2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 分子诊断技术在医学应用中的研究

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子诊断技术在医学应用中的研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.分子诊断技术基于分子生物学中的______、______和______等基本原理。2.聚合酶链式反应（PCR）的核心步骤包括变性、______和______。3.能够特异性识别并结合目标核酸序列的小分子或大分子探针称为______。4.基因芯片技术通过固相支持物上固定大量______，实现对多种生物分子的并行检测。5.在传染病快速检测中，环介导等温扩增（LAMP）技术的主要优势在于______。6.液体活检通过检测体液中的______、外泌体等来辅助疾病诊断。7.药物基因组学的研究有助于实现______。8.CRISPR-Cas系统在分子诊断中展现出巨大的潜力，其核心识别元件是______。9.分子诊断试剂盒的灵敏度通常用______或______来衡量。10.即时检测（POCT）技术强调检测过程的______和______。二、名词解释（每题3分，共15分）1.分子识别2.数字PCR（dPCR）3.基因组测序（GenomeSequencing）4.生物标志物（Biomarker）5.无创产前基因检测（NIPT）三、简答题（每题5分，共25分）1.简述PCR技术与传统核酸杂交技术的区别。2.列举三种在肿瘤诊断中应用的分子诊断技术，并简述其原理。3.微流控芯片技术在分子诊断中具有哪些优势？4.分子诊断技术在实现精准医疗方面扮演着怎样的角色？5.在开发和应用分子诊断技术时，需要考虑哪些重要的伦理和法律问题？四、论述题（每题10分，共30分）1.详细论述下一代测序（NGS）技术在精准医学中的核心应用及其面临的挑战。2.结合具体实例，论述分子诊断技术如何推动传染病的防控和溯源工作。3.试述实现分子诊断技术从实验室研发到临床应用转化的关键环节和主要障碍。试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.互补配对，特异性识别，信号放大2.退火，延伸3.探针4.探针（或目标分子）5.操作简单，条件温和，耗时短6.循环肿瘤DNA（ctDNA）7.个体化用药8.向量（或spacer序列与Cas蛋白）9.检测限（LOD），定量范围（LOD-Q）10.快速，便携二、名词解释（每题3分，共15分）1.分子识别：指生物大分子（如DNA、RNA、蛋白质）之间基于其特定的空间结构和理化性质，发生特异性结合的能力。这是分子诊断技术的基础，例如探针与目标核酸序列的识别，抗体与抗原的识别。2.数字PCR（dPCR）：一种将PCR反应体系进行物理分隔，使得每个分隔单元中只包含一个或零个目标分子的核酸扩增技术。通过统计扩增产物数，可以对起始模板进行绝对定量，且对熔解曲线分析要求不高，可用于检测稀有突变。3.基因组测序（GenomeSequencing）：指对生物体整个基因组（包含所有DNA序列）进行测定和组装的过程。它可以提供全面的遗传信息，在遗传病诊断、肿瘤基因分析、病原体鉴定等领域的应用日益广泛。4.生物标志物（Biomarker）：指能够客观测量和评估生物体对疾病发生、发展或治疗反应的指标。分子诊断技术旨在发现、验证和应用各种生物标志物（如基因突变、表达谱、蛋白质等），用于疾病的早期发现、诊断、预后判断和疗效监测。5.无创产前基因检测（NIPT）：指通过检测孕妇外周血中来源于胎儿的小循环DNA（ctDNA）片段，对胎儿染色体非整倍体（如唐氏综合征）或其他遗传疾病进行筛查的一种分子诊断技术。三、简答题（每题5分，共25分）1.简述PCR技术与传统核酸杂交技术的区别。PCR是一种酶促的体外核酸扩增技术，能够将微量（甚至单分子）的目标核酸片段扩增至千百万倍，具有极高的灵敏度和特异性。