PAGEPAGE20分子診斷學課程教學大綱MolecularDiagnostics學時數：56學分數：3.5適用專業：醫學檢驗技術一、課程的性質、目的和任務本課程是為醫學檢驗專科二年級學生開設的專業必修課。《分子診斷學》是以分子生物學理論為基礎，利用分子生物學的技術和方法來研究人體內源性或外源性生物大分子和大分子體系存在、結構及表達調控的變化，為疾病預防、預測、診斷、治療和轉歸提供信息和決策依據。《分子診斷學》作為一個全新的臨床檢驗學科，是臨床檢驗診斷學的一個重要分支。本課程將介紹基因與基因組，核酸的分離與純化，分子克隆，PCR技術，核酸雜交技術，生物芯片技術，蛋白質組研究技術，生物信息學在分子診斷中的作用，分子診斷在感染性疾病、遺傳性疾病和腫瘤等疾病的預測、診斷、預后判斷及療效觀察等方面應用。通過《分子診斷學》教學，使學生掌握分子生物學和分子診斷學的基本理論、基本知識、基本技術以及它們在臨床檢驗中的應用，為日后的檢驗工作打下良好的基礎。二、課程教學的基本要求（一）緒論1．掌握醫學分子生物學及分子診斷學的概念，分子診斷學的任務和特點。2．熟悉醫學分子生物學、分子診斷基本策略及其在醫學中的應用。3．了解醫學分子生物學及分子診斷學的發展簡史及應用前景。（二）DNA的生物合成1．掌握DNA生物合成的概念及DNA合成方式，DNA復制方式半保留復制的概念、特點和意義，DNA復制的原料、模板、引物及參與復制的酶類和因子，DNA修復類型及特點，半保留復制、半不連續復制、前導鏈、隨從鏈、岡崎片段、逆轉錄及逆轉錄酶的概念。2．熟悉遺傳信息傳遞方式－中心法則，半保留復制的實驗依據，逆轉錄作用，突變類型。3．了解端粒和端粒酶，其他復制方式。

（三）RNA的生物合成1．掌握轉錄、不對稱轉錄、模板鏈、編碼鏈、核酶的概念，轉錄與復制的區別，RNA生物合成的原料、模板和酶，原核生物RNA聚合酶全酶，核心酶的組成和作用；真核生物RNA聚合酶的主要類型和產物。2．熟悉原核生物的轉錄的起始、延長、終止的特點。熟悉真核生物mRNA和tRNA轉錄后的加工。3.了解真核生物的轉錄的起始、延長、終止的特點。了解真核生物rRNA的轉錄后加工。（四）蛋白質的生物合成1．掌握翻譯的概念及三種RNA在蛋白質合成中的作用，遺傳密碼子的概念及特點，核糖體的化學組成與結構，核糖體循環。2．熟悉蛋白質生物合成體系，氨基酸的活化反應及氨基酰tRNA合成酶的作用，氨基酰-tRNA的表示方法，蛋白質生物合成過程，原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別。3．了解蛋白質翻譯后的修飾和輸送，蛋白質生物合成的干擾和抑制。（五）基因表達調控1．掌握基因表達的概念，基因表達調控的基本原理，基因表達調控的基本概念，原核基因轉錄調節特點，操縱子模式及乳糖操縱子結構和調節機制，真核基因結構及表達調控特點。2．熟悉基因表達的特異性，基因表達的方式，基因表達調控的生物學意義，RNApolⅡ轉錄起始的調節3．了解DNA與蛋白質的相互作用的結構特征，順式作用元件和反式作用因子的結構特點，RNApolⅠ和polⅢ的轉錄調節，轉錄后水平的調節，翻譯水平的調節。（六）細胞信息轉導1．掌握第二信使、受體、G蛋白的概念，第二信使分子的種類，主要的信息傳遞途徑：七跨膜受體依賴G蛋白的信號轉導及單跨膜受體依賴酶的催化作用傳遞信號。2．熟悉細胞外信息物質的種類，受體的分類、一般結構及功能，G蛋白的組成、類型及功能，受體作用的特點。3．