第九章生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域

一、名詞解釋

1.基因組⒉基因組學(xué)3.蛋白質(zhì)組4.蛋白質(zhì)組學(xué)5.酵母雙雜交系統(tǒng)6.轉(zhuǎn)錄組7.轉(zhuǎn)錄組學(xué)8.代謝組9.代謝組學(xué)10.生物信息學(xué)11.NGS技術(shù)12.結(jié)構(gòu)生物學(xué)13.系統(tǒng)生物學(xué)14.合成生物學(xué)15.進(jìn)化生物學(xué)16.神經(jīng)生物學(xué)17.仿生學(xué)18.基因編輯技術(shù)19.CRISPR20.再生醫(yī)學(xué)21.干細(xì)胞22.iPS 細(xì)胞

二、問(wèn)答題

1 .簡(jiǎn)述基因組學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。2.基因組學(xué)的研究技術(shù)有哪些?3.簡(jiǎn)述雙向凝膠電泳的原理。4.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法5.簡(jiǎn)單列舉轉(zhuǎn)錄組學(xué)的應(yīng)用。

6.試述代謝組學(xué)在微生物學(xué)研究上的應(yīng)用。7.簡(jiǎn)述Sangcr測(cè)序法的原理。

8.簡(jiǎn)述第二代測(cè)序技術(shù)的特點(diǎn)。

9.生物電子顯微學(xué)相對(duì)于X射線(xiàn)品體學(xué)和核磁共振技術(shù)，主要有哪些優(yōu)勢(shì)?10.簡(jiǎn)要說(shuō)明電子顯微學(xué)方法所包含的三種獨(dú)立的技術(shù)及其各自的特點(diǎn)。1l .舉兩個(gè)系統(tǒng)生物學(xué)研究技術(shù)中代謝組學(xué)技術(shù)并簡(jiǎn)要敘述之。

12.試舉一例說(shuō)明系統(tǒng)生物學(xué)的應(yīng)用

13.簡(jiǎn)述合成生物學(xué)的內(nèi)涵及應(yīng)用領(lǐng)域?14.試述掃描電子顯微鏡的工作原理15.試述免疫熒光技術(shù)的工作原理。

16.試述影像技術(shù)在神經(jīng)生物學(xué)研究中的應(yīng)用。17．簡(jiǎn)述仿生學(xué)的研究方法。

18．舉一例說(shuō)明仿生學(xué)的應(yīng)用.

19.第三代基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9的原理是什么?20.CRISPR /Cas9能應(yīng)用在哪些方面?

21.再生醫(yī)學(xué)與干細(xì)胞的關(guān)系。

[參考答案]

一、名詞解釋

1.基因組:指一個(gè)生物體所有基因的總和。

2.基因組學(xué):指對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖〈包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄本圖譜)、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一門(mén)科學(xué)。

3.蛋白質(zhì)組:一個(gè)基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)，即包括一個(gè)細(xì)胞、組織或器官乃至一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。

4.蛋白質(zhì)組學(xué):研究蛋白質(zhì)在特定時(shí)間或特定環(huán)境條件下的表達(dá)

5.酵母雙雜交系統(tǒng):將待研究的兩種蛋白質(zhì)的基因分別克隆到酵母表達(dá)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)錄激活因子(如GAL4等）的 DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域基因，構(gòu)建成融合表達(dá)載體，從表達(dá)產(chǎn)物分析兩種蛋白質(zhì)相互作用的系統(tǒng)。

6.轉(zhuǎn)錄組:指生命單元(通常是一種細(xì)胞)中所有按基因信息單元轉(zhuǎn)錄和加工的RNA分子(包括編碼和非編碼RNA功能單元),或者是一個(gè)特定細(xì)胞所有轉(zhuǎn)錄本的總和。

7.轉(zhuǎn)錄組學(xué):是一門(mén)在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的科學(xué)，簡(jiǎn)而

言之，轉(zhuǎn)錄組學(xué)是從RNA水平研究基因表達(dá)的情況。

8.代謝組:指某一生物或細(xì)胞在一特定生理時(shí)期內(nèi)所有的低分子量代謝產(chǎn)物。

9.代謝組學(xué):對(duì)某一生物或細(xì)胞在一特定生理時(shí)期內(nèi)所有低相對(duì)分子質(zhì)量代謝產(chǎn)物同時(shí)進(jìn)行定性和定量分析的一門(mén)新學(xué)科。

