后，都会较早地了解自己在研究生阶段即将开展的课题的大致方向，因此要把实验教学与科研项目和研究生各自的课题联系起来。教师要以科学研究的指导思想来引领和统筹开展实验教学。

2.3.2 教材讲授与专题讲座相结合。在教学内容上，教材讲授与新进展专题讲座相结合，注重科学研究的新发展，要适时邀请相关领域较有造诣的教授就某些专题进行报告。分子生物学是一门发展中的学科，注重科学研究的前沿讲授，让学生及时了解分子生物学的最新发展尤为重要。专题讲座有利于拓宽学生的科研视野，提高学生的科研思维能力，增强学生的科研素养，培养学生的科研兴趣，让学生及早由本科生的教材学习向研究生的科学研究过渡。

2.3.3 基础实验与研究实验相结合。基础实验包括质粒DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳、酶切鉴定、PCR技术、DNA的纯化、载体的构建、感受态细胞的制备、细胞转化、重组子鉴定、RNA提取等常规分子生物学实验。同时，让学生根据自己的课题科研需要，自主查阅资料设计实验，利用基础实验的常规技术进行研究实验。在实验过程中，任课老师可以定期组织学生汇报，也可附以邮件等方式及时解决实验问题。研究实验以上交毕业论文的形式进行考核，学生均要按照课题研究背景、研究目标、研究意义、实验方法、实验结果、分析讨论进行撰写论文，同时以小型答辩的形式让学生进行汇报，让学生参与讨论相互学习。基础实验培养学生的基本操作能力，研究实验提高学生运用分子生物学技术进行科学研究的能力和学生的科研创造力。

3 结语

分子生物学是研究生课程教学中一门重要而又相对难学的课程。随着分子生物学在生命科学领域的应用不断深入，分子生物学实验技能的熟练掌握、运用分子生物学技术的能力对学生科学研究越来越重要。只有通过分子生物学实验教学的不断改革，才能迅速提高学生的分子生物学实验操作能力、有效增强学生的科研素质，为研究生科学研究工作的迅速开展奠定基础。

4 参考文献

[1] 郑用琏.基础分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2] 陈启龙，杨和建.分子生物学实验教学的探讨[J].黄山学院学报，2009，11（3）：136-138.

分子生物学作用范文第4篇

关键词：分子生物学；分子影像学；医师；学习

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0186-02

分子生物学的诞生拓展了人们对于疾病的认识，分子生物学的研究内容涉及到生命的本质，它的出现对生命科学有着巨大的冲击，尤其是对医学有着重要的影响[1，2]。现代医学条件下，从分子水平认识疾病并寻找对策已成为医学发展的重要途径之一。分子生物学的方法和技术被广泛的应用于影像医学的基础和临床研究中，与之交叉产生的新兴学科――分子影像学，已然成为影像医学的前沿与热点[3，4]，学习和利用分子生物学的知识对于广大医生，特别是影像科医生来说有重要的意义，有助于我们了解行业研究的前沿和热点，提高科学研究和临床诊疗水平。然而广大医生，特别是影像科医师在实际工作中常常面临知识缺乏或老化的问题，原来掌握的理论和技能在疾病诊断、发病机制的研究、疗效的跟踪和评估等方面越来越受到制约。因此，随着分子影像学的出现和医学分子生物学的交叉与发展，今后的影像临床和科研中要求影像医师能够掌握与其工作相关的理论知识和技能，从而有效地为临床工作及科学研究服务。

一、分子生物学在影像医学发展中的意义

近20年来，分子生物学在理论和应用上都取得了重要进展，其理论与技术已渗透到生命科学的诸多领域，而影像医学与其结合产生的新型学科――分子影像学更是走在影像医学发展的最前沿。分子影像学的出现和发展将从根本上改变未来的医学模式，引领整个医学影像学发展的方向[5]。与传统的影像诊断学不同，分子影像学借助于分子探针应用医学影像成像设备非侵入性地对活体的生理病理过程进行观察，其优点是在器官或组织结构的形态变化之前，从分子水平进行定量或定性的可视化观察[6]。例如通过标记肿瘤产生过程的关键分子然后进行影像学检查，既可以显示出肿瘤发生发展过程中的解剖改变，也可以追踪观察疾病发生、发展过程中的病理生理变化，有助于疾病的早期明确诊断和发生机制等的研究。在药物开发和作用机制研究中，通过标记药物本身或者其作用靶点可以直接显示药物在体内的变化或靶点的改变，从而为药物的筛选和作用机制的研究提供直观的实验依据。分子影像学技术不仅为生命科学相关的基础研究提供了重要方法，而且也在临床研究和转化医学等领域中发挥重要的作用[7]。在未来的个体化医学模式中，分子成像技术可能会同时融合疾病的分子诊断和治疗跟踪系统，在早期诊断疾病的同时进行治疗并跟踪其治疗后的变化，从而实现疾病诊疗的一体化。

