2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子生物工程的前沿技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪一項不是CRISPR-Cas9系統(tǒng)實現(xiàn)基因精確編輯的關(guān)鍵技術(shù)要素？A.一段與目標DNA序列互補的向?qū)NA（gRNA）B.Cas9核酸酶識別并結(jié)合gRNAC.Cas9核酸酶在PAM序列旁切割DNA雙鏈D.RNA引物介導(dǎo)的DNA鏈合成修復(fù)2.在合成生物學中，利用工程化細胞作為“細胞工廠”生產(chǎn)藥物或材料時，哪種策略主要旨在提高目標產(chǎn)物的輸出效率？A.基因序列的隨機誘變B.優(yōu)化細胞能量代謝網(wǎng)絡(luò)C.限制非目標基因的表達D.簡化目標產(chǎn)物的生物合成通路3.基于數(shù)字PCR技術(shù)進行基因表達定量分析時，其核心優(yōu)勢在于？A.能夠檢測未知RNA序列B.對微量模板DNA有極高的檢測靈敏度C.可直接觀察基因轉(zhuǎn)錄本的翻譯過程D.操作過程比qPCR更簡單快捷4.3D生物打印技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用，主要面臨的挑戰(zhàn)之一是？A.打印速度過快導(dǎo)致細胞損傷B.難以精確控制細胞在三維空間中的排列C.打印出的組織缺乏足夠的血管化d.所需的生物墨水成本過高5.mRNA疫苗能夠誘導(dǎo)免疫應(yīng)答的關(guān)鍵在于？A.mