醫學類專業微生物工程課程教學探索與實踐

杜紅延

（南方醫科大學 生物技術學院，廣東 廣州 510515）

醫學類專業微生物工程課程教學探索與實踐

杜紅延

（南方醫科大學 生物技術學院，廣東 廣州 510515）

醫學類專業微生物工程課程的教學重點應是醫藥領域的工業發酵菌種、發酵生產的原理、微生物發酵在生物醫藥領域的應用等內容。教師應注意采用多樣化教學手段，盡量使抽象的理論知識直觀化，以激發學生的學習興趣，提高教學效果。為了增強實驗教學的完整性、目的性和趣味性，教師可以把自己的科研課題與學生實驗結合在一起。

醫學院校；微生物工程；生物技術；教學

人們對微生物工程的認識源于食品行業的發酵工程，我國大學工科的發酵工程專業也脫胎于農學院的農產品加工專業。1952年全國高校院系調整時，農產品加工專業的發酵專業方向劃歸工學院食品工業系，這才有了工科的發酵工程專業方向，隨后發展為發酵工程專業。最初利用微生物加工產品的工程統統被列入發酵工程的范疇，然而隨著生物化學、細胞生物學、應用分子生物學和遺傳工程、生物化工等學科的發展，多學科相互交叉滲透，人們對微生物許多新功能的認識不斷深入，大大拓展了人們利用微生物進行生產的范圍（如微生物可應用于環境治理和生物冶金等），發酵工程逐漸發展為微生物工程。1998年頒布的高等學校本科專業目錄把發酵工程劃歸生物工程類，肯定了發酵工程的生物學性質。

隨著生物技術在醫藥領域的應用日益廣泛，社會需要越來越多的專門人才從事該領域的研究開發工作，與之相適應，目前很多醫學院校逐步增設了生物工程和生物技術專業。作為四大生物工程（基因工程、細胞工程、微生物工程和酶工程）之一的微生物工程，是生物技術產業化進程中的關鍵，因此，微生物工程課程也就自然地成為生物工程和生物技術專業必不可少的一門專業必修課。

微生物工程是將微生物學、生物化學、化學工程的基本原理有機地結合起來，通過現代化工程技術生產有用物質或直接應用于工業化生產的一種技術體系，是將傳統的發酵技術與現代的基因工程、細胞工程、代謝工程、生物信息工程和計算機控制等新技術結合并迅速發展起來的一種現代發酵技術。微生物工程課程涉及的理論和技術多，且由于歷史原因許多教材在內容安排上多傾向于食品類專業，因此，醫學類專業微生物工程課程教學改革的重點在于教學內容的取舍。

1 結合專業特點合理選擇教學內容

最早開設發酵工程課程的是食品類專業，因此目前許多微生物工程教材在內容安排上多傾向于食品類專業，遠遠不能滿足醫學院校生物技術和生物工程專業的需要，結合專業特點有針對性地選擇教學內容是該課程任課教師肩負的使命。對于生物技術和生物工程專業來說，在微生物工程課程的教學中“秉承工科特色，加強理學研究”的學科辦學理念顯得尤為重要。考慮到醫學院校學生的工科基礎薄弱，教學大綱應該有針對性地圍繞與微生物生產有關的生物醫藥產品展開，以生產和應用過程的主要單元操作原理與工藝條件為主要內容，從而使學生能夠掌握利用微生物生產生物醫藥產品的基本理論，進而由理論指導實踐，學會分析生產和應用過程中存在的技術問題。為了激發學生的求知欲望，教師在教學中不能局限于教材內容，要根據教學大綱的要求，結合課程的具體內容，進行相關知識的補充和刪減[1]。

1.1 從緒論入手強調微生物發酵的重要作用

任何一門課程的講授都是從開篇性的緒論部分開始的，內容包括課程的主要研究領域、研究方法、發展歷程、特點和發展前景等。通過緒論部分的教學，要使學生對課程有一個輪廓性認識，了解該課程在自己所學專業中的地位和意義，明白學習該課程的重要性和必要性，清楚該課程的重點從而在后面的學習中能夠有的放矢。對于醫學院校生物工程和生物技術專業的微生物工程課程來說，緒論部分的教學應當立足于生物醫藥領域，著重強調微生物發酵在醫藥行業的重要性。

