2025年生物科技与人类未来发展课程考试试题及答案

2025年生物科技与人类未来发展课程考试试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下关于CRISPRCas9基因编辑系统的描述，错误的是（）A.Cas9蛋白负责切割DNA双链B.sgRNA包含与靶基因互补的序列C.脱靶效应是其临床应用的主要限制之一D.该系统仅能在原核生物中发挥作用2.诱导多能干细胞（iPS细胞）的重编程过程中，最初被证实的关键转录因子不包括（）A.Oct4B.Sox2C.NanogD.cMyc3.合成生物学中“生物砖”（BioBrick）的核心功能是（）A.编码特定生物功能的标准化DNA片段B.用于构建人工细胞器的蛋白质模块C.模拟自然生态系统的微生物群落D.替代传统化学催化剂的酶制剂4.CART细胞治疗中，“CAR”的核心组成部分是（）A.T细胞受体（TCR）的可变区B.抗原结合单链抗体（scFv）C.细胞因子分泌结构域D.免疫检查点抑制剂结合区5.脑机接口（BCI）技术中，“侵入式”与“非侵入式”的主要区别在于（）A.是否需要手术植入电极B.信号采集的频率范围C.数据传输的速率D.对神经信号的解析精度6.以下不属于第三代基因测序技术特点的是（）A.单分子测序，无需PCR扩增B.读长可达数万个碱基对C.错误率较高但可通过多次测序校正D.依赖荧光标记的脱氧核苷酸7.人工合成酵母染色体（Sc2.0计划）的主要科学目标是（）A.验证“生命是否可由人工设计”B.提高酵母的乙醇发酵效率C.开发新型生物燃料D.解析真核生物染色体的功能元件8.基因驱动（GeneDrive）技术的核心机制是（）A.通过同源重组将目标基因偏向性传递给子代B.利用病毒载体高效感染生殖细胞C.激活沉默的基因使其在后代中表达D.抑制减数分裂过程中的染色体分离9.以下关于“类器官”（Organoid）的描述，正确的是（）A.完全模拟人体器官的解剖结构和功能B.仅能由胚胎干细胞分化而来C.可用于药物毒性测试和疾病机制研究D.已广泛应用于临床器官移植10.生物信息学中，“全基因组关联分析（GWAS）”的主要目的是（）A.鉴定与复杂性状相关的遗传变异B.构建物种的系统进化树C.预测蛋白质的三维结构D.分析基因表达的时空特异性二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少有2个正确选项，多选、少选、错选均不得分）1.基因编辑技术（如CRISPR）在医学领域的潜在应用包括（）A.遗传性眼病（如色盲）的治疗B.癌症的免疫细胞改造（如T细胞）C.病原体（如HIV）的宿主细胞抗性编辑D.人类胚胎的“增强型”基因修饰（如智力提升）2.合成生物学对可持续发展的贡献体现在（）A.设计微生物降解塑料（如PET）B.构建人工固氮体系替代化肥C.利用藻类生产生物柴油D.开发基于微生物的二氧化碳固定技术3.细胞治疗的伦理争议主要涉及（）A.治疗效果的不确定性与患者权益保护B.胚胎干细胞来源的伦理问题（如克隆技术）C.细胞产品的质量控制与标准化D.技术滥用导致的“基因特权阶层”4.脑机接口技术的医疗应用场景包括（）A.瘫痪患者的运动功能恢复（如机械臂控制）B.抑郁症的神经调控治疗C.阿尔茨海默病的早期诊断D.健康人群的“记忆增强”干预5.以下属于“生物安全”范畴的是（）A.实验室改造的致病微生物泄露风险B.基因编辑作物的生态入侵可能性C.个人基因组数据的隐私保护D.合成生物学设计的“生物安全开关”（KillSwitch）三、填空题（共5题，每题2分，共10分）1.2020年诺贝尔化学奖授予CRISPRCas9基因编辑技术的开发者，获奖者为__________和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶。2.诱导多能干细胞（iPS细胞）与胚胎干细胞（ES细胞）的核心共性是__________。3.CART细胞治疗中，“共刺激结构域”的主要作用是__________。4.人工合成的最小基因组支原体（Syn3.0）由__________个基因组成（精确数值）。5.世界卫生组织（WHO）提出的基因编辑伦理原则中，“不伤害”（Nonmaleficence）与__________、“公正”（Justice）并列。四、简答题（共4题，第12题每题8分，第34题每题12分，共40分）1.（封闭型）简述CRISPRCas9系统的工作流程。2.（封闭型）说明iPS细胞相较于ES细胞的优势。3.（开放型）结合实例分析合成生物学在“碳中和”目标中的应用潜力。4.（开放型）讨论基因编辑技术在遗传病治疗中的突破与伦理挑战。五、应用题（共1题，15分）案例分析：2023年，某研究团队利用碱基编辑技术（BaseEditing）成功修复了小鼠模型中导致脊髓性肌萎缩症（SMA）的SMN1基因突变，实验显示小鼠运动能力显著恢复且未检测到脱靶效应。问题：（1）碱基编辑与传统CRISPRCas9的主要区别是什么？（5分）（2）若将该技术推进至临床试验，需重点解决哪些科学与伦理问题？