课程编号：

课程名称：细胞培养与代谢工程进展

英文名称：Advances in Cell Culture and Metabolic Engineering

课程类型：专业必修课

授课学时：60        理论课学时：60         实验课学时：0

课程学分： 3

开课单位： 生命科学学院

开课时间： 第二学年

主讲教师：

授课对象：细胞培养与代谢工程专业硕士研究生

预修课程：细胞生物学、生物化学、微生物、遗传学、神经生物学等相关课程。

课程简介： 

细胞培养与代谢工程进展是为了拓宽细胞培养与代谢工程专业研究生知识面而开设的一门专业必修课。本课程以知识性、前沿性为首要特征，紧密结合国内和国际生物学研究的最新动态，介绍当前生物学科研究的发展动向。本课程内容涵盖细胞培养与代谢工程的若干主要领域，信息量大，讲述内容包括细胞生物学、微生物学、神经生物学，遗传学、生化与分子生物学、发育生物学等领域。本课程力图系统为学生介绍生命科学热点领域及问题，拓展学生视野，以便学生及时了解生命科学学科研究的新成果及今后的发展势态，及时追踪生物科学各领域的最新发展现状，实现知识更新，达到与时俱进的目的。在教学过程中，坚持立德树人，在传授专业知识探究生命科学奥妙，用生命之美激发学生的创造与热爱，为自然与生命、社会与人类奉献智慧，并且特别聚焦家国情怀、三观塑造、专业精神和社会发展等。

一、课程性质、目的和任务：  

细胞培养与代谢工程是生物工程科学中的重要学科之一，是研究细胞培养与代谢的一门科学。细胞培养与代谢工程专业进展是为了拓宽细胞培养与代谢工程专业研究生知识面而开设的一门专业必修课，本课程目的是通过对细胞培养与代谢工程热门领域的最新研究进展做介绍，结合现有研究方向，让学生将掌握和了解细胞工程、生物技术等相关领域的最新研究进展，开拓学生的专业知识视野。其主要目的和任务是培养学生系统掌握最新的细胞培养与代谢工程的基本理论、基础知识和基本技术的进展，提升学生利用最新理论和技术分析问题和解决问题的能力，提高学生主动探索生命奥妙的积极性和社会责任感。

二、教学内容及要求

1.       细胞质基质、蛋白质分选与膜泡运输

【掌握】细胞质基质与内膜系统化学组成、分子结构和功能及其研究进展；蛋白质分选与膜泡运输的分子机制。

【熟悉】细胞质基质、内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输最新研究进展。

【了解】细胞质基质蛋白质降解异常与疾病的关系；内膜系统细胞器、膜泡运输与疾病发生。

【思政目标】通过诺贝尔奖金解读，培养学生科研思维能力、创新能力和科技报国的使命担当。

2.       细胞信号转导

【掌握】主要细胞膜受体介导的信号转导过程、分子机制。

【熟悉】信号转导最新研究进展。

【了解】膜受体和细胞内受体介导信号转导与疾病发生的关系。

【思政目标】结合诺贝尔奖解读，展示国内外科学家在信号转导研究方面的贡献，培养学生勇攀科技高峰的信心和勇气。

3.       细胞增殖调控与癌细胞

【掌握】细胞周期运转的主要调控分子机制，癌细胞转化的分子机制。

【熟悉】细胞周期各时期调控机制的研究进展；癌症发生研究进展。

【了解】细胞周期与疾病发生；细胞周期研究在癌症机制阐明和治疗上的意义。

【思政目标】培养学生紧跟世界最新研究热点，追求卓越，服务健康，实现大学生的使命担当精神。

4.       细胞分化与干细胞

【掌握】细胞分化的分子机制和干细胞自我更新和分化的分子机制。

【熟悉】细胞分化和干细胞研究进展及其与疾病治疗。

【了解】细胞分化的影响因素及其作用机制；干细胞研究的应用前景。

【思政目标】通过具体事例分析细胞分化和干细胞研究所涉及的科学伦理和道德，培养学生遵守基本科研伦理和道德，尊重和善待实验动物。

5.       细胞衰老和死亡

【掌握】细胞衰老的假说和分子机制；细胞死亡的方式和分子机制。

【熟悉】细胞衰老与细胞死亡的最新研究进展。

【了解】细胞衰老、细胞死亡与疾病发生及其研究在服务人类健康的意义。

【思政目标】介绍华人科学家在细胞凋亡方面的研究成就，增强学生民族自豪感和献身国家科技事业的信念。

6. 生物大分子动态修饰与化学干预的研究进展

【掌握】随着基因组测序成果的取得，人们认识到基因的数量远远无法解释生命的复杂性和多样性。学生需要认识到蛋白质、核酸、糖脂等生物大分子的动态化学修饰成为生命多样性和复杂性的物质基础，贯穿了细胞命运决定、性状调控以及个体发育等一系列重要的生命活动。

【熟悉】在已掌握的生物大分子结构与功能的基础上，熟悉生物大分子包括核酸、蛋白质、脂类和多糖等的修饰方式，以及相关生物学功能。

【了解】生物大分子动态修饰的研究与调控是当前生命科学领域最受关注的领域之一。需要了解其在生命科学医学、化学等交叉界面上的研究前沿和进展。

【思政目标】以国家自然科学基金委员会于2017年启动的“生物大分子动态修饰与化学干预”重大研究计划为切入点，重点解释我国在该领域的发展。目前我国科学家取得的成绩促进了人们对生物大分子动态修饰机制的认识和对其功能的调控干预，从而激发学生的民族自豪感和学习热情。

7. 肿瘤能量代谢及其调控机制的研究进展

【掌握】肿瘤的本质与基本特征；肿瘤细胞能量代谢主要途径；糖酵解和氧化磷酸化对肿瘤细胞代谢的影响。代谢发生改变是肿瘤细胞的重要特征之一，其与肿瘤的发生发展互为因果关系。

【熟悉】肿瘤发生发展的物质代谢、能量代谢，以及对于肿瘤发生发展过程中的糖代谢异活跃、脂肪酸过度累积等不同的代谢反应现象的理解。

【了解】具有世界领先水平的重大原创科技成果，以及在该领域我国科学家取得的突出成就。

【思政目标】以北京协和医学院／中国医学科学院基础医学研究所、厦门大学生科院等单位的研究人员发现能导致肿瘤细胞发生有氧糖酵解的蛋白为切入点，解释介绍我国取得的突出成就，让学生体会到我国有能力跻身于国际生命科学前沿，进一步重塑学生的民族自信、培养他们的爱国情怀。同时通过该案例说明科学研究过程中，合作的重要性；鼓励学生进行相互交流、取长补短，以便共同进步；引导学生要有大局观、团队合作意识和奉献情怀，提升社会主义核心价值观的爱国理念。

8 基因表达调控机理的研究进展

【掌握】基因表达调控的基本概念，原核生物、真核生物的基因表达调控，真核生物与原核生物表达调控的不同之处。

【熟悉】基因表达调控在遗传信息传递、细胞中的生化反应、细胞内与细胞间的信号传递等过程中所发挥的主要作用。

【了解】在生物学、基础医学、临床医学等方面基因表达调控相关研究进展。

【思政目标】通过对基因表达调控的讲述，引入遵纪守法接受协调的调控才能维持细胞的正常生理功能，教育学生在符合伦理道德范围内的勇于创新，既鼓励了学生的创新意识，又规范了边界。不同的基因在统一的基因表达调控背景下，根据生命活动的需要适时进行关闭表达或开放表达，反映了协作、团结的社会主义核心价值观的友善理念。

9. 肿瘤微环境及相关分析技术的研究进展

【掌握】肿瘤微环境调控的相关概念，肿瘤微环境对肿瘤的形成、增殖及转移方面的影响，以及相关的肿瘤微环境分析技术。

【熟悉】肿瘤微环境对肿瘤转移的影响；以及目前相关的较为成熟的分析技术（如单细胞测序技术、多标记免疫荧光技术、多分子成像技术、转录组测序技术、质谱流式细胞技术等）。