10.生物信息學(xué):廣義的概念是指應(yīng)用信息科學(xué)研究生物體系和生物過(guò)程中信息的存貯、內(nèi)涵和傳遞，研究和分析生物體細(xì)胞、組織、器官的生理、病理、藥理過(guò)程中的各種生物信息，或者說(shuō)是生命科學(xué)中的信息科學(xué).狹義的概念是指應(yīng)用信息科學(xué)的理論、方法和技術(shù),管理、分析和利用生物分子數(shù)據(jù)。

11.NGS技術(shù):Next Generation Sequencing簡(jiǎn)稱(chēng)NGS，即下一代測(cè)序技術(shù)又稱(chēng)大規(guī)模平行測(cè)序或深度測(cè)序，包括第二代、第三代和第四代測(cè)序技術(shù)。

12.結(jié)構(gòu)生物學(xué):是以生物大分子特定空間結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的特定運(yùn)動(dòng)與生物學(xué)功能的關(guān)系為基礎(chǔ),來(lái)闡明生命現(xiàn)象及其應(yīng)用的科學(xué)。

13.系統(tǒng)生物學(xué)。是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分（包括基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分之間的相互關(guān)系，并通過(guò)計(jì)算生物學(xué)建立數(shù)據(jù)模型來(lái)定量描述和預(yù)測(cè)生物功能、表型和行為的一門(mén)科學(xué)。

14.合成生物學(xué):是設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型生物學(xué)部件或系統(tǒng)以及對(duì)自然界的已有生物系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并加以應(yīng)用。

15.進(jìn)化生物學(xué):是研究生物界進(jìn)化發(fā)展的規(guī)律以及如何運(yùn)用這些規(guī)律的科學(xué)。16.神經(jīng)生物學(xué):是一門(mén)研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。

17.仿生學(xué):是一門(mén)模仿生物的特殊本領(lǐng)，利用生物的結(jié)構(gòu)和功能原理來(lái)研制機(jī)械或各種新技術(shù)的科學(xué)。仿生學(xué)是生命科學(xué)與機(jī)械、材料和信息等工程技術(shù)學(xué)科相結(jié)合的交叉學(xué)科，具有鮮明的創(chuàng)新性和應(yīng)用性。它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門(mén)新的邊緣科學(xué)。

18.基因編輯技術(shù):人類(lèi)對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定DNA片段的敲除，加入或替換等。

19.CRISPR:規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)

20.再生醫(yī)學(xué):再生醫(yī)學(xué)是通過(guò)研究機(jī)體的正常組織特征與功能、創(chuàng)傷修復(fù)與再生機(jī)制及干細(xì)胞分化機(jī)制,尋找有效的生物治療方法,促進(jìn)機(jī)體自我修復(fù)與再生，或構(gòu)建新的組織與器官，以改善或恢復(fù)損傷組織和器官的功能的科學(xué)。

21.干細(xì)胞:干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新和多向分化能力的細(xì)胞，包括從體內(nèi)胚胎分離獲得的胚胎干細(xì)胞和體外誘導(dǎo)獲得的多能性干細(xì)胞，以及成體干細(xì)胞。22.iPS 細(xì)胞: Induced pluripotent stem cells,簡(jiǎn)寫(xiě)為iPS細(xì)胞，是由體細(xì)胞誘導(dǎo)而成的干細(xì)胞，具有和胚胎干細(xì)胞類(lèi)似的發(fā)育多潛能性。

二、問(wèn)答題

1.答:⑴重繪“生命之樹(shù)”，通過(guò)基因組測(cè)序，分析一個(gè)或數(shù)個(gè)個(gè)體的全基因組序列來(lái)構(gòu)建該物種的參考序列，描繪出其所有物種演化與親緣關(guān)系的“生命之樹(shù)”。進(jìn)一步闡述所有物種的演化和親緣關(guān)系，為生命世界的演化和生物分類(lèi)提供更加科學(xué)的依據(jù)。