（10分）答案及解析一、单项选择题1.D（CRISPRCas9已广泛应用于真核生物基因编辑）2.C（最初的重编程因子为Oct4、Sox2、Klf4、cMyc，Nanog是后续研究发现的维持多能性的因子）3.A（生物砖是标准化的DNA功能模块，可组合构建人工生物系统）4.B（CAR的核心是识别抗原的单链抗体scFv，连接跨膜区和胞内信号结构域）5.A（侵入式需手术植入电极至脑实质，非侵入式通过头皮电极采集信号）6.D（第三代测序如PacBio、OxfordNanopore无需荧光标记，依赖实时监测碱基通过纳米孔的电流变化）7.D（Sc2.0计划通过人工设计酵母染色体，解析真核生物染色体的功能元件和冗余性）8.A（基因驱动利用同源重组使目标基因在子代中传递概率远超孟德尔定律的50%）9.C（类器官是三维细胞培养模型，可模拟器官部分功能，用于药物测试，但未完全替代器官移植）10.A（GWAS通过对比患者与健康人群的基因组，寻找与疾病相关的单核苷酸多态性）二、多项选择题1.ABC（D选项“增强型”基因修饰因伦理争议尚未被广泛接受）2.ABCD（合成生物学通过设计微生物或酶系统，在塑料降解、固氮、生物燃料、碳固定等领域均有应用）3.ABC（D属于基因编辑的伦理争议，非细胞治疗特有）4.AB（C为影像学或生物标志物检测范畴，D涉及“增强”伦理争议，非医疗应用）5.ABCD（生物安全涵盖实验室安全、生态安全、数据安全及技术可控性）三、填空题1.詹妮弗·杜德纳（JenniferDoudna）2.多向分化潜能（或“多能性”）3.增强T细胞的增殖与存活能力（或“提供第二信号激活T细胞”）4.473（Syn3.0由473个基因组成，是目前已知支持生命活动的最小基因组）5.尊重（Respect）四、简答题1.答案要点：①sgRNA设计：根据靶基因序列设计与目标DNA互补的引导RNA（约20nt），连接Cas9结合的支架结构；②复合物形成：sgRNA与Cas9蛋白结合，形成功能复合体；③靶标识别：复合体通过sgRNA与靶DNA的互补配对定位至PAM（NGG）上游区域；④DNA切割：Cas9蛋白的核酸酶结构域切割靶DNA双链，形成双链断裂（DSB）；⑤修复机制：细胞通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HDR）修复DSB，实现基因敲除或定点插入/替换。2.答案要点：①伦理争议小：iPS细胞由体细胞重编程获得，避免了胚胎干细胞分离导致的伦理问题；②个体化应用：可取自患者自身细胞，减少免疫排斥风险；③来源广泛：无需依赖胚胎，可从皮肤、血液等多种体细胞诱导；④疾病模型构建：可模拟患者特异性的遗传背景，用于疾病机制研究和药物筛选。3.答案要点（需结合实例）：合成生物学通过设计人工生物系统，可高效转化二氧化碳或减少温室气体排放，助力“碳中和”。实例1：利用蓝藻（蓝细菌）工程化改造，增强其固碳效率并合成生物燃料（如乙醇、丁醇）。例如，美国JBEI实验室通过引入外源通路，使蓝藻将CO₂转化为异丁醇的效率提升3倍。实例2：设计“人工固碳循环”替代自然卡尔文循环。如2016年《科学》报道的“CETCH循环”，通过17种酶的组合，将CO₂固定效率比卡尔文循环高3倍，可用于工业废气处理。实例3：工程菌降解甲烷（第二大温室气体）。例如，改造甲烷氧化菌（Methylococcuscapsulatus），增强其甲烷单加氧酶活性，加速甲烷转化为甲醇或其他产物。4.答案要点（需结合突破与挑战）：突破：①单基因遗传病治疗：如镰刀型细胞贫血症（HBB基因突变），通过CRISPR编辑患者造血干细胞，回输后可恢复正常血红蛋白表达（2023年Vertex公司临床试验已获积极结果）；②隐性遗传病预防：通过胚胎植入前基因检测（PGT）结合编辑技术，避免致病基因传递（如囊性纤维化）；③基因编辑工具优化：碱基编辑（BE）和单碱基编辑（PE）降低脱靶效应，提升精确性。伦理挑战：①脱靶效应的长期风险：即使当前未检测到脱靶，生殖细胞编辑可能影响后代，需长期追踪；②治疗与增强的边界：从“治疗疾病”到“优化性状”（如身高、智力）的伦理争议，可能加剧社会不平等；③技术可及性：高昂成本可能导致“基因特权阶层”，违背公平原则；④国际监管差异：不同国家对基因编辑的立法差异可能引发“技术洼地”（如“基因编辑婴儿”事件）。五、应用题（1）主要区别：①作用机制：传统CRISPRCas9通过切割DNA双链（DSB）诱导修复，可能导致插入/缺失（Indel）；碱基编辑通过融合Cas9切口酶（nCas9或dCas9）与脱氨酶（如胞嘧啶脱氨酶、腺嘌呤脱氨酶），直接催化单碱基转换（C→T或A→G），无需DSB；②编辑类型：CRISPRCas9可实现敲除、插入或替换，碱基编辑仅针对单碱基替换；③脱靶风险：碱基编辑因不产生DSB，且脱氨酶作用范围局限（约5nt），脱靶效应更低。（2）需解决的问题：科学问题：①脱靶效应的全面评估：需通过全基因组测序（如WGS）和脱靶预测工具（如CasOFFinder）确认无潜在脱靶；②编辑效率与特异性：不同组织（如神经元）的递送效率需优化，确保SMN1基因在运动神经元中高效修复；③长期安全性：需观察小鼠模型的生存期、行为学变化及其他器官功能，排除迟发