了解信息轉導過程的特點和規律，信息轉導與醫學。（七）基因與基因組1.掌握基因和基因組的概念，原核生物和真核生物基因組的結構特點。2.熟悉病毒基因組結構特點、人類基因組計劃的研究內容、研究基因組。3.了解基因組學、轉錄組學在生命科學研究的意義。（八）核酸的分離與純化1.掌握核酸分離與純化的設計原則。2.熟悉基因組DNA、質粒DNA和RNA的分離與純化。3.了解核酸分離與純化的具體應用。（九）分子克隆1.掌握DNA重組，轉化，轉染，轉導等基本概念和DNA重組技術的基本過程。2.熟悉常用工具酶的分類、作用特點，常用載體的基本特性，外源DNA導入大腸桿菌的各種方法。3.了解DNA分子體外連接的方式方法，重組體轉化菌的篩選和鑒定以及DNA序列測定。（十）核酸分子雜交技術1.掌握核酸分子雜交，DNA變性、復性，熔解溫度，固相雜交，液相雜交等基本概念；核酸分子雜交的基本原理，Southern和Northern印跡雜交的基本原理、過程及應用；探針的種類、特點及標記方法。2.熟悉原位雜交和液相雜交的基本原理及應用。3.了解探針的純化方法。（十一）核酸擴增技術1.掌握聚合酶鏈反應（PCR）和RT-PCR的基本原理、實驗基本條件；PCR反應條件的優化和注意事項。2.熟悉PCR引物設計的基本原則，原位PCR、定量PCR的原理和用途3.了解PCR技術的其它類型；（十二）蛋白質組學研究技術1.掌握蛋白質組及蛋白質組學基本概念,蛋白質組學研究的主要內容、主要技術。2.熟悉蛋白質分離、鑒定、相互作用研究主要技術的原理。3.了解蛋白質磷酸化和糖基化分析的方法。（十三）生物芯片技術1.掌握生物芯片的概念。2.熟悉生物芯片的應用范疇。3.了解生物芯片的制備與使用方法以及存在的問題。（十四）感染性疾病的分子診斷1.掌握常見病毒、細菌及常見的衣原體和支原體的分子檢測，包括定性、定量、分型、耐藥性檢測及臨床應用。2.熟悉感染性疾病分子診斷的策略、常用方法的適用范圍、結果解釋、臨床應用及評價。3.了解感染性疾病分子診斷常見標本的處理。（十五）單基因遺傳性疾病的分子診斷1.掌握遺傳病分子診斷的策略、方法和類型。2.熟悉遺傳性疾病的分子機制。3.了解血紅蛋白病、肌營養不良癥等遺傳病分子診斷的常用方法。（十六）復雜基因疾病的分子診斷1.掌握癌基因、抑癌基因、腫瘤標志物的概念，癌基因活化的機制，腫瘤分子診斷的策略。2.熟悉原癌基因的產物與功能，常見的抑癌基因，分子診斷在惡性腫瘤中的應用價值。3.了解其它復雜基因疾病的分子診斷。（十七）分子診斷的其他應用1.掌握HLA的概念、基因組成及遺傳特點。2.熟悉親子鑒定的定義，目前常用的檢測手段。3.了解個人識別的含義及其應用，分子診斷在預防醫學中的應用。（十八）生物信息學在分子診斷中的作用

1.掌握生物信息學的基本概念，文獻檢索、核酸數據檢索、核酸序列比對的方法。2.熟悉開放閱讀框預測和引物設計。3.了解重要的核酸和蛋白質數據庫、蛋白質結構和功能數據庫。三、課程的教學內容、重點和難點第一章緒論一、分子診斷學的概念、任務和特點（一）醫學分子生物學的概念（二）分子診斷學的概念（三）分子診斷學的任務（四）分子診斷學的主要特點二、分子診斷學的發展簡史（一）分子生物學發展簡史（二）分子診斷學發展簡史三、分子診斷的基本策略及其在醫學中的應用（一）分子診斷的基本策略（二）分子診斷在醫學中的應用四、分子診斷的發展方向及主要存在問題（一）分子診斷的發展方向（二）分子診斷的主要存在問題重點：醫學分子生物學及分子診斷學定義及研究范疇；分子診斷學在醫學中應用。