從微生物工程的發展歷史來看，雖然人們最初是從天然的無意識的釀酒開始認識發酵現象的，但是被稱為第二代微生物發酵技術（大規模深層培養技術）的開發，則是源于第二次世界大戰期間青霉素的生產，源自生物醫藥研究。從微生物工程的應用領域來看，雖然其較早的應用主要在輕工食品行業，但隨著人們對微生物的不斷了解和認識，以及微生物遺傳學和生物化學等學科的相互滲透，微生物工程在生物醫藥領域的應用越來越廣泛。目前發現的6000余種抗生素絕大多數都是由微生物產生的，醫用氨基酸、維生素、甾體激素、藥用酶、酶抑制劑以及一些疫苗等生物制品和基因工程藥物，都來自于微生物的發酵生產，可以說當今的生物醫藥生產與微生物發酵工程有著密不可分的聯系。目前，全球發酵產品的年銷售額在400億美元以上，并以每年7%～8%的速度遞增；我國微生物發酵生產企業有5000多家，主要發酵產品的年產值1400億元左右[2]。通過以上知識的介紹，能使學生認識到自己所學專業與微生物工程之間的密切聯系，從而激發他們學習微生物工程課程的熱情和積極性。

1.2 引導學生深刻認識醫藥領域的工業發酵菌種

微生物在自然界無處不在，種類繁多，目前人們認識的微生物不超過總數的5%。醫學院校的學生最初接觸微生物大多數是從病源微生物開始的。在微生物工程課程中，教師要使學生認識到微生物的兩面性，即雖然一些病源微生物可以導致人類疾病的發生，但有很多微生物對人類是有益的，例如，許多藥物的生產菌種均來自于自然界，只要人們篩選出合適的微生物種類，就可以利用它們生產出許多可用于臨床的藥物和生物制品；隨著分子生物學和遺傳學等學科的介入，還可以通過基因工程的方法構建大腸桿菌和酵母的基因工程菌，進而生產我們所需的產品。在教學中，教師還可結合工作經驗給學生介紹從自然界篩選有益菌種的常規方法，例如，我們曾經用常規方法從豆豉中篩選出了一種微生物，這種微生物能夠產生用于治療心血管疾病的纖溶酶。掌握基因工程和分子生物學知識對于醫學院校的學生來說是十分重要的，強化基因工程菌內容的教學，既有利于學生真正了解微生物，也有利于學生掌握、鞏固基因工程和分子生物學知識。

1.3 從醫藥產品入手介紹發酵生產的原理

區別于其他工科院校以輕工、食品和化工能源等為重點的特點，醫學院校生物技術專業微生物工程課程的重點應放在生物醫藥產品的生產原理上。很多藥物和生物制品多為微生物次級代謝的產物，因此在介紹發酵生產的原理時要側重于次級代謝產物的生產。通常，次級代謝產物是微生物生長到一定階段才開始合成生產的，而初級代謝產物與微生物的生長相偶聯。合成次級代謝產物時，可以應用合理的發酵生產模式和合理的發酵工藝條件進行優化調節。在教學中，教師可以以抗生素的發酵生產工藝作為切入點，通過比較初級代謝產物和次級代謝產物生產的發酵方式，使學生掌握不同發酵方式的特點，明確不同發酵方式之間的區別，以便更好地加以區分和利用。另外，教師在課堂教學中從具體的產品開始展開發酵生產原理這一教學內容，更能吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣。

1.4 落腳于微生物發酵在生物醫藥領域的應用

微生物工程是生物技術產業化進程中的關鍵環節，醫藥衛生領域是微生物工程應用最廣泛、成績最顯著、發展最迅速、潛力最大的領域，利用微生物工程可以從各方面改進醫藥的生產，開發新的藥品，改善醫療手段，從而提高社會醫療水平，因此，微生物工程在生物醫藥領域有著廣闊的發展前景。根據生物技術和生物工程專業的學科特點，微生物工程課程的授課重點應落腳于微生物發酵在生物醫藥領域的應用。微生物工程課程一般從微生物菌種的選育、培養基的準備、種子擴大培養到發酵過程的控制這一主線來安排授課內容，在課程的最后通常要安排微生物發酵生產的應用實例，借助這些生產實例將學生學過的知識點串起來形成系統，加深理解和記憶。教師在選擇應用實例時，應充分考慮學科特點，突出課程的專業特色，可選擇抗生素、藥用維生素、氨基酸等作為重點詳細介紹，使學生系統地掌握這些類型產品的發酵生產過程和生產工藝。