2群體基因組分析，通過(guò)一個(gè)物種的參考基因組序列，研究這一物種中的亞種、亞群體與品系（株系）的代表性個(gè)體。

3個(gè)體基因組分析，通過(guò)對(duì)具有某一特殊表現(xiàn)型的個(gè)體的基因組變異的比較,將這一表現(xiàn)型與某一特定的基因組變異（某一區(qū)段、某一基因或某一核苷酸變異）聯(lián)系起來(lái)。

(4)“跨組學(xué)”分析,“組學(xué)化”是當(dāng)前生命科學(xué)所有學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，DNA組(基因組)、RNA組（轉(zhuǎn)錄組)、miRNA組與其他ncRNA組(non-coding RNAome，非編碼RNA組)的分析，使組學(xué)技術(shù)更為全面，也為其他新技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了新的契機(jī)。

(5基因組的生物學(xué),基因組的生物學(xué)是指以生物的全基因組序列和基因組知識(shí)為基礎(chǔ)的

所有生物學(xué)研究，基因組的生物學(xué)由相輔相成、互促互動(dòng)的兩個(gè)方面組成:一方面，任何一個(gè)物種的所有生物學(xué)研究只有在全基因組序列這一新的基礎(chǔ)上才能邁上一個(gè)新的臺(tái)階,只有引進(jìn)基因組學(xué)的概念、策略和技術(shù)，才能與時(shí)俱進(jìn):另一方面，基因組學(xué)也應(yīng)該用自己的理念、策略和技術(shù)、大數(shù)據(jù)去研究生物學(xué)的所有問(wèn)題，才能保持自己的生命力，否則只能困守于泛泛的“普通基因組學(xué)”。

2.答:(⑴合成基因組學(xué)

(2基因組編輯技術(shù)(3)干細(xì)胞與 iPS技術(shù)(4)動(dòng)物克隆

(5大數(shù)據(jù)與生物庫(kù)(6)表型組分析

(7)“組學(xué)”與相關(guān)技術(shù)

3.答:雙向凝膠電泳的原理的基本原理第一項(xiàng)基于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同在PH梯度膠內(nèi)等電聚焦;第二項(xiàng)則根據(jù)分子量的不同大小進(jìn)行 SDS-PAGE分離，把復(fù)雜蛋白質(zhì)混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開(kāi)。

4.答:(I)色譜技術(shù)

2)雙向凝膠電泳《3)質(zhì)譜技術(shù)

《4)酵母雙雜交系統(tǒng)

5.答:(l用于表達(dá)差異的研究。

(2用于疾病的診斷。

《⑶)基因點(diǎn)突變及多態(tài)性檢測(cè).《4)分離鑒定新基因.

(5)通過(guò)EST尋找SSR和SNP分子標(biāo)記。

6.答:(1)微生物分類(lèi),突變體篩選以及功能基因研究代謝譜分析方法( metabolic profiling)近年來(lái)在微生物分類(lèi)領(lǐng)域異軍突起，逐漸成為一種快速、高通量、全面的表型分類(lèi)方法。代謝組學(xué)數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于突變體的篩選，在傳統(tǒng)研究中的沉默突變體(即未發(fā)生明顯的表型變化的突變體)內(nèi),突變基因可能導(dǎo)致了某些代謝途徑發(fā)生變化,通過(guò)代謝快照( metabolio snapshot）可以發(fā)現(xiàn)該突變體并研究相應(yīng)基因的功能。

(2)微生物發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化研究發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化需要檢測(cè)大量的參數(shù),利用代謝組學(xué)研究工具可以減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量,提高檢測(cè)通量,并有助于揭示發(fā)酵過(guò)程的生化網(wǎng)絡(luò)機(jī)制,從而有利于理性?xún)?yōu)化工藝過(guò)程。Buchholz等采用連續(xù)采樣的方法研究了大腸桿菌在發(fā)酵過(guò)程中的代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)變化。利用酶學(xué)分析、HPLC/ LC+ MS等手段監(jiān)測(cè)樣品中多達(dá)30種以上的代謝物、核苷以及輔酶，從而解析了葡萄糖以及甘油的代謝途徑和底物攝取體系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析建模，發(fā)現(xiàn)在接觸葡萄糖底物后的15~25s范圍內(nèi)，大腸桿菌體內(nèi)發(fā)生的葡萄糖代謝物變化與經(jīng)典生化途徑相符，但隨后的過(guò)程則與經(jīng)典途徑不符，推測(cè)可能存在新的未知調(diào)控步驟。Takors認(rèn)為，通過(guò)研究掌握代謝途徑及網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵參數(shù)，將直接有利于代謝工程的優(yōu)化，包括菌株的理性?xún)?yōu)化以及發(fā)酵參數(shù)的調(diào)控。