難點：分子診斷的發展方向及主要存在問題。第二章DNA生物合成一、分子生物學中心法則二、DNA復制的基本規律（一）半保留復制（二）雙向復制（三）半不連續復制三、DNA復制的酶學和拓撲學變化（一）復制的化學反應（二）DNA聚合酶1、原核生物的DNA聚合酶（DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ）2、真核生物的DNA聚（三）復制中的解鏈和DNA分子拓撲學變化1、DNA解螺旋酶、單鏈DNA結合蛋白、引物酶2、DNA拓撲異構酶（四）DNA連接酶四、DNA生物合成過程（一）原核生物的DNA生物合成1、復制的起始：雙向復制、復制叉2、復制的延長：方向5’→3、復制的終止（二）真核生物的DNA生物合成1、復制的起始2、復制的延長：方向5’→3、復制的終止和端粒酶五、逆轉錄和其他復制方式（一）逆轉錄病毒和逆轉錄酶（二）逆轉錄研究的意義六、DNA損傷與修復

（一）突變的意義（二）引起突變的因素：1、外界物理因素（紫外線照射損傷，電離幅射的損傷）2、化學因素（亞硝酸鹽、氮芥類、5-溴尿嘧啶、羥胺）；（三）突變的分子改變類型1、錯配2、缺失、插入和框移3、重排（四）DNA損傷的修復1、光修復機制2、切除修復3、重組修復4、SOS修復重點：分子生物學中心法則，DNA復制方式、體系及有關酶類，DNA修復類型及特點，逆轉錄作用，突變類型。難點：DNA的半保留復制過程，端粒和端粒酶。第三章RNA的生物合成一、轉錄的模板和酶（一）轉錄的模板：模板鏈與編碼鏈RNA聚合酶（二）RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶：核心酶、全酶2、真核生物RNA聚合酶I、II和III（三）模板與酶的辨認結合二、轉錄過程（一）原核生物的轉錄過程1、轉錄起始2、轉錄的延長3、轉錄的終止（依賴ρ因子的終止，不依賴ρ因子的終止）（二）真核生物的轉錄過程三、真核生物的轉錄后修飾

（一）真核生物mRNA轉錄后的加工1、首、尾的修飾：5’帽的形成，3’端切除及加polyA尾2、mRNA的剪接修飾：（二）tRNA轉錄后的加工：剪接作用，稀有堿基的生成，tRNA3’端CCA的形成（三）rRNA轉錄后的加工：前體rRNA與蛋白質結合，然后再切割和甲基化（四）核酶：核酶的定義、核酶的類型、rRNA的自我剪接、核酶的錘頭結構重點：轉錄與復制的區別，RNA生物合成的原料、模板和酶，原核生物RNA聚合酶全酶，核心酶的組成和作用；真核生物RNA聚合酶的主要類型和產物。難點：轉錄過程，真核生物三種RNA的轉錄后加工修飾。。第四章蛋白質的生物合成（翻譯）一、蛋白質生物合成體系（一）翻譯模板mRNA及遺傳密碼1、遺傳密碼的連續性2、簡并性3、通用性4、擺動性（二）核蛋白體是多肽鏈合成的裝置：核蛋白體的化學組成與結構（大小亞基）（三）tRNA與氨基酸的活化1、氨基酰-tRNA合成酶2、起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA二、蛋白質生物合成過程（一）原核生物翻譯起始復合物形成（二）真核生物翻譯起始復合物形成（三）肽鏈的延長（核蛋白體循環）：進位、成肽、轉位（四）肽鏈合成的終止三、蛋白質合成后加工和輸送（一）多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質（二）一級結構的修飾（三）空間結構的修飾（四）蛋白質合成后的靶向輸送四、蛋白質生物合成的干擾和抑制

