趙曉璐

摘要 蛋白質(zhì)組學(xué)是系統(tǒng)生物學(xué)研究的重要組成部分，該學(xué)科教學(xué)對(duì)于學(xué)生理解掌握蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能在生理病理?xiàng)l件下的變化機(jī)制具有顯著意義。為探索蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)改革，改善教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果，文章提出若干教學(xué)改革的思考，包括深挖該課程所蘊(yùn)含的思政元素、循序漸進(jìn)式的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)、綜合多元化教學(xué)互動(dòng)手段、區(qū)別本科生與研究生的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教師科研融入教學(xué)等。這些思考基于蛋白質(zhì)組學(xué)的學(xué)科特征及其在不同生物學(xué)科研究中的應(yīng)用特點(diǎn)，結(jié)合教師自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為高校蛋白質(zhì)組學(xué)課程的教學(xué)改革提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 蛋白質(zhì)組學(xué)；教學(xué)改革；多元教學(xué)互動(dòng)；本科生和研究生教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.038

1蛋白質(zhì)組學(xué)課程開設(shè)的必要性

蛋白質(zhì)組學(xué)是基因組學(xué)研究的延續(xù)，已成為后基因組時(shí)代生命科學(xué)研究中的核心內(nèi)容之一。從全局層面研究遺傳、發(fā)育、疾病等復(fù)雜生命現(xiàn)象，須依靠蛋白質(zhì)組學(xué)以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體蛋白質(zhì)的表達(dá)水平、細(xì)胞定位、蛋白翻譯后修飾和蛋白相互作用的系統(tǒng)性研究。同時(shí)，結(jié)合生理生化、細(xì)胞分子生物學(xué)及生物信息學(xué)等，深入認(rèn)識(shí)生物體基因編碼蛋白質(zhì)的實(shí)際功能，揭示生命活動(dòng)規(guī)律，闡明疾病發(fā)生機(jī)制以及提供疾病治療思路。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)課程是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，包含與時(shí)俱進(jìn)的新技術(shù)與新應(yīng)用，對(duì)教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)皆具挑戰(zhàn)。因此，為提高蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量，筆者結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出若干思考，以期為高校蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)改革提供有益參考。

2蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)改革思考

2.1深挖課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素

蛋白質(zhì)組學(xué)課程蘊(yùn)含著豐富的思想政治教育元素，挖掘這些元素，教學(xué)時(shí)結(jié)合具體案例進(jìn)行講解，可為學(xué)生思想政治教育工作作出貢獻(xiàn)。蛋白組學(xué)經(jīng)過二三十年的發(fā)展，已成為全球關(guān)注的熱門研究學(xué)科，擔(dān)負(fù)著人類重要疾病機(jī)理研究的主力科學(xué)責(zé)任。肝癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，我國是肝癌高發(fā)國家，其肝癌病發(fā)率超全球肝癌新發(fā)率及病死率的50%，肝癌已成為嚴(yán)重危害國民健康的重大疾病。隨著人類基因組計(jì)劃的完成，人類基因的注釋與功能確認(rèn)已成為生命科學(xué)面臨的最重要任務(wù)之一。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織成立，并提出了“人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，這是繼人類基因組計(jì)劃之后最大規(guī)模的重大國際合作計(jì)劃。該計(jì)劃包括由我國牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和由美國牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。作為本國第一次領(lǐng)導(dǎo)的重大國際協(xié)作計(jì)劃，其核心目標(biāo)是主導(dǎo)人類第一個(gè)組織/器官蛋白質(zhì)組計(jì)劃，借助肝臟蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，揭示人類轉(zhuǎn)錄、翻譯水平的整體規(guī)律，建立一批新的預(yù)防、診斷和治療系統(tǒng)。賀福初院士團(tuán)隊(duì)研究首次發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞中存在膽固醇代謝穩(wěn)態(tài)失衡，發(fā)現(xiàn)了一批新的肝細(xì)胞癌早期診斷、預(yù)后評(píng)估和精準(zhǔn)分型的生物標(biāo)志物和藥物治療靶點(diǎn)，例如膽固醇穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵蛋白膽固醇酯化酶（SOAT1），研究成果于2019年發(fā)表在國際著名雜志Nature上[1]。通過對(duì)中國科學(xué)家在肝臟蛋白組學(xué)領(lǐng)域研究成果的介紹，能使學(xué)生感受到本國科學(xué)家在人類疾病研究中做出的重要貢獻(xiàn)，提升其民族自豪感，激發(fā)其愛國熱情和科學(xué)研究的信心。