(3)微生物降解的代謝途徑及動(dòng)力學(xué)研究微生物降解是環(huán)境中去除污染物的主要途徑,深入了解污染物在微生物內(nèi)的代謝途徑,將有助于人們優(yōu)化生物降解的條件，從而實(shí)現(xiàn)快速的生物修復(fù)。這些代謝中間體大都通過(guò)萃取、分析方法進(jìn)行逐個(gè)研究，并借助專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)擬合出代謝途徑，其動(dòng)力學(xué)過(guò)程亦很少觸及，代謝組學(xué)方法的采用有可能改變這一現(xiàn)狀.

7.答:Sanger測(cè)序的原理是利用——雙脫氧核苷三磷酸( dideoxy-ribonucleoside triphosphate,ddNTP）的結(jié)構(gòu)與脫氧核糖核苷三磷酸(deoxy-ribonucleoside triphosphatc，dNTP）相比缺

少3' -OH,使得用DNA聚合酶延伸結(jié)合在目的DNA模板上引物的反應(yīng)停止——這一特性，Sanger 設(shè)計(jì)了四個(gè)相互獨(dú)立的反應(yīng)。在每個(gè)反應(yīng)中，分別加入足量的四種 dNTP 和不同的ddNTP，其上用特異性的同位素標(biāo)記，通過(guò)DNA聚合酶連接在一起，成為目的DNA分子的互補(bǔ)鏈，直到連接上了ddNTP使延伸停止。然后四個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物分四個(gè)泳道，用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，不同長(zhǎng)度的引物會(huì)被按長(zhǎng)短順序分離，從而可以讀出目的DNA分子的堿基序列。

8.答:第二測(cè)序技術(shù)的特點(diǎn)如下:

1)高通量:第二代測(cè)序技術(shù)不依賴(lài)傳統(tǒng)的毛細(xì)管電泳，其測(cè)序反應(yīng)在芯片上進(jìn)行，可對(duì)芯片上數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)序;

(2)成本降低:第二代測(cè)序技術(shù)每Mb堿基成本比 Sanger測(cè)序法降低96.0%-99.9%:(3)敏感性高:如 Rochc 454測(cè)序平臺(tái)“l(fā)個(gè)片段=1個(gè)磁珠=Ⅰ條讀長(zhǎng)”的設(shè)計(jì)能保證對(duì)低豐度 DNA信息的檢測(cè):

(4)讀長(zhǎng)較短，不便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析時(shí)的拼接;

(5)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(（ polymerase chain reaction，PCR）過(guò)程可能引入偏倚和錯(cuò)配。

9.答:(1)可以直接獲得分子的形貌信息，即使在較低分辨率下，電子顯微學(xué)也可給出有意義的結(jié)構(gòu)信息:(2)適于解析那些不適合應(yīng)用X射線(xiàn)晶體學(xué)和核磁共振技術(shù)進(jìn)行分析的樣品，如難以結(jié)品的膜蛋白，大分子復(fù)合體等:(3)適于捕捉動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化信息:(4)易同其他技術(shù)相結(jié)合得到分子復(fù)合體的高分辨率的結(jié)構(gòu)信息:(5)電鏡圖像中包含相位信息，所以在相位確定上要比×射線(xiàn)晶體學(xué)直接和方便。

10.答:電子顯微學(xué)方法包括電子晶體學(xué)、單顆粒技術(shù)和電子斷層成像技術(shù)。電子晶體學(xué)是通過(guò)對(duì)二維晶體在各個(gè)傾轉(zhuǎn)角度下投影的衍射譜在倒易空間的信息提取和整合來(lái)解析生物大分子的結(jié)構(gòu)。單顆粒方法是對(duì)若干個(gè)取向不同的全同蛋白分子或復(fù)合體進(jìn)行分類(lèi)，平均和重構(gòu)來(lái)解析生物大分子的結(jié)構(gòu)。斷層成像術(shù)是對(duì)單個(gè)細(xì)胞器、細(xì)胞或超分子復(fù)合體進(jìn)行多角度的頓轉(zhuǎn)成像，最終進(jìn)行重構(gòu)。