二、影像医师学习分子生物学知识的必要性

分子影像学是分子生物学和医学影像技术相结合的产物，分子影像学利用现有的一些医学影像技术，如核医学、核磁共振和光学成像方法等，通过特异性的分子探针的设计和应用，能够对人体内部的生理或病理过程中在分子水平上发生的变化进行在体成像，安全无创，可重复行强，在疾病的诊断、治疗以及疗效评价、发病机制等的方面发挥着不可估量的作用。分子影像学是一门新的交叉学科，作为影像医师要想掌握并应用好，除了原有的影像学知识外，还要学习和掌握分子探针的制备原理和技术、信号通道及相关机制、肿瘤靶点的筛选和定位等相关知识和技术，而这些都属于分子生物学的范畴。分子影像学使影像检查从原来单纯观察解剖结构转向功能性分析，从主观诊断转向客观的定量分析，因此影像医生必然要整合分子生物学、细胞生物学或合成化学等方面的知识，在研发分子探针、筛选基因靶点等方面不断努力，借助于先进的影像学成像手段早期、直观的显示疾病的发生发展、治疗效果及转归等，实现分子影像学的长远发展。而且随着相关技术的兴起，分子影像学越来越注重对个体化表型差异的分析，这也为实现个性化医疗，即精准医疗，提供了重要的条件。未来，分子影像学将推进个体化治疗的发展进程，例如许多肿瘤的诊断靶点，也可作为治疗靶点，通过筛选关键靶点，定制对应的特异性分子探针，应用分子影像的个体化分析为病人“量身定做”最佳治疗方案，并能予以跟踪、评价，从而实现诊断治疗的一体化。总之，掌握分子生物学知识对提高影像科医师综合诊疗水平具有极大的指导意义。目前我国普通高等医学院校都已开设了分子生物学课程及其相关的实验教学，也有相应的规划教材和实验教材，因此毕业于医学院的影像医师大多具备了一定的医学分子生物学知识基础，但分子生物学的理论和技术不断地更新，这就迫使影像医师仍需要不断地学习，以便了解分子生物学的最新进展。而对于没有学校学习基础的高年资医师而言，分子生物学是个崭新的领域，需在重新学习[8]。

三、影像医师加强分子生物学知识学习的途径

影像医师应认识到加强分子生物学知识学习的重要性，并积极主动地加强分子生物学知识的学习。除了医院、学科或科室有组织的进行学习外，更重要的方法还是自主学习，通过有效地继续教育获取必要的理论及技能。在继续教育的过程中，影像医师应根据自身的需要选择学习的深度和广度。如实际工作中需要对疾病的发病机制、药物作用机制、疗效评估等研究较多，还必须全面地学习医学分子生物学的最新理论和相关技术，才能更好服务于实际工作中。影像医师获取分子生物学知识的途径有很多：

1.全面系统的学习基础知识。影像医师应根据自身的基础选择相应的教科书或参考资料，可以优先选择国家规划教材，以便由浅入深的掌握分子生物学的理论，明晰各种常用名词、术语，了解分子生物学涉及的研究领域。近年来大学的网络公开课程建设日趋完善，还可以通过慕课等进行在线的视听学习[9]，有助于知识的理解与掌握。在有一定基础的前提下，再通过专业杂志和文献，了解最新的进展和研究动态。

2.明确方向，学习相关的专业技术。分子影像学的研究涉及到多个学科的知识，因此在学习中，影像医师应明确自身的研究方向，有针对性的学习。应用互联网学习操作简单、便捷，易于被广大医生接受，而且其内容全面、检索便捷等优势也已在医学继续教育中发挥着不可替代的重要作用。可以通过维普、知网、同方等专业网站，有针对性的筛选文献和资源进行学习。另外和可以进入到分子生物学的网站、论坛等进行浏览、搜索等，既能紧跟前沿动态，还可以与他人互动交流、进行讨论。