而传统核酸杂交技术是基于核酸碱基互补配对原则，将标记的探针与样品中的目标核酸片段进行结合的检测方法，通常需要较高的靶标浓度，灵敏度相对较低。PCR是“扩增”过程，传统杂交是“检测”过程。2.列举三种在肿瘤诊断中应用的分子诊断技术，并简述其原理。*PCR/基因测序：原理是检测肿瘤组织或体液（如血液）中特异性基因的突变（如KRAS、EGFR、BRAF等点突变或基因重排），这些突变与肿瘤的发生发展及治疗反应相关。*液体活检（ctDNA检测）：原理是检测血液中循环肿瘤DNA（ctDNA）的特定突变。ctDNA是肿瘤细胞释放到血液中的DNA片段，其突变信息可以反映肿瘤的特征，用于肿瘤的早期筛查、诊断、疗效监测和复发预警。*肿瘤免疫组化（IHC）：原理是利用特异性抗体检测肿瘤组织切片中蛋白质标志物的表达水平，如PD-L1表达用于指导免疫治疗，HER2表达用于指导靶向治疗。3.微流控芯片技术在分子诊断中具有哪些优势？*微型化：将样品处理、反应、检测等步骤集成在芯片上，体积小，节省样品和试剂。*自动化：可实现样品的自动化处理和检测，减少人工操作，提高效率和准确性。*集成化：可将多种功能单元（如混匀、加样、反应、分离、检测）集成在单一芯片上，实现复杂检测流程。*高通量：可同时处理多个样本或进行多种检测，提高检测通量。*低消耗：样品和试剂消耗量极低，尤其适用于珍贵样品或成本较高的检测。*快速：反应体积小，传质快，许多检测可在短时间内完成，适用于POCT。4.分子诊断技术在实现精准医疗方面扮演着怎样的角色？分子诊断技术是实现精准医疗的关键支撑。它能够检测个体在基因、蛋白等分子水平上的差异（如遗传背景、肿瘤基因突变、药物靶点），为疾病的早期发现、风险评估、个性化诊断和精准治疗提供重要依据。通过分子诊断，可以实现疾病的精确分型，选择最有效的靶向药物或免疫疗法，从而提高治疗效果，减少不必要的副作用，最终达到个体化、精准化的医疗目标。5.在开发和应用分子诊断技术时，需要考虑哪些重要的伦理和法律问题？*知情同意：患者应充分了解检测的目的、过程、潜在风险和结果含义，并自愿同意。*数据隐私与安全：基因等敏感健康信息属于个人隐私，必须严格保密，防止泄露和滥用。*结果解释与告知：检测结果的解读需要专业知识，应由合格人员向患者进行科学、清晰的解释，并给予必要的心理支持和遗传咨询。*公平可及性：分子诊断技术和产品的价格、医保覆盖等应考虑，确保不同社会经济地位的人群都能公平地获得服务。*产品质量与监管：诊断试剂盒和仪器的研发、生产、销售需符合相关法规标准，确保其安全性、有效性和准确性。*基因编辑伦理：若涉及基因编辑技术用于治疗或诊断，需严格遵循伦理规范，防止滥用和潜在风险。四、论述题（每题10分，共30分）1.详细论述下一代测序（NGS）技术在精准医学中的核心应用及其面临的挑战。下一代测序（NGS）技术具有高通量、高速度、相对低成本的特点，已成为精准医学的核心驱动力之一。核心应用：*肿瘤精准诊断与分型：NGS可全面分析肿瘤样本中的基因突变、拷贝数变异、基因融合、DNA甲基化等，用于肿瘤的精准分型、分子分群，指导靶向治疗和免疫治疗的选择。例如，通过测序发现驱动基因突变（如EGFR、ALK）来选择相应靶向药；通过检测肿瘤突变负荷（TMB）来预测免疫治疗的响应。*遗传病诊断与筛查：NGS（特别是全外显子组测序WES和全基因组测序WGS）能够有效检测导致遗传疾病的基因突变，为不明原因疾病、遗传咨询和产前诊断提供强有力的工具。*药物基因组学：通过检测与药物代谢、转运、作用靶点相关的基因多态性，预测个体对药物的反应（疗效或副作用），指导个体化用药方案的选择。*病原体鉴定与耐药性分析：NGS可用于快速、准确地鉴定复杂的病原体群落（如宏基因组测序），并分析病原体的耐药基因，指导感染性疾病的诊断和治疗。*微生物组研究：对人体肠道、皮肤等部位的微生物基因组进行测序，研究微生物组与人体健康和疾病的关系。面临的挑战：*数据解读复杂性：海量的测序数据需要生物信息学工具进行复杂的生物信息学分析，结果解读需要深厚的专业知识和经验，尤其是对罕见突变和临床意义的判断。