11.答:NMR技術(shù):核磁共振是代謝組學(xué)研究的一種常用方法，廣泛用于代謝產(chǎn)物相關(guān)成分研究，從NMR中可獲得代謝物的指紋圖譜，通過(guò)模式識(shí)別的方法得出相應(yīng)的生物學(xué)信息，經(jīng)統(tǒng)計(jì)放大分析后了解機(jī)體的代謝過(guò)程。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)樣品前處理過(guò)程簡(jiǎn)單且無(wú)需破壞，在一定的溫度和緩沖環(huán)境即可進(jìn)行。但是其因靈敏度低，檢測(cè)范圍較窄等問(wèn)題在一定程度上也限制了其應(yīng)用。

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù):氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS）聯(lián)用技術(shù)可以完成不同化學(xué)性質(zhì)化合物的分析并具有較高的分辨率和靈敏度，廣泛應(yīng)用于有機(jī)酸、大多數(shù)氨基酸、糖、糖醇、芳胺和脂肪酸等代謝產(chǎn)物的分析。但 GC不能直接分析樣品中的不揮發(fā)組分及大分子代謝物，因此需要對(duì)樣品進(jìn)行衍生化前處理，但衍生化試劑本身存在一定的毒性及衍生過(guò)程嚴(yán)重耗時(shí)限制了cC-MS 的應(yīng)用范圍，使其對(duì)熱不穩(wěn)定及相對(duì)分子質(zhì)量較大的代謝產(chǎn)物的分析大大受限。12.答:以蛋白質(zhì)組在菌種改良中的應(yīng)用為例。

蛋白質(zhì)履行著細(xì)胞的許多不同的功能,菌體細(xì)胞的很多代謝過(guò)程都直接或間接被蛋白質(zhì)調(diào)控。由于蛋白質(zhì)是由20種不同的氨基酸組成的,所以其種類(lèi)及物理化學(xué)特性也多種多樣,因而要全面的鑒定和描述蛋白質(zhì)比鑒定核酸難。目前常用的蛋白質(zhì)組分析方法是二維凝膠電泳和質(zhì)譜法,而采用色譜-質(zhì)譜連用技術(shù)則可以更有效地分析細(xì)胞或者細(xì)胞器的蛋白組成。

盡管所能獲得的蛋白質(zhì)組的信息依然有較大的局限性,其中的一些信息已經(jīng)成功地運(yùn)用于指導(dǎo)微生物菌種改造。如通過(guò)二維凝膠電泳分析和比較工程大腸桿菌在生產(chǎn)聚3-羥丁酸(PHB)和不產(chǎn)PHB時(shí)的蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)有13個(gè)蛋白在PHB積累時(shí)有不同的表達(dá)模式，其中PHB產(chǎn)生時(shí)菌體的大量生理變化都可通過(guò)這些蛋白得到解析，這些信息已直接用于菌種改進(jìn)和構(gòu)建不同的相關(guān)代謝數(shù)據(jù)。同樣的，Han等用二維凝膠電泳分析了工程大腸桿菌在過(guò)

量生產(chǎn)人瘦素(一種富含絲氨酸的蛋白)時(shí)菌體蛋白組側(cè)型的變化,發(fā)現(xiàn)瘦素過(guò)量生產(chǎn)時(shí)熱動(dòng)蛋白水平增加﹑而一些蛋白延長(zhǎng)因子和30S核糖體蛋白以及一些氨基酸生物合成相關(guān)的酶蛋白表達(dá)水平降低，其中絲氨酸家族氨基酸生物合成相關(guān)的酶降低尤其顯著。基于這些蛋白組信息，Han等設(shè)計(jì)了通過(guò)操縱 cysK基因(編碼半胱氨酸合成酶)改進(jìn)菌種提高瘦素生產(chǎn)的策略，改進(jìn)的菌種細(xì)胞生長(zhǎng)速率提高了兩倍，其瘦素的生產(chǎn)率增加則達(dá)四倍之多﹐同時(shí)另一種富含絲氨酸蛋白(白細(xì)胞介素-12β鏈)的生產(chǎn)也得到相應(yīng)的提高。

