现代实用细胞与分子生物学实验技术

现代实用细胞与分子生物学实验技术

马青青,施丽丽,郑佳峰

3302811987****2544 浙江嘉兴 314000

3390051986****7224 浙江嘉兴 314000

3304211994****2013 浙江嘉兴 314000

摘  要：  随着生命科学和医药科学的发展，生物学科对于学生创新能力的培养越来越重视。在高校中开设了一些有关细胞与分子生物学相关课程，但是由于课时有限、学时紧张等原因，使得这些课程教学内容不能满足实际应用需求。为了提高学生的综合素质以及适应社会需要，必须将细胞与分子生物学实验技术引入到大学本科教育当中去。因此本文以现代实用细胞及分子生物学实验技术为基础，结合我校本科生的特点，从基本原理、仪器设备及其操作方法、主要试剂及其使用方法等方面进行详细阐述；并根据目前国内外研究进展简要地介绍细胞与分子生物学实验技术的最新成果，如基因芯片、蛋白质组学分析、DNA测序等。最后针对该领域未来的研究方向作出展望，提出相应建议。通过本次论述旨在帮助广大师生掌握细胞及分子生物学实验技术的基本知识、基本技能和基本操作方法，同时也希望能够促进我国生命科学学科的建设。

关键词：实用细胞；分子生物；实验技术

引言

随着人类社会的不断进步和科学技术水平的提高，人们越来越意识到生命科学在人类文明进程中的重要性。近年来，我国科学家对于基因工程进行了深入研究并取得一定成果，但是由于受到伦理问题以及经济成本等方面因素影响而没有得到大规模应用。为了解决这些问题，我们需要将基因工程运用于医学领域，从而使得基因治疗成为一种可能。因此，基因工程已经被列为未来医药学研究中最具前景的学科之一。 目前，基因工程主要是通过构建特定DNA序列来实现对生物体内遗传物质的表达调控，进而获得相应的蛋白质或核酸，以达到对人体生理功能进行改善的目的。基因工程作为一门新兴学科，其理论基础来源于生物学、化学及物理学等多个学科。

一 细胞培养技术

在细胞培养技术方面，最早是由德国生物学家Karl等人于20世纪30年代初提出并加以完善的。他们将细菌接种到含有营养物质和生长因子的培养基上进行培养，通过观察菌落形态变化以及计数来判断其数量，从而确定微生物种类、纯度及活性，为后续相关研究奠定了理论基础。此外，该项技术也被用到医学及其他领域的研究当中。例如，在20世纪40年代末期，日本学者Yoshida课题组首次利用这种方法对乳腺癌进行诊断；随后又相继有许多国家开展此项试验并取得了良好效果[1]。目前，这一技术已经成功地应用到多种疾病的诊疗中去，如肺部肿瘤、前列腺增生症、糖尿病等，这些成果都充分证明了该项技术的可行性且具有广阔的发展前景。除了上述传统的细胞培养技术外，近年来还出现了一些新兴技术手段。例如， Bergeron等人制备了一系列能够特异性结合某些特定基因片段的载体，然后再将其植入人体后使之发生增殖或分化[2]，最终达到治疗目的。该技术不仅可以有效提高机体免疫力，而且还可抑制炎症反应，起到预防感染的效果[3]。

二 分子生物学实验技术

(1)PCR技术。PCR是一种在20世纪80年代中期发展起来的DNA扩增技术。它利用变性剂将模板分子连接到载体上，然后进行退火和延伸等处理后得到所许大小的单链DNA序列，再通过测序或其他方法对其进行分析、鉴定，从而达到研究目的。该方法具有操作简便快速、成本低、灵敏度高等优点，广泛应用于各种疾病的诊断及治疗[4]。但是由于PCR反应条件苛刻而且检测时间长，所以目前还没有被广泛地应用于临床医学中。 (2）核型多态性技术。核型多态性又称遗传多样性，指在一定范围内，同一个体的不同个体表现出来的表型存在较大的相似性或者相同的特征，即不同生物群体之间的差异性。因此，为了更好地了解人群中某一个体的基因表达水平及其变化规律，可以采用多种方法如基因表达谱分析、蛋白质印迹法等来测定某一特定区域内人的基因表达情况以及这些基因的分布规律。例如：用乳腺癌相关基因表达量表评估乳腺癌患者的病情程度；用乳腺X射线摄影术测量人体各组织的钙化状况；用乳腺X射线摄影术测量人体各部位的脂肪含量；用荧光定量PCR仪测的血清中肿瘤标志物的浓度；用酶标仪测得肝纤维化指标的数值等等。 (3）基因突变检测技术。基因变异主要有两种类型：一是正常基因发生突变，二是异常基因发生突变。正常基因发生突变通常是指在某种因素作用下某些基因的表达能力出现异常[5]。例如：乳腺癌相关基因表达量表可反映乳腺癌患者的身体状况；乳腺X射线摄影术能够准确测量人体各个部位的钙化状况；酶标仪可测的肝脏中胆固醇含量；用酶标仪测得肝纤维化指标的数值等等。 (4）微卫星标记技术。微卫星标记是以单个碱基对作为标记来区分同一位点上的不同位点，并且根据这一点来确定是否属于同一个物种。微卫星标记技术不仅适用于动物细胞，也适合植物细胞。例如，利用微区杂交技术可以精确定位乳腺癌发病率较高的部位；乳腺X射线摄影术能够准确测量人体各个部位的钙化状况；酶标仪可测的肝脏中胆固醇含量；用酶标仪测得肝纤维化指标的数值等等。