*成本与可及性：虽然成本持续下降，但NGS测序和后续分析仍相对昂贵，其在基层医疗机构和欠发达地区的普及和应用仍面临挑战。*标准化与规范化：从样本制备、测序流程到数据分析解读，缺乏统一的标准化流程和质量控制体系，影响结果的可靠性和可比性。*临床验证与整合：许多NGS应用仍需更多的临床研究来验证其临床价值，并将检测结果有效整合到临床决策流程中。*伦理与隐私问题：如前所述，基因信息的隐私保护、数据安全以及测序结果带来的心理和社会影响是需要重视的问题。2.结合具体实例，论述分子诊断技术如何推动传染病的防控和溯源工作。分子诊断技术以其高灵敏度、高特异性和快速性，在传染病防控和溯源中发挥着不可替代的作用。推动防控：*快速检测：分子诊断技术（如PCR、快速基因芯片）能够在数小时内检测出病原体核酸，用于临床诊断，帮助患者及时得到治疗，防止疾病扩散。例如，在流感季节使用快速流感病毒核酸检测试剂，可以快速分离患者，指导抗病毒药物使用。*大规模筛查：面对突发传染病或地方性流行病，分子诊断技术可用于对重点人群（如医护人员、密切接触者）进行大规模筛查，早期发现病例，切断传播链。例如，在艾滋病防治中，使用PCR技术进行自愿咨询检测和母婴阻断筛查。*病原体鉴定与分型：对于不明原因的传染病爆发，分子诊断技术（如基因测序）可以快速准确地鉴定病原体种类，并进行基因分型，有助于理解病原体的生物学特性、传播途径和变异趋势。例如，SARS-CoV-2出现后，通过测序快速确定了病毒种类，并追踪其全球传播的遗传演化树。推动溯源：*基因序列分析：分子诊断技术获取病原体的基因序列（如病毒基因组），是进行传染病溯源的核心。通过比较不同时间、不同地点分离的病原体基因序列，可以构建传播网络，追溯疾病的最早来源和传播路径。例如，在新冠疫情中，全球科学家通过共享新冠病毒的基因序列数据，绘制了病毒传播的地图，追踪了关键传播事件和变异株的形成与扩散。*环境样本检测：分子诊断技术也可用于检测环境样本（如水、空气、表面）中的病原体核酸，帮助判断污染源和可能的传播途径，为溯源提供线索。例如，检测医院环境中是否存在特定病原体核酸，有助于判断院内感染的可能来源。总体而言，分子诊断技术为传染病的快速诊断、大规模筛查、病原鉴定、传播追踪和溯源提供了强大的技术支撑，极大地提升了传染病防控的科学性和有效性。3.试述实现分子诊断技术从实验室研发到临床应用转化的关键环节和主要障碍。将分子诊断技术从实验室研发成功转化为实际临床应用，是一个复杂的多环节过程，涉及科学、工程、法规、商业等多个方面。关键环节：*临床需求识别与验证：首先要明确临床实践中存在的未解决诊断问题或现有方法的不足，证明新技术的临床必要性和潜在价值。*技术平台研发与优化：开发具有高灵敏度、高特异性、快速、便捷、低成本等优点的检测技术，并进行反复优化，确保性能稳定可靠。*临床前研究：在实验室和动物模型中验证技术的有效性、安全性，评估其在模拟临床环境下的表现。*临床试验：进行严格的多中心临床试验，证明检测方法在真实患者群体中的诊断准确性（敏感性、特异性）、可靠性、与临床决策的相关性等，满足医疗器械或体外诊断产品的法规要求。*标准化与质控：建立检测方法的标准化操作规程（SOP），开发相应的质量控制体系（如质控品、校准品），确保检测结果的准确性和一致性。*法规注册与审批：按照目标市场的法规要求（如中国的NMPA、美国的FDA），提交技术资料和临床试验数据，获得产品上市许可或批准。*生产转化与供应链管理：建立符合法规要求的生产线，确保产品质量稳定可靠，并建立有效的供应链体系。*临床验证与推广：在医疗机构中实际应用，收集临床反馈，进行性能验证，并通过培训、学术推广等方式让临床医生了解和使用该技术。*伴随诊断试剂的配套：如果是用于指导靶向治疗等，需要与相应药物厂商合作，确保检测与药物使用的紧密结合。主要障碍：*高昂的研发与验证成本：从基础研究到临床验证，需要投入大量的资金和时间。*严格的法规审批流程：医疗器械的审批周期长、要求高，是转化过程中的关键瓶颈。*技术性能与临床需求的匹配：某些新技术的灵敏度、特异性或速度可能尚未达到临床实际应用的要求，