2.2循序漸進(jìn)式的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)

蛋白質(zhì)組學(xué)包含生物化學(xué)、分析化學(xué)、分子細(xì)胞生物學(xué)、物理學(xué)和信息學(xué)等多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用，是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)習(xí)難度大。為了讓學(xué)生更好地融入并積極參與課堂教學(xué)，教師應(yīng)合理編排課程內(nèi)容并注意教學(xué)方法[2]。蛋白質(zhì)組學(xué)最重要的價(jià)值是能從整體水平上研究蛋白表達(dá)水平、蛋白翻譯后修飾和蛋白與蛋白的相互作用這幾個(gè)重要科學(xué)問題，為了實(shí)現(xiàn)研究目的，就要從基礎(chǔ)理論上了解蛋白質(zhì)的分析方法和質(zhì)譜技術(shù)的原理。課程最開始，教師可從學(xué)生相對(duì)熟悉的蛋白質(zhì)相關(guān)知識(shí)開始，比如氨基酸序列和蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)等，并提出“蛋白質(zhì)組學(xué)究竟能研究蛋白質(zhì)的幾級(jí)結(jié)構(gòu)？”和“蛋白質(zhì)組學(xué)究竟能解決哪些基因組學(xué)不能解決的問題？”等具體問題，讓學(xué)生保持疑惑隨著課程學(xué)習(xí)進(jìn)程逐步理解并解決這些問題。復(fù)習(xí)蛋白質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)后，可以介紹蛋白質(zhì)提取、純化、定量與細(xì)胞器純化等技術(shù)，重點(diǎn)講授常用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究的蛋白技術(shù)，再進(jìn)入最難理解的質(zhì)譜技術(shù)與應(yīng)用環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生更好地理解質(zhì)譜儀的物理原理，可以多利用視頻和類比，讓相對(duì)枯燥的理論變成形象有趣的知識(shí)[3]。同時(shí)，為了激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，可以為他們介紹蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域曾獲得的諾貝爾獎(jiǎng)及背后的人物故事，分享其不尋常的人生經(jīng)歷和科研歷程。完成基礎(chǔ)理論教授后，需進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)核心應(yīng)用的講解。課程圍繞蛋白表達(dá)水平、蛋白翻譯后修飾和蛋白互作三大主題，分別對(duì)應(yīng)蛋白定量技術(shù)、蛋白修飾質(zhì)譜分析和蛋白結(jié)構(gòu)解析這三個(gè)關(guān)鍵的課程內(nèi)容。有了前期理論的積累，這個(gè)部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容往往是容易被理解和令學(xué)生充滿興趣的。對(duì)應(yīng)課程開始時(shí)提出的兩個(gè)問題，通過對(duì)三個(gè)主題的講解，逐步講解蛋白組學(xué)能解決的蛋白翻譯后修飾研究和亞細(xì)胞器蛋白研究等基因組學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的研究，以及明確蛋白質(zhì)組學(xué)可以實(shí)現(xiàn)蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)研究的能力機(jī)制。蛋白結(jié)構(gòu)和蛋白互作的研究學(xué)習(xí)難度最高的，特別是蛋白復(fù)合體的質(zhì)譜分析曾被認(rèn)為是不可執(zhí)行之任務(wù)。講到這部分時(shí)，可分享該領(lǐng)域知名科學(xué)家的科研故事，讓學(xué)生們體會(huì)到科學(xué)上要有辯證的能力和勇于挑戰(zhàn)的精神，樹立高遠(yuǎn)的目標(biāo)并建設(shè)強(qiáng)大的信心。所以，應(yīng)通過合理編排教學(xué)內(nèi)容，循序漸進(jìn)地讓學(xué)生扎實(shí)掌握蛋白質(zhì)組學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和應(yīng)用策略方法。