13.答:合成生物學(xué)就是通過(guò)人工設(shè)計(jì)和構(gòu)建自然界中不存在的生物系統(tǒng)，來(lái)解決能源、材料、健康和環(huán)境等問(wèn)題。合成生物學(xué)強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)”和“重設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)、模擬、實(shí)驗(yàn)是合成生物學(xué)的基礎(chǔ)。其工程化的理念、標(biāo)準(zhǔn)化的生物工具和新穎的設(shè)計(jì)思路，已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。合成生物學(xué)作為生命科學(xué)技術(shù)最前沿的技術(shù)之一，有著廣泛的應(yīng)用前景，其在醫(yī)學(xué)、制藥、化工、農(nóng)業(yè)、生物能源、生物材料、生物環(huán)境治理等領(lǐng)域均具有巨大的潛在價(jià)值。14.答:掃描電子顯微鏡的電子束不穿過(guò)樣品，僅以電子束盡量聚焦在樣本的一小塊地方，然后一行一行地掃描樣本。入射的電子導(dǎo)致樣本表面被激發(fā)出次級(jí)電子。顯微鏡觀察的是每個(gè)點(diǎn)散射出來(lái)的電子，閃爍晶體接收這些次級(jí)電子，通過(guò)放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度,從而改變顯像管熒光屏上的亮度。圖像為立體形象，反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。顯像管的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描,這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像。

15.答:免疫熒光技術(shù)是根據(jù)抗原抗體反應(yīng)的原理，先將已知的抗原或抗體標(biāo)記上熒光素制成熒光標(biāo)記物，再用這種熒光抗體(或抗原)作為分子探針檢查細(xì)胞或組織內(nèi)的相應(yīng)抗原(或抗體)。在細(xì)胞或組織中形成的抗原抗體復(fù)合物上含有熒光素，利用熒光顯微鏡觀察標(biāo)本，熒光素受激發(fā)光的照射而發(fā)出明亮的熒光（黃綠色或桔紅色)，可以看見(jiàn)熒光所在的細(xì)胞或組織，從而確定抗原或抗體的性質(zhì)、定位，以及利用定量技術(shù)測(cè)定含量。

16.答:(1)計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（CT)

CT技術(shù)的關(guān)鍵是X光源，X光檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。位于頭顱一側(cè)的X光源發(fā)出一束平行的X光束，X光束透過(guò)頭顱后由位于另一側(cè)的X光檢測(cè)器接收，X光源和X光檢測(cè)器可附繞頭顱作180度旋轉(zhuǎn)，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度上都可以得到一組放射密度測(cè)量數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)把成千上萬(wàn)的不同位點(diǎn)的放射密度換算成相應(yīng)的衰減系數(shù),然后根據(jù)每一個(gè)位點(diǎn)的衰減系數(shù)大小用不同的黑白亮度來(lái)顯示。CT可清楚地顯示顱骨、腦組織和腦脊液，但不能用于檢測(cè)大腦的功能。

(2〉正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(Positron Emission Tomography,PET)

PET的獨(dú)特作用是以代謝顯像和定量分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用組成人體主要元素的短命核素如: "c、"N、"5O、"F等正電子核素為示蹤劑，不僅可快速獲得多層斷層影像、三維定量結(jié)果以及三維全身掃描,而且還可以以分子動(dòng)態(tài)觀察到代謝物或藥物在人體內(nèi)的生理生化變化，用以研究人體生理、生化、化學(xué)遞質(zhì)、受體乃至基因改變。

(3）磁共振成像(Magnetic rexonance imaging.MRl )

磁共振成像技術(shù)主要利用磁場(chǎng)值來(lái)標(biāo)記受檢體中共振核子的空間位置。發(fā)生共振的傾率與它所在的位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。如果能使空間各點(diǎn)的磁場(chǎng)值互不相同，各處的共振頻率也就不同，把共振吸收強(qiáng)度的頻率分布顯示出來(lái)，實(shí)際就是共振核子的分布，即核磁共振自旋密度圖像。

17．答:仿生學(xué)的研究方法主要有3個(gè)步驟:

第一,在對(duì)生物的某些結(jié)構(gòu)與功能有了清楚了解的基礎(chǔ)上,除去一些無(wú)關(guān)因素加以簡(jiǎn)化,提出一個(gè)生物模型。

