蛋白组学教学内容与教学方式的改革初探

周倩 朱宏建

【摘要】蛋白质组学是后基因组学时代发展起来的一门研究功能基因组的重要学科，作为一门专业选修课，近年来深受广大学生欢迎。2015年，随着蛋白质组学在功能基因组学研究中日益重要的地位，我校将生物信息学专业该门课程改为专业课。蛋白质组学教学组适应形势的变化，结合近几年以来的教学实践，对蛋白质组学的教学内容和教学方式进行了初步的改革。

【关键词】蛋白质组学 课程 教学方法 教育改革

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）10-0245-02

随着测序技术的快速发展，我们获得了海量的遗传信息。但对这些遗传信息的解读，仍需要通过研究生物功能具体的执行者-蛋白质，才能最终实现。因此，蛋白质组学（Protemics）的研究成为后基因组时代生命科学研究领域的核心内容之一。蛋白质组学是一门新型的交叉学科，强调在整体水平对生物体的蛋白质进行定性定量检测、细胞定位、修饰和相互作用研究，涉及生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学及生物信息学等多学科，最终目的是揭示生物体全部蛋白质的功能，帮助搭建基因组序列与基因功能之间的桥梁。然而，蛋白质组学是一门理论与实践结合紧密的课程，涉及较多的新型实验技术，这些实验技术学生大多在前期的学习中很少涉及，会觉得抽象，理解困难。因此，对教师的教学是一个挑战。

湖南农业大学自2005年开设生物信息学专业以来就把蛋白质组学设置为专业限选课，近年来随着蛋白质组学在生物学研究领域日益快速的应用和发展，2015年将其改为专业课，其中理论课20学时，主要介绍蛋白质组学的研究内容、相关研究技术的原理、应用范围以及国内外的研究现状，实验课16学时，主要介绍蛋白质组学研究涉及的生物信息学工具，包括主要数据库和软件的使用，目的是在帮助培养学生的思维能力的同时提高动手能力。

该课程的设置在我校已经有十二年的历史，随着学科的快速发展，我们对蛋白质组学的教学内容及思路、教学手段和方法以及考核方式等进行了相应的调整，最终目的是让学生有机会接触生命科学研究的前沿，领略蛋白质组学的魅力，避免复杂的技术原理使学生觉得课程枯燥无味，失去学习的动力。在近几年教学经验的基础上，近年来作者对蛋白质组学的教学内容和教学方式进行了一些改革探索，取得了较好的效果，受到学生的肯定。

1.蛋白质组学教学内容的调整

在“大众创业，万众创新”新形式下，注重培养大学生的创新思维能力，切实提高培养质量显得尤为重要。因此，蛋白质组学的授课内容也从课程的趣味性和启发性入手，及时进行了适当调整，降低纯技术理论在讲授环节所占的比重。课程设置之初由于可供选择的教材很少，综合考虑各方因素，我们以2003年科学出版社出版的钱小红与贺福初院士主编的《蛋白质组学：理论与方法》作为教材。然而该书偏重理论和方法，不太合适作为本科教学的教材。近年蛋白质组学的教材主要有2009年中国农业出版社出版李维平主编的《蛋白质组学》和2011年中国林业出版社出版何华勤主编的《简明蛋白质组学》，两者在内容设置上区别不大，但《简明蛋白质组学》在编写上更注重理论和实验技术的结合，因此选择《简明蛋白质组学》作为教材，并将内容进行了适当的取舍。理论课讲授内容分为蛋白质组学概论、样品制备技术、蛋白质分离技术、蛋白质鉴定技术、蛋白质的定量技术、蛋白质互作研究技术、蛋白质组信息学及蛋白质组学应用7章，实验课的内容设置为2-DE图像分析软件的应用、质谱和数据库搜索鉴定蛋白质、Cytoscape使用方法和蛋白质组学常用数据库介绍及应用。

蛋白质组学概论一章主要讲述蛋白质组学学科的发展历史、研究目的与意义以及研究内容，帮助学生建立对课程的总体认识，让学生了解蛋白质组学的研究特点以及与基因组学的异同，并结合具体的研究实例讲解，充分激发学生的学习兴趣。

样品制备技术一章，结合学生学习过的生物化学、分子生物学等知识，重点讲述样品制备的原则及注意事项。此外，简单介绍一些针对特殊蛋白质的样品制备技术，如膜蛋白的分离提取法、亚细胞分离与蛋白质提取等。让学生能够学会根据具体的研究内容调整样品制备的方案。

蛋白质分离技术重点讲述蛋白质组学研究三大支撑技术之一的二维凝胶电泳（2-DE）的原理与方法。2-DE的实验原理是本章节的难点，需详细阐述。在帮助学生回顾生物化学中学到的关于蛋白质的知识和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳的操作原理的基础上来对2-DE的原理进行讨论，并要求学生掌握该项技术的优势及缺陷以及具体的改进方法和應用范围。色谱技术在蛋白质分离上的应用也作适当的介绍，但具体的各类色谱的分离原理课堂上不讲，让学生根据自己的兴趣课外查找资料自学。