（一）抗生素類（四環素、氯霉素、鏈霉素、嘌呤霉素、放線菌酮）（二）其他干擾蛋白質合成的物質（毒素、干擾素）重點：三種RNA在蛋白質合成中的作用。難點：核蛋白體循環，真核生物的翻譯起始。第五章基因表達調控一、基因表達調控的基本概念（一）基因表達是指基因轉錄及翻譯的過程（二）基因表達具有時間特異性和空間特異性（三）基因表達的方式及調節存在很大差異（四）基因表達調控為生物體生長、發育所必需二、基因表達調控的基本原理（一）基因表達調控呈現多層次和復雜性（二）基因轉錄激活受到轉錄調節蛋白與啟動子相互作用的調節三、原核基因表達調節（一）原核基因轉錄調節特點（二）操縱子調控模式在原核基因轉錄起始的調節中具有普遍性（三）原核生物具有不同的轉錄終止調節機制（四）原核生物在翻譯水平受到多個環節的調節四、真核基因表達調節（一）真核基因組具有獨特的結構特點（二）真核基因表達調控更為復雜（三）RNAPolI和PolIII轉錄體系的調節相對簡單（四）RNAPolII轉錄起始的調節非常復雜（五）RNAPolII轉錄終止的調節機制尚不清楚（六）轉錄后水平的調節也是基因表達調控的重要環節（七）基因表達在翻譯水平以及翻譯后階段仍然可以受到調節重點：基因表達的概念，基因表達調控的基本原理，原核基因轉錄調節操縱子模式與乳糖操縱子調節機制，真核基因表達調控的特點，真核基因轉錄激活調節方式:順式作用元件、反式作用因子。難點：真核基因表達調控。第六章基因與基因組一、基因與基因組概論（一）基因的概念及其發展（二）基因組與C值的矛盾（三）基因組學及其意義二、真核生物基因組（一）真核生物基因組的結構與功能特點（二）人類基因組計劃（三）人類基因組多樣性三、原核生物基因組（一）原核生物基因組的特點（二）原核生物的類核結構（三）質粒（四）轉座因子四、病毒基因組（一）病毒基因組核酸類型（二）病毒基因組大小及堿基組成（三）病毒基因組結構與功能特征重點：基因組的概念；病毒、原核及真核生物基因組結構與功能難點：基因組學。第七章細胞信息轉導一、細胞信號轉導概述（一）細胞外化學信號有可溶性和膜結合型兩種形式（二）細胞經由特異性受體接收細胞外信號（三）信號分子結構、含量和分布變化是信號轉導網絡工作的基礎二、細胞內信號轉導相關分子（一）第二信使的濃度和分布變化是重要的信號轉導方式（二）蛋白質作為細胞內信號轉導分子三、漿膜腔積液脫落細胞學（一）細胞內受體多屬于轉錄因子（二）離子通道型膜受體是化學信號與電信號轉換器（三）G蛋白偶聯受體通過G蛋白-第二信使-靶分子發揮作用（四）單跨膜受體依賴酶的催化作用傳遞信號（五）細胞信號轉導過程的特點和規律四、細胞信號轉導與醫學（一）信號轉導分子的結構改變是許多疾病發生發展的基礎（二）細胞信號轉導分子是重要的藥物作用靶位重點：受體的概念和受體作用的特點，細胞內信號轉導相關分子，第二信使，七跨膜受體依賴G蛋白的信號轉導，單跨膜受體依賴酶的催化作用傳遞信號。難點：各種受體介導的細胞內基本信號轉導通路。