第二，將有關(guān)生物模型的實(shí)驗(yàn)資料轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語(yǔ)言，用數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)，變成普遍意義的數(shù)學(xué)模型。

第三，根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型，或直接根據(jù)生物原型，用電子電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等各種手段做出可以在工程技術(shù)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)物模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物系統(tǒng)工程的模擬。

18，答:以在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為例。

在運(yùn)用仿生學(xué)進(jìn)行汽車(chē)造型設(shè)計(jì)時(shí)，并不是單純的追求與原有生物體的逼真性，而是要抓住生物體的本質(zhì)特征加以模仿。雖然是對(duì)生物體的“形""進(jìn)行模仿,但也絕對(duì)不能照搬照抄，而是要把握住原型的神韻，再結(jié)合汽車(chē)自身的設(shè)計(jì)定位，從而尋找到既源于具象，又超越具象的設(shè)計(jì)方法。比如德國(guó)的波爾舍博士在1933年設(shè)計(jì)出了“甲殼蟲(chóng)汽車(chē)"，該車(chē)在外部輪廓上從甲殼蟲(chóng)這一生物體上汲取了靈感，將甲殼蟲(chóng)的外形進(jìn)行提煉與加工，再結(jié)合汽車(chē)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終設(shè)計(jì)出了這款風(fēng)靡全球的作品，而這款汽車(chē)也成為了“形""仿生的經(jīng)典之作。對(duì)“甲殼蟲(chóng)汽車(chē)"進(jìn)行觀察,我們不難發(fā)現(xiàn),它在凸顯內(nèi)部駕駛空間的同時(shí),還給人一種可愛(ài)、時(shí)尚的感覺(jué)，這對(duì)于那些追求時(shí)尚、個(gè)性的青年人來(lái)講，是極具吸引力的。

19.答:利用原核生物對(duì)噬菌體的防御機(jī)制，將需要“編輯”的寄主基因序列設(shè)計(jì)成小向?qū)NA (small guide RNA，sgRNA)，和 Cas9蛋白一起轉(zhuǎn)入寄主體內(nèi)。Cas9蛋白能識(shí)別 sgRNA并被其引導(dǎo)到所需“編輯"的基因處。隨后Cas9對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行剪切（對(duì)PAM序列前四堿基處)，宿主再對(duì)被剪切的雙鏈進(jìn)行隨機(jī)修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因序列的改變，進(jìn)而影響基因的功能。

20.答:基礎(chǔ)研究，醫(yī)療制藥，農(nóng)作物改良，遺傳疾病的治療等等。

21.答:再生醫(yī)學(xué)主要包括干細(xì)胞、組織工程、細(xì)胞治療、器官移植等多個(gè)研究領(lǐng)域。其中，干細(xì)胞與組織工程研究是再生醫(yī)學(xué)的核心內(nèi)容。干細(xì)胞作為再生醫(yī)學(xué)的重要手段與研究核心,涵蓋了基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)多個(gè)方面。在基礎(chǔ)研究方面，干細(xì)胞成為生命科學(xué)研究的重要模型，有助于我們更進(jìn)一步探索人體內(nèi)各種生理及病理反應(yīng)的分子機(jī)制，認(rèn)識(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和器官發(fā)育等基本生命現(xiàn)象的規(guī)律，闡明重大病癥（如癌癥、遺傳性疾病、組織退行性病變及自身免疫性疾病等)的發(fā)病機(jī)制。由干細(xì)胞衍生的相關(guān)模型，還可作為藥物和功能基因篩選的理想平臺(tái)。利用干細(xì)胞構(gòu)建各種組織、器官作為移植的來(lái)源將成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。體內(nèi)干細(xì)胞變異所導(dǎo)致的各類(lèi)疾病成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在臨床應(yīng)用方面，干細(xì)胞可以應(yīng)用到人類(lèi)面臨的眾多醫(yī)學(xué)難題中，例如，各種損傷患者的植皮，肌肉、骨及軟骨缺損的修補(bǔ)，髖、膝關(guān)節(jié)的置換，血管疾病治療或損傷后的血管替代，糖尿病患者的胰島植入,癌癥患者手術(shù)后大劑量化療后的造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)重建，切除組織或器官的替代，以及部分遺傳缺陷疾病的治療等。