3.注重学术交流与合作研究。参加专题学术讲座或会议，尤其是部级或国际性学术交流活动是十分必要的。通过学术交流，可以较快的了解分子生物学在影像医学中的应用和最新动态，而且在交流过程中，可以与同行及专家进行直接的沟通，交流并获得必要的指导和帮助[10]。在科学技术飞速发展的今天，单单依靠影像科医师无法发展分子影像学，唯有与分子生物学等交叉学科的专家精诚合作，才能更好的推动分子影像学的发展和临床应用。哈佛大学分子影像中心Weissleder教授曾指出影像医师应该切实肩负起开展分子影像研究工作的任务，要与基础学科相互沟通，发挥各自的优势，协同合作。因此加强合作与交流能够更好地解决分子影像学发展中所涉及的问题，有效的促进影像医师分子生物学的学习和研究。

总之，分子生物学是目前公认的最具活力的医学带头学科。分子影像学的出现是分子生物学的理论和技术推动影像医学发展的直接表现。作为新时代的影像医师，必须重视分子影像学的研究，学习和应用好与之相关的分子生物学等基础知识和技术，才能适应现代医学发展的需要，更好的服务于科研与临床医疗工作。

参考文献：

[1]冯作化.医学分子生物学[M].人民卫生出版社，北京，2001.

[2]方福德.医学分子生物学的发展历程和展望[M].医学与哲学，1999，20，（1）：17-20.

[3]张龙江，宋光义，包颜明.分子影像学的研究和进展[J].中华放射学杂志，2002，36（10）：950-953.

[4]董鹏，王滨，孙业全，等.浅析分子影像学学科建设与影像医学专业研究生创新能力培养的关系[J].中国高等医学教育，2008，（6）：117-118.

[5]申宝忠.无限潜能魅力彰显――分子影像学研究的回顾与展望[J].中华放射学杂志，2014，（5）：353-357.

[6]Perrone A. Molecular imaging technologies and translationalmedicine. J Nucl Med，2008，49（12）：25N.

[7]申宝忠，王维.分子影像学2011年度进展报告[J].中国继续医学教育，2011，（8）：132-166.

分子生物学作用范文第5篇

关键词：医学检验；现代分子生物学技术；应用；趋势

目前我国科学技术得到飞速发展，在很大程度上促进了现代医学的发展，其中对现代分子生物学技术的应用也越来越多，而且从某一角度来看，现代分子生物学技术对医学的持续发展具有不可替代的重要作用。从整体上来看，基因克隆技术等现代分子生物学技术的出现，已经开始极大的影响到了现代医学发展，并随着逐步完成的基因测序工作，也很好的解决了原先一直得不到解决的难题。在逐步进入到后基因时代后，在生物学界也逐渐开始广泛的应用数理科学，这为生物学发展提供了新的方向，同时也为应用分子诊断技术提供可能。因此分子生物学技术在现代医学中的作用已经十分显著，在医学检验中可以加强对现代分子生物学技术的有效应用，这对多种疾病的有效诊断与治疗都具有重要的意义和作用。

一、现代分子生物学技术在医学检验中的应用

（一）分子生物传感器

分子生物传感器作为一种固定的化学、生物技术，具体指的是在换能器上固定好相应的动植物组织、微生物、细胞、受体、核酸、蛋白、抗原、抗体、酶等生物识别元件，如果待测物在检测过程中会与生物识别元件之间生产特异性反应，那么换能器就能够输出相关的反应结果，也可以检测到一定的光信号和电信号等，进而实现对待测物进行定量、定性分析，得到检验结果。目前在体液中核酸、小分子有机物、微量蛋白等多种物质检测中都已经广泛的应用分子生物传感器，能够为多种疾病的临床分析和诊断提供有价值的参考依据。在Skladal等人的研究结果中显示，压电传感器在经过寡核苷酸探针修饰后对血清中的HCV（丙型肝炎病毒）进行检测，并对其DNA的PCR（聚合酶链式反应）扩增以及结构转录过程进行实时监测，整个过程用时比较短，一般都可以控制在10min左右，而且这一检测装置还能够重复使用。

（二）分子生物芯片技术

随着科学技术的持续发展，人们对各种疾病的认识水平和程度都不断加深，再加上不断改进和优化的分子生物学，原先传统的医学检验技术已经不能很好的适应当前社会对全面、准确、快速、微量等检验要求。分子生物芯片技术作为一种新型检验手段，指的是在支持物上固定好大量的探针分子，固定好后与标记样品之间进行反应或杂交，然后根据自动化仪器检测到的反应或杂交信号来对样品中靶分子数量进行判断。另外就病原菌检测来说，目前已经完成了大部分病毒、细菌的基因组测序工作，并根据每种微生物的特殊基因制成具有代表性的一张芯片。这样一来，就看将可检测标本中有无病原体基因表达以及相关情况进行反转录，就能够有效的对患者感染和感染病源宿主、进程反应进行综合判断。