【了解】近些年来，科学研究对于对肿瘤细胞所处的微环境在肿瘤发生发展中的关键作用的阐释，以及基于肿瘤细胞和其所处微环境的相互作用而用于肿瘤治疗研究的相关成果。

【思政目标】通过在肿瘤微环境在肿瘤发生发展中的作用机制，引导学生思考环境与遗传的相互作用，以及对表型的影响；帮助学生树立正确地世界观、人生观、价值观，坚定政治认同、理想信念。

10. 基因及基因组学

【掌握】基因及基因组学研究热点、最新研究技术及应用。

【熟悉】研究基因及基因组结构及功能研究方法的最新进展。

【了解】基因组与基因结构及功能相关研究的主要研究方向。

【思政目标】结合学科发展，以老一辈科学家杨焕明等参与人类基因组测序等为楷模，培养学生刻苦钻研、锐意进取的精神。同时，展示基因组学的研究在新冠肺炎疫情中发挥的重要作用，如病毒全基因组序列的收集与测序更有利于疫情地区对病毒进行追根溯源，使疫情的监控有了更加科学的依据，对疫情发展的预测就有了更高的准确性。

11. 染色体（质）重塑、基因异常与个体发育（疾病）

【掌握】染色质重塑的分子机制、染色质重塑与基因表达调控与人类疾病发生发展的最新研究进展。

【熟悉】染色质重塑的研究方法及分析技术。

【了解】染色质重塑与表观遗传的关系。

【思政目标】以经典遗传学到表观遗传学的发展为例，加深学生对遗传学科的理解，培养学生科学素养、更新知识结构、提高综合素养，同时，以老一辈科学家为楷模，介绍培养学生刻苦钻研、锐意进取的精神。

12. 表观遗传学、表观遗传修饰

【掌握】表观遗传学的概念及研究范围、表观遗传修饰的类型及表观遗传与人类疾病发生发展的最新研究进展。

【熟悉】DNA甲基化、组蛋白甲基化及乙酰化、RNA甲基化等表观遗传修饰及其参与

的表观遗传修饰相关的酶类。

【了解】表观遗传修饰的在人类疾病诊治中的应用的最新研究进展；表观遗传学计划等。

【思政目标】表观遗传是由于中心法则表达的时间空间和方式非正常化，表观遗传的机制有很多形式，表观遗传的畸变过程也是普遍的，指导学生认识到表观遗传对人类疾病的风险评估、预防、进程分析、诊断和生物标记物的形成具有重要意义。

13. 表观遗传调控与人类疾病

【掌握】DNA甲基化、组蛋白甲基化及乙酰化、RNA甲基化等表观遗传修饰对靶基因

表达调控的分子机制的新进展。

【熟悉】表观遗传调控的研究方法和具体应用。

【了解】表观遗传调控分子机制与医药及人类健康的最新研究进展。

【思政目标】培养学生紧跟世界最新研究热点，追求卓越，实现大学生的使命担当精神。再通过了解中国学者在表观遗传学领域的贡献，增强名族自豪感和献身国家全面健康事业的信念。

14. 不同细胞死亡方式

【掌握】可调控性细胞死亡方式——程序性坏死necroptosis、细胞焦亡pyroptosis、铁死亡ferroptosis的发生机制。

【熟悉】程序性坏死、细胞焦亡、铁死亡等在心脑血管疾病及肿瘤发生中的变化，寻求有效的调控手段预防和改善疾病的发生。

【了解】不同细胞死亡方式直接的交互影响。铜死亡研究进展。

    【思政目标】随着科学发展，在凋亡、自噬、坏死等的基础上，科学家打破传统，勇于创新，结合丰富的科学研究探索出更多的细胞死亡方式，并采用批判性思维探索不同细胞死亡方式之间的相互影响。通过该内容的介绍，拓宽学生的科研思维，鼓励学生大胆创新。