2.3綜合多元教學(xué)互動(dòng)手段

蛋白質(zhì)組學(xué)課程中包含豐富的基礎(chǔ)理論、技術(shù)原理和應(yīng)用范圍等，學(xué)習(xí)難度高，如何在教學(xué)中時(shí)刻保持學(xué)生的積極思考和主動(dòng)交流，是教師需要深入思考的問題。在課中課后和不同課程階段，都應(yīng)融入不同形式的多元化教學(xué)檢驗(yàn)和互動(dòng)手段，以實(shí)現(xiàn)更良好的教學(xué)效果[4]。例如及時(shí)建立課程聯(lián)絡(luò)，方便師生互動(dòng)答疑。在每次課前發(fā)送當(dāng)次課程的閱讀文獻(xiàn)，并通過“珞珈在線”等教學(xué)輔助APP制作預(yù)習(xí)測(cè)試題，檢驗(yàn)學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并在教學(xué)時(shí)針對(duì)預(yù)習(xí)中的問題進(jìn)行重點(diǎn)講解。同樣，在“珞珈在線”APP中制作復(fù)習(xí)測(cè)試題，檢驗(yàn)學(xué)生課程學(xué)習(xí)情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題即可在下次課用5―10分鐘通過課堂提問的方式，濾清其不熟的知識(shí)點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解。在完成不同章節(jié)階段性教學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)階段性鞏固復(fù)習(xí)題，利用“珞珈在線”APP或者課題問答小測(cè)驗(yàn)的方式，對(duì)階段性知識(shí)進(jìn)行梳理，方便學(xué)生及時(shí)查漏補(bǔ)缺。教師在講授完基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用后，需發(fā)給學(xué)生們2―3篇發(fā)表在Nature、Cell、Science正刊或子刊上的最新論文。論文內(nèi)容緊跟生命科學(xué)研究最前沿，具有代表性也有一定的閱讀難度，包含了蛋白組學(xué)不同的定量技術(shù)、蛋白翻譯后修飾與蛋白調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等方面的應(yīng)用，以便更好地檢驗(yàn)學(xué)生們對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，也開拓了其科學(xué)眼界。要求學(xué)生閱讀并制作PPT，在課堂上講解論文內(nèi)容，詳述論文中所用蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)方法和分析手段，并提出自己的思考總結(jié)。通過這樣的方式，全方位鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)、總結(jié)凝練和思考分析的能力?？傊ㄟ^綜合多元化教學(xué)互動(dòng)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)熱情及學(xué)習(xí)效果。

2.4區(qū)別本科生和研究生的教學(xué)設(shè)計(jì)

在基礎(chǔ)理論、質(zhì)譜技術(shù)、組學(xué)應(yīng)用和案例分析方面，針對(duì)本科生和研究生的教學(xué)內(nèi)容可以保持一致。但鑒于本科生和研究生處在生命科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用的不同階段，學(xué)習(xí)目的和要求不同，所以應(yīng)該在部分教學(xué)環(huán)節(jié)予以區(qū)別，以期達(dá)到各自最佳的學(xué)習(xí)效果[5]。對(duì)于本科生，應(yīng)該更多地注重知識(shí)體系的建立和應(yīng)用眼界的開拓，掌握蛋白組學(xué)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用，了解現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸以及未來拓展的方向。所以，除課堂講解外，教師還可組織本科生組成不同小組，對(duì)當(dāng)年最新、高影響力的研究論文進(jìn)行口頭報(bào)告解說和辯論，模擬雜志論文的審稿人對(duì)研究內(nèi)容進(jìn)行批判性解讀，加深本科生對(duì)知識(shí)的理解，提高其辯證思維能力。同時(shí)，在學(xué)期末通過包含名詞解釋、選擇題、正誤判斷題、簡答題和綜合設(shè)計(jì)題等形式的試卷，對(duì)本科生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合性考核。對(duì)于研究生，他們已經(jīng)進(jìn)入不同課題組，圍繞不同的學(xué)科研究方向開展研究課題。蛋白組學(xué)應(yīng)用極為廣泛，生命科學(xué)幾乎各個(gè)領(lǐng)域的研究都離不開這一門系統(tǒng)生物學(xué)的核心工具。所以，在研究生的教學(xué)設(shè)計(jì)上，可以通過撰寫科學(xué)研究計(jì)劃書的方式，讓研究生基于自己的研究課題，提出關(guān)鍵科學(xué)問題，思考蛋白質(zhì)組學(xué)與課題的結(jié)合點(diǎn)，設(shè)計(jì)研究方案，利用蛋白組學(xué)的一種或者多種技術(shù)手段，解決核心問題，并提出預(yù)期研究結(jié)果。此方式可以加深研究生對(duì)課程知識(shí)的理解，并學(xué)以致用將其真正應(yīng)用在實(shí)際科研工作中。通過以上方法區(qū)別本科生和研究生的教學(xué)設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)更有價(jià)值的課程教學(xué)目的。