（三）分子生物纳米技术

目前在临床中用来检验生物活性物质的方法种类比较多，其中最基础、最关键的技术主要是以抗体为基础，这也是应用范围最广的一种检验技术比如当前在各种异生质以及生物活性物质检测中已经成功的应用了免疫分析联合磁性修饰技术。在纳米磁表面固定一定的特异性抗原或抗体，以化学发光物质、荧光染料、放射性同位素、酶等物质作为检测基础，相较于传统微量滴定板技术来说，该技术具有灵敏、快速、简单等多方面优势。在VanHelden等人的研究结果中显示，将快速、高效的化学发光免疫测定技术联合与抗体连接的纳米磁性微球组成自动检测系统，目前已经在HIV-1和HIV-2检测中得到成功应用.另外目前也已经建立了在人胰岛素检测中应用的全自动夹心法免疫测定技术，其中也需要借助碱性磷酸酶标记二抗、蛋白纳米磁性微粒复合物以及抗体。

（四）分子蛋白组学

随着相关人们对分子蛋白质组学的深入研究，目前已经获得了一定的成果，但是从整体上来说，部分结论还是存在着相互矛盾、众说纷纭等缺陷与不足，比如在以SELDI-TOF-MS（表面增强激光解析离子化--飞行时间质谱技术）为代表的蛋白质组学技术中不能很好的体现出部分具有代表性的肿瘤标志物。导致这一现象出现的原因主要包括以下几个方面：一是该技术自身就存在限制性，如重复性、敏感性，而且在具体检测过程中检测设备在确认每一峰值蛋白的时候都会存在一定的局限性；二是在选择对照组和实验组的时候是否合理，如果选择不合理的话，就会出现某一蛋白组模式反映的仅仅只是代谢紊乱、炎症反应或者是肿瘤的特异性；三是就不同的实验室结果来说，其标本处理过程差异、结果可比性等都难以确认。因此，如果在医学检验中需要加强对分子蛋白组学的广泛应用，深入解决这些问题尤为重要，也只有这样才能够在医学检验中将SELDI-TOF-MS技术的革命性作用充分发挥出来。

二、在医学检验中分子生物学技术的应用发展趋势

就在医学检验中分子生物学技术的应用发展趋势来说，主要体现在以下两个方面：一方面是定量PCR，另一方面是实现PCR的全自动化。比如通过对集检验与扩增为一体的一次性试验卡的应用，就能够很好的处理PCR污染的问题，或者是还可以推广和普及从制备到检测标本整个过程的相应自动化仪器以及全封闭系统，这对PCE交叉污染问题的有效解决具有重要意义和作用。目前在临床科研中，除了对PCR增强研究力度，同时也加强了对Q复制酶扩增系统、3SR（自限序列扩增系统）、TAS（转录扩增系统）、SDA（链置换扩增系统）、LCR（连接酶反应）等体外基因扩增技术的应用。另外人们也逐渐开始更加关注分子生物学技术的质量控制以及标准化两个方面，尤其是卫生部颁布、推广的PCR实验室管理办法，在很大程度上促进了PCR技术的健康发展。

结语：总的来说，随着不断成熟和完善的基因克隆技术以及基因测序工作，目前我国已经逐步进入后基因时代，现代分子生物学技术在各个行业和领域中的作用越来越重要，尤其是对于医学检验来说，通过应用现代分子生物学技术，不仅仅能够更加快速、准确的获得疾病检验结果，为患者疾病的确诊提供有价值的参考依据，同时也大大节省了医疗资源，对我国医疗事业的持续发展具有积极的促进作用。

参考文献： 

[1]分子生物学技术在医学检验中的应用进展[J]. 王海英.当代医学. 2011（06） 

[2]现代分子生物学技术在医学检验中的应用[J]. 李鹏.临床和实验医学杂志. 2007（03） 

[3]为21世纪中国检验医学事业崛起而奋斗——写于本刊更名之际[J]. 杨振华.中华检验医学杂志. 2000（01） 

[4]四年制医学检验技术专业的培养目标及教学的思考[J]. 陈婷梅，尹一兵，冯文莉，涂植光.中国高等医学教育. 2014（08） 

[5]医学检验创新人才培养模式的构建与实践[J]. 张继瑜，王前，郑磊，裘宇容，亓涛，熊石龙，李海侠.中华检验医学杂志. 2014 （01） 

[6]临床检验基础课程的实验教学改革与体会[J]. 曾涛，马丽.国际检验医学杂志. 2013（12）