蛋白质的鉴定技术一章重点介绍目前使用最为广泛的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）和电喷雾质谱（ESI-MS），两类仪器的工作原理是重点，更是难点，需要结合物理学中有关知识进行详细讲述。基于这两种质谱技术发展起来的蛋白质组鉴定技术包括肽质量指纹图谱（PMF）、肽序列标签（PST）和从头测序技术，可结合具体的研究实例说明其如何应用。教师应用提问的方式来启发学生，循序渐进、由易到难，根据实验结果让学生自己总结其各自的优缺点，最终掌握其工作原理与应用范围。除了质谱鉴定蛋白的技术以外，还介绍一些常用的蛋白质组学辅助技术，如免疫沉淀、蛋白质印迹法、免疫荧光等。

蛋白质的定量技术这一章节，重点介绍两种目前最常用、最被认可的定量蛋白质组学技术-稳定同位素标记（SILAC）和同位素相对标记与绝对定量（iTRAQ）技术，其他定量技术，如基于染色的定量技术都作为课外阅读内容。

蛋白质互作研究技术重点介绍酵母双杂交、噬菌体展示和蛋白质芯片技术，要求学生掌握这些技术的原理与应用范围，了解基本的操作方法。

蛋白质组信息学重点介绍蛋白组研究中可利用的生物信息学资源及其应用，用具体事例说明如何利用生物信息学帮助蛋白质组学的研究，比如质谱数据如何利用软件和数据库鉴定蛋白质，让学生掌握生物信息学工具在蛋白质组学研究中的应用。

最后，蛋白质组学的应用这一章主要介绍蛋白质组学在生命科学研究领域的应用实例，包括医学领域疾病生物标志物的发现，药物有效性的评价，作物抗逆的机理研究等。通过具体的案例讲述让学生理解如何应用学到的蛋白质组学的知识解决具体研究中的问题。

由于实验课学时和实验条件的限制，实验课的内容仅安排了上机内容，让学生熟悉重要数据库和软件的使用。

这些教学内容的优化和取舍，最终目的是使学生不陷入复杂的技术理论，觉得课程轻松有趣，同时学到真正实用的东西。

2.蛋白质组学教学方式的改革

蛋白质组的教学主要以讲授为主，辅以一定的实验课。由于课程课时限制以及课程本身的独特性，很多实验不便开展。因此，我们在教学方式上进行了一些改进，尽量使学生在有限的学习时间里收获更多对蛋白质组学最直观的感受。首先，对于实验技术的理论的内容，多采用讲故事的方式来介绍这些技术的诞生、发展和进步的历史，使学生对理论发展的脉络有清楚的了解。这样的教学方式兼具趣味性和启发性，深受学生欢迎。其次，对于实践性较强的操作技术内容，就把实验课中没有条件开展的内容尽量穿插到理论课堂教学中。当讲解到有关设备或耗材，如二维电泳等设备和固定pH梯度（IPG）胶条时，就给学生课堂上展示这些实物。对于那些无法带到课堂上的设备，如色谱仪、质谱和核磁共振就通过多媒体进行全方位展示，给学生直观的感受。对于一些操作性的内容，没有条件在课堂上展示的，可以利用多媒体动画进行讲解。这些改革探索弥补了实验课课时不足和条件限制的缺陷。同时，由于是现场讲解、现场示范、学生现学现用，效果更好。

最后，课程考核也改变了以前写课程论文的做法，让学生设计一个运用蛋白质组学技术的课题试验方案。这种考核方式的改革受到学生的欢迎。

3.注重课后师生交流

教学过后，教师需注意收集学生的反馈意见，重视学生对教学效果的评价。为了更好的沟通和交流，我们建立了课程学习和讨论的QQ群，一方面教师可通过QQ群将某些授课内容和习题等转发学生；另一方面，学生也可通过QQ群，提出自己的建议和意见，及时对课程进行反馈，从而使教师适当调整教学活动。QQ群的建立拉近了老师与学生之间的距离，使学生遇到困难时能更方便向教师请教，提高了交流的质量，从而使问题得到更好的解决。QQ群的建立深受广大同学欢迎，有效促进了该门课教学质量的提高。

4.蛋白质组学教学中存在的问题

目前，我们针对蛋白质组学的教学内容和教学方式虽然进行了优化和调整，但蛋白质组学毕竟是一门实验科学，各种实验技术的原理及其应用占比很大，对相关实验设备的展示和技术的多媒体演示可以在一定程度上弥补实验课不足和实验条件有限的缺失，但显然仍无法达到让学生亲身体验的教学效果。因此，有条件的话，在蛋白质组学教学方面还需更多投入，最好是能与科研平台结合，建立一个专门的蛋白质组学实验室，让学生能通过申请参与到具体的实验项目中去。这样，有助于进一步提高蛋白质组学教学质量，满足新形势下大学生创新能力培养的要求。

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