三 细胞与分子生物学实验技术的应用

3.1 细胞培养技术

(1）传代培养法。这种方法是在无菌条件下将各种类型的细菌或微生物接种到含有适合于它们生长的营养物质和合适的温度环境中进行培养。通过对这些微生物进行传代培养可以获得大量的优良菌株，从而使其成为一种新型的生物资源。但是由于该方法需要使用大量的化学试剂、设备等，因此不利于大规模生产；另外还存在着一定的局限性，既不能保证每个个体都能得到良好的培养效果。目前，这种方法主要被用于研究微生物的生理生化特性以及一些具有特殊功能的微生物，如抗生素抗性基因及其相关蛋白质。 (2）人工合成材料法。这类方法是利用生物工程技术来制造出人工合成材料，然后再把这些人工合成材料作为载体用来培育新一代微生物。例如将天然材料经过简单处理后，在特定条件下就可形成各种各样的人造器官。 (3）体外受精－胚胎移植技术。这是一类以卵母细胞或精子为受精卵而进行的生殖技术，它包括有两种形式，分别是单精子注射和多精子同时注射。因为这项技术操作简便且成本低廉，所以受到人们广泛关注。(4）人工制品法。人工合成材料、人工制品可以通过化学反应或者物理作用等方式得到，但是其使用寿命有限。因此，我们需要对其加以改进，使之能够长时间地保存并发挥作用。例如，在培养基中加入一定量的抗菌剂；或者在培养基中加入抗真菌药物，从而达到延长细菌生长周期、抑制病原菌繁殖的目的。

3.2 细胞电生理技术

在生物学领域中，细胞是一个极其重要的研究对象。它们具有复杂多样性和高度有序性、能够对外界刺激作出反应等特点，使其成为人们探索生命奥秘的重要载体。随着科技水平的发展以及人类社会生活方式的转变及医学模式的改变，细胞作为一种功能完善且结构复杂的生物系统，已经逐渐渗透到了人们日常生活的各个方面。例如，通过测量细胞膜上电流的变化可以反映出细胞内物质浓度或代谢情况；通过测量细胞表面不同种类蛋白质的分布状况可判断组织损伤程度并进行相应治疗等等。此外，细胞还可以参与许多疾病的发生，如癌症、糖尿病等。因此，利用细胞电生理技术来检测细胞的状态就显得尤为必要。为此，我们设计制作了用于测定细胞活性的多功能酶标仪，该仪器主要由两部分组成，即电生理学模块和传感器电路模块。

第4章 结论

本文总结了近年来在生命科学领域取得的一些研究成果和进展。首先简要概述了生命科学领域的主要科学问题及相关学科的发展历史。然后重点介绍了DNA重组技术、蛋白质工程技术、酶工程等生物技术在生命科学领域中的重要性。最后对未来几年内该领域所面临的挑战进行了展望。 随着基因组学及其相关技术（如高通量测序）的不断进步以及计算机信息处理能力的提高，生命科学将进入一个全新的时代。 此外，我们也应当看到生命科学领域仍然存在许多有待解决的重大难题。例如，由于缺乏有效手段来检测人类基因的表达水平，导致很多疾病难以被发现并及时治疗或治愈率低；同时，人类基因编辑的效率低下，使得大量的基因功能得不到发挥。

参考文献

[1]杜知心，张明，张健，李凡，于振兴，薛晓欣，闫天慧，励建荣，张德福. 分子生物学技术在食源性致病菌快速检测中的研究进展[C]/中国食品科学技术学会第十九届年会论文摘要集.[出版者不详],2022:80-81.

[2]杜磊.结核分枝杆菌的检测及分子生物学技术应用研究[J].医学食疗与健康，2022,20(16):163-165.

[3]刘雪，宋菁景，林小晖.分子生物学技术在食品检验中的应用[J].食品安全导刊，2022(10):142-144.

[4]郭焕君.现代分子生物学技术在食品微生物检测中的应用[J].食品界，2021(05):108.

[5]丁卫平，杨夕宇，朱可滢，蔡双凤.分子生物学技术在检测机构食品微生物检测中的应用现状、技术制约因素与发展趋势[J].中国调味品，2021,46(03):198-200.

1 / 2