2.5教師的科研融入教學(xué)

課程的任課教師對(duì)學(xué)生的影響是至關(guān)重要的。高校的任課教師往往是一線科研工作者，對(duì)學(xué)生而言，將教師的科研工作與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，這不僅是知識(shí)的傳授，也是科研行為的重要引導(dǎo)和示范。例如，當(dāng)講授蛋白質(zhì)組學(xué)在研究蛋白翻譯后修飾中的原理和應(yīng)用時(shí)，筆者用一篇新近發(fā)表的研究論文與學(xué)生一起探討。論文2022年發(fā)表于CellResearch期刊，題目是：“Cholesterylation ofSmoothened is a calcium-accelerated autoreaction involving an intramole cularesterintermediate”[6]，CellResearch是SCI一區(qū)雜志，2022年12月最新發(fā)布影響因子是46.297。該研究圍繞膽固醇修飾的反應(yīng)機(jī)理和調(diào)控機(jī)制展開工作。膽固醇修飾作為極為少見的一種蛋白翻譯后修飾，至今已知僅有兩個(gè)蛋白發(fā)生該修飾。Smoothened蛋白是其中一個(gè)，研究發(fā)現(xiàn)該蛋白可自催化發(fā)生膽固醇修飾，參考經(jīng)典酯化反應(yīng)過程，研究者猜想可能是修飾位點(diǎn)天冬氨酸與空間距離極近的酪氨酸之間生成內(nèi)酯鍵再進(jìn)一步轉(zhuǎn)脂形成膽固醇脂鍵。然而，內(nèi)酯鍵很少見也不穩(wěn)定，極不容易分析，最終研究者用質(zhì)譜檢測(cè)證明了內(nèi)酯鍵的存在，進(jìn)一步闡明了Smoothened蛋白膽固醇修飾的反應(yīng)機(jī)理。此外，在講到由下至上（bottom-up）、由上至下（top-down）和由中至下（middle-down）三大類蛋白質(zhì)組學(xué)研究策略的時(shí)候，筆者用一篇筆者最新研究發(fā)表的論文與學(xué)生一起進(jìn)行了探討。研究內(nèi)容為利用蛋白組學(xué)手段解決生命科學(xué)研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題，給予學(xué)生切身的研究體驗(yàn)，顯著提高了其聽課熱情，培養(yǎng)了他們對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的研究興趣。

3結(jié)語

蛋白質(zhì)組學(xué)是當(dāng)今世界發(fā)展最快和影響最深遠(yuǎn)的前沿學(xué)科之一，已融入生命科學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域。在課程教學(xué)過程中，教師應(yīng)充分挖掘思政元素，讓學(xué)生建立正確的科學(xué)觀，增強(qiáng)國家榮譽(yù)感，培養(yǎng)堅(jiān)韌的科學(xué)精神，熱情飽滿地學(xué)習(xí)進(jìn)步。通過合理安排教學(xué)內(nèi)容和教授順序，綜合多種教學(xué)方法循序漸進(jìn)，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)諾貝爾獎(jiǎng)人物經(jīng)歷和前沿科研故事，激發(fā)學(xué)生積極性，培養(yǎng)其思辨能力。綜合多種教學(xué)檢驗(yàn)互動(dòng)手段，幫助學(xué)生及時(shí)查漏補(bǔ)缺，強(qiáng)化知識(shí)重點(diǎn)并鞏固學(xué)習(xí)效果。區(qū)別本科生和研究生授課對(duì)象針對(duì)性地設(shè)計(jì)不同教學(xué)環(huán)節(jié)，以達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果和人才培養(yǎng)的目的。把教師的科研經(jīng)驗(yàn)融入教學(xué)之中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的研究興趣，不斷優(yōu)化蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)方法并提高教學(xué)質(zhì)量。

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