2 采用多樣化教學手段，切實提高教學效果

微生物工程課程的教學會涉及很多圖片和表格，采用多媒體教學手段能夠起到事半功倍的教學效果。課件的質量直接影響著多媒體教學的效果，為了充分發揮多媒體的優勢，教師既要學會自己動手制作具有豐富圖片和表格的多媒體教學課件，還要注意收集視頻、音頻、動畫、圖片、文字等多媒體資源。在制作多媒體課件時，教師要注意通過視頻、音頻、動畫和圖片的合理使用使抽象的理論知識直觀化，使課堂教學更加生動有趣。例如，在講授發酵生產的三種類型（即分批發酵、補料分批發酵和連續發酵）時，可以制作簡單的模式動畫圖，將分批發酵的一次投料和一次放料，補料分批發酵的多次投料和一次放料，連續發酵的邊投料邊放料，都清晰地展現在學生面前，再加上教師合適的穿插講解，十分有利于學生掌握這部分重點內容；在此基礎上，還可以利用表格列出三種發酵方式的不同特點，清晰地向學生展示三種發酵方式的區別，使學生掌握選擇發酵方式的原則。

多媒體教學的課堂容量大，利于教師在常規教學內容外補充一些反映最新研究進展的內容。在微生物工程課程的教學中，教師應根據教學內容適當地補充一些反映國內外現代微生物工程研究進展的內容，以激發學生的學習興趣，培養學生的科學探索激情。例如，在講授發酵生產實例這部分內容時，可以結合醫學院校的特點，重點選擇目前臨床上比較成功的生物醫藥產品（如白介素1和腫瘤壞死因子α等）和一些亟待大規模開發的生物醫藥產品（如紫杉醇等）作為對象，首先給學生介紹這些方面的最新研究成果，然后導出要講授的知識，調動學生學習的積極性，并適時鼓勵和引導有興趣的學生利用課余時間參加課外興趣小組，培養科研能力。

3 理論與實踐相結合，注重學生實踐能力的提高

微生物工程課程與生產實踐有著十分密切的聯系，教師在教學過程中應盡量把有關生物產品生產與應用的實例引入課堂，以豐富學生的感性認識，使學生加深對理論知識的理解，提高發現問題和解決問題的能力[3]。微生物工程的實驗課教學是理論與實踐結合的關鍵。為了提高實驗教學的完整性、目的性和趣味性，教師可以把自己的科研課題與學生實驗結合在一起。例如，在教學實踐中，我們讓學生參與到“利用基因工程菌生產白介素1（IL-1）”這一與科研相關的實驗中，該實驗圍繞尋找合適的發酵生產條件和參數展開，能使學生熟悉實驗室小規模的發酵生產過程，掌握小型發酵罐的使用方法和發酵生產條件的優化措施，有效地激發學生學習的積極性和實驗興趣，提高學生的專業能力。

發酵原料通過菌種完成工業化轉化有一個完整的工藝流程，但醫學院校學生缺乏相應的工藝學概念，渴望了解真正的生產過程。針對這一問題，我們通過組織學生到工廠參觀，使學生在課堂上學到的理論知識與生產實際結合起來。通過對發酵生產工廠的參觀，學生見識了萬噸以上的發酵罐體，了解了工廠發酵生產的規模，普遍反映收獲頗豐。

[1] 楊柳，葉永康，葉明，等．發酵工程課程教學改革探討[J]．合肥工業大學學報：社會科學版，2007，21(1)：44―46．

[2] 宮衡，陳長華，葉勤，等．發酵工程教學的改革與實踐[J]．化工高等教育，2005，84(2)：36―38．

[3] 衛功元，王大慧．提高微生物工程教學效果的幾點體會[J]．湖北教育學院學報，2006，23(2)：95―97．

G642.0∶ Q819

A

1006-5261(2011)02-0091-03

2011-01-30

杜紅延（1976―），女，河南洛陽人，博士，講師．

〔責任編輯 張繼金〕