第八章核酸的分離與純化一、核酸分離與純化的設計與原則（一）材料與方法的選擇（二）技術路線的設計（三）核酸的鑒定與保存二、真核基因組DNA的分離純化（一）粗分離方法（二）DNA片段的回收三、質粒DNA的提取與純化（一）堿裂解法（二）其他方法四、真核細胞RNA的分離純化（一）RNA制備條件與環境（二）RNA分離純化五、蛋白質的分離與純化簡介第九章分子克隆一、自然界DNA重組和基因轉移是經常發生的（一）同源重組是最基本的DNA重組方式（二）細菌的基因轉移與重組有四種方式（三）位點特異重組，即特異位點間發生的整合（四）轉座重組二、工具酶（一）限制性內切酶（二）DNA聚合酶（三）DNA連接酶（四）其他酶三、載體（一）克隆載體（二）表達載體（三）穿梭載體四、分子克隆的基本步驟（一）目的基因的分離獲取（二）載體的選擇（三）目的基因和載體酶切與連接（四）將重組DNA導入受體細胞（五）重組體的篩選和鑒定五、克隆基因的表達（一）原核基因表達的特點（二）真核基因表達的特點（三）提高克隆基因表達的途徑重點：限制性內切酶；克隆載體；分子克隆的基本步驟難點：表達載體；重組體的篩選和鑒定第十章核酸分子雜交技術一、核酸雜交的基本原理（一）核酸變性（二）核酸復性（三）核酸分子雜交二、核酸探針（一）核酸探針的種類（二）核酸探針的標記（三）標志探針的純化（四）標志探針的檢測三、核酸分子雜交的影響因素四、核酸分子雜交技術（一）固相核酸分子雜交（二）液相核酸分子雜交重點：核酸雜交的基本原理；Southern和Northern印跡雜交的基本原理、過程及應用難點：核酸探針的標記；原位雜交和液相雜交的基本原理及應用第十一章核酸擴增技術一、聚合酶鏈反應技術（一）PCR技術的基本原理（二）PCR的反應體系及其優化（三）PCR產物檢測及分析（四）常見問題原因分析（五）幾種重要的PCR衍生技術二、熒光定量PCR的技術（一）熒光定量PCR技術的基本原理（二）熒光定量PCR的數據處理（三）實時熒光定量PCR的應用三、其他核酸擴增技術（一）其他核酸擴增技術的分類與比較（二）核酸序列依賴的擴增（三）連接酶鏈反應（四）鏈替代擴增（五）分支DNA信號放大系統四、臨床基因擴增檢驗實驗室的管理與質量控制（一）臨床基因擴增檢驗實驗室的規范化設置（二）臨床基因擴增檢驗實驗室操作人員的培訓（三）臨床基因擴增檢驗實驗室的質量保證重點：PCR、real-timePCR技術原理；PCR技術的常見問題及體系優化；臨床基因擴增檢驗實驗室的質量保證難點：PCR常見問題及分析；熒光定量PCR。第十二章蛋白質組學研究技術一、蛋白質組學研究技術概述（一）蛋白質組與蛋白質組學的概念（二）蛋白質組學研究的主要內容（三）蛋白質組學研究技術（四）蛋白質組學的研究策略二、蛋白質組學研究的凝膠與非凝膠技術（一）雙向凝膠電泳技術（二）液相色譜技術三、生物質譜技術與蛋白質鑒定（一）質譜的基本原理（二）生物質譜（三）蛋白質的鑒定四、蛋白質相互作用的研究技術（一）酵母雙雜交技術（二）噬菌體展示技術五、蛋白質組翻譯后修飾分析（一）磷酸化蛋白質的分析（二）糖基化蛋白質的分析重點：蛋白質組及蛋白質組學基本概念；蛋白質組學研究的主要內容、主要技術；2-DE的基本原理。難點：蛋白質磷酸化和糖基化分析的方法。第十三章生物芯片技術一、生物芯片技術概述（一）生物芯片概念（二）生物芯片的特點二、基因芯片（一）芯片微陣列制備（二）樣品制備與標記（三）樣品與基因芯片的雜交（四）雜交結果的檢測及分析（五）基因芯片的應用三、蛋白質芯片（一）蛋白芯片的原理（二）蛋白質芯片的分類（三）蛋白質芯片的制備及分析（四）蛋白質芯片的應用四、組織芯片術（一）組織芯片的分類（二）組織芯片的制備（三）組織芯片的應用五、液相芯片（一）液相芯片的原理與特點（二）液相芯片的應用六、縮微芯片實驗室重點：基因芯片的原理與制備；蛋白質芯片的分類及制備。難點：基因芯片的原理與制備；液相芯片的原理。第十四章感染性疾病的分子診斷一、感染性疾病的分子診斷概述（一）感染性疾病分子診斷的優點（二）感染性疾病分子診斷的應用范圍（三）感染性疾病分子診斷的基本技術