     15. 生物发酵的基本过程

    【掌握】生物发酵的类型、发酵一般过程和操作方式、种子扩大培养技术，培养学生可持续发展，环保意识。

    【熟悉】发酵培养基的组成、特点和发酵过程的中间分析。

【了解】发酵终点的判断。

    【思政目标】生物发酵的生化机制、代谢调节等理论基础，包括我国古代劳动人民对微生物技术的贡献，可以让学生了解中国古代技术的发达程度，增加学生的民族自感。我国近现代快速发展的现代生物技术，激励学生继承创新，努力学习，为中国科技的再度辉煌贡献力量。

    16. 基因工程菌发酵

    【掌握】基因工程菌发酵方法、基因工程菌不稳定性的原因及对策。

    【熟悉】高密度发酵及其实现措施。

【了解】基因工程菌发酸产品的生产实例。

【思政目标】基因工程菌发酵的概念、发展概况与发展趋势、发酵工业的特点、发酵产品的生产及其应用等 。通过对发酵工程的概念、特点、发展历史讲授，使学生们了解发酵技术有着悠久的历史，激发学生学习科学文化知识、提高自身素质和为祖国发展及社会进步贡献力量的使命感和责任感。

17. 细胞的破碎与分离

【掌握】细胞破碎的阻力来源于细胞壁，常用的细胞破碎的方法及原理。

【熟悉】包含体的概念及其分离、复性。

【了解】细胞破碎的发展方向。

    【思政目标】基于细胞的破碎与分离性质，在课程教学中引入思政教育，把立德树人的总目标与生物工程下游技术知识的讲授有机地结合在一起，引导学生树立正确地世界观、人生观、价值观，坚定政治认同、理想信念，更好地实现课程思政的育人功能。

18. 膜分离技术

【掌握】膜分离的分类依据、主要类型及常见类型的分离机理及应用。

【熟悉】影响膜分离的因素，膜的污染及清洗。

【了解】膜的制造材料和结构特点。

    【思政目标】通过膜分离课程教学，介绍我国先进制造业，培养学生对专业的认同感、对今后所从事职业的社会责任感、以及锐意进取、勇于创造的奋斗精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

19. 吸附与离子交换

【掌握】吸附和离子交换法的基本原理，离子交换法的操作过程。

【熟悉】影响吸附和离子交换的因素。我国离子交换与吸附树脂的发展历与展望。

【了解】离子交换法的应用。

    【思政目标】通过适当的案例进行讲解，将中国梦教育、社会主义核心价值观教育、法治教育、中华优秀传统文化教育等融入于专业知识的传授中，引导学生树立正确地世界观、人生观、价值观。

20. 色谱分离

【掌握】色谱分离的种类及其原理，色谱分离的基本过程机制。

【熟悉】色谱分析的基本原理（色谱图、定性、定量的方法）。

【了解】色谱工作站和气相、高效液相色谱。 色谱分离技术在我国精细化工和蛋白组学方面的应用。

【思政目标】介绍色谱分离在细胞培养与代谢研究中的重要意义，通过引导学生思考讨论，教育学生在科学研究中要有高度的责任心，严格遵守各项操作规程，为自己负责，为他人负责，进而做出重要科研成果。

三、各教学环节学时分配

 

四、教学方式

采用教师现场讲授和网络远程教学相结合的教学模式，以讲授、讨论的互动式、启发式教学为主，选择恰当的内容采用专题探究和“导读—研讨”式教学。引导学生阅读相关文献，开展探究式的教学模式，即进行课堂讨论、小组讨论和PPT展示，促使学生将所学知识运用于科学研究中。

五、考核方式

文献综述40% + 纸质化考试60%。

六、教材及主要参考书

教  材：无

参考书：《细胞生物学》 (第5版)   丁明孝 编著，高等教育出版社2020。

《分子生物学》（第4版），李振刚 编著，科学出版社，2014。

《表观遗传学》（第2版），朱冰等 译著，科学出版社，2018。

《发酵工程原理与技术应用》 余龙江 编著，化学工业出版社，2011。

            《生物工程下游技术》，毛忠贵 编著，科学出版社，2013。

     七、大纲主要起草人、审阅人

主要起草人：高宇、廖亚平、刘长青、吴华彰、梁猛 2022年4月30日

审阅人：梁猛                                 2022年4月30日

 

                                                               生物技术教研室

               2022年4月30日