二、病毒的基因檢測（一）乙型肝炎病毒（二）丙型肝炎病毒（三）流感病毒（四）人類免疫缺陷病毒（五）冠狀病毒三、細菌的基因檢測（一）結核分枝桿菌（二）淋病奈瑟菌（三）O157型大腸埃希菌（四）幽門螺桿菌（五）細菌耐藥基因檢測四、其它常見病原微生物的基因檢測重點：感染性疾病分子診斷的基本技術、應用范圍；常見病毒、細菌及其它常見病原微生物的分子檢測。難點：常見病毒、細菌及其它常見病原微生物的分子檢測。第十五章單基因遺傳性疾病的分子診斷

一、單基因遺傳性疾病的分子診斷概述（一）遺傳病分子診斷的策略（二）遺傳病分子診斷的方法（三）遺傳病分子診斷的類型

二、血紅蛋白病（一）鐮狀紅細胞貧血的分子診斷（二）地中海貧血的分子診斷1、α地中海貧血2、β地中海貧血三、肌營養不良癥（一）杜氏肌營養不良癥四、血友病（一）A型血友病及其分子診斷（二）B型血友病及其分子診斷五、其它遺傳病（一）苯丙酮尿癥（二）脆性X綜合征重點：遺傳病分子診斷的策略、方法及類型；難點：遺傳性疾病的分子機制。第十六章復雜基因疾病的分子診斷

一、腫瘤的分子診斷（一）癌基因1、病毒癌基因2、細胞癌基因3、癌基因活化的機制4、原癌基因的產物與功能（二）抑癌基因1、抑癌基因的基本概念2、常見的抑癌基因3、抑癌基因的作用機制（三）腫瘤分子診斷的策略（四）分子診斷在惡性腫瘤中的應用價值（五）白血病的分子診斷1、白血病的相關融合基因2、分子診斷方法（六）其它復雜基因疾病的分子診斷二、其它復雜基因疾病的分子診斷（一）高血壓的分子診斷（二）糖尿病的分子診斷重點：癌基因、抑癌基因、腫瘤標志物的基本概念，癌基因活化的機制，腫瘤分子診斷的策略。難點：分子診斷在惡性腫瘤中的應用價值；原癌基因的產物與功能。第十七章分子診斷的其他應用一、分子診斷在移植配型中的應用（一）移植配型（二）HLA配型二、分子診斷在法醫物證學中的應用三、分子診斷在預防醫學中的應用學重點：HLA的概念、基因組成及遺傳特點；親子鑒定的定義，目前常用的檢測手段難點：親子鑒定目前常用的檢測手段。第十八章生物信息學在分子診斷中的作用一、生物信息學概論（一）生物信息學概念（二）生物信息學的研究范疇（三）生物信息學的主要任務（四）生物信息學的分類（五）生物信息學的特點（六）生物信息學與生物進化二、生物信息數據庫（一）重要生物信息中心1、國外主要生物信息技術中心2、國內主要生物信息技術中心（二）生物信息數據庫1、核酸數據庫2、蛋白質數據庫3、基因組數據庫4、人類疾病與基因組數據庫5、其他模式生物基因組數據庫三、數據庫檢索（一）生物信息數據庫檢索（二）文獻檢索1、外文文獻檢索2、中文文獻檢索3、網上期刊四、核酸數據分析（一）核酸序列的基本分析（二）核酸序列的比對分析1、BLAST2、FASTA（三）開放閱讀框的分析（四）基因的電子克隆與定位1、電子克隆2、電子定位（五）引物設計軟件五、蛋白質數據分析（一）蛋白質基本性質分析（二）蛋白質結構和功能預測方法（三）蛋白質結構和功能預測的軟件六、生物信息學在醫學中的應用（一）臨床診斷與治療（二）藥物設計與個體化用藥（三）疾病基因的分離與鑒定重點：生物信息學的基本概念，文獻檢索、核酸數據檢索、核酸序列比對的方法；難點：核酸序列比對的方法、開放閱讀框預測。四、課程各教學環節要求本課程除課堂講授以外，還計劃有作業、課堂討論、考試等教學環節。要求學生通過課堂學習，掌握本課程的基本理論和基本知識。在課外適當布置一些作業，使學生達到鞏固理論知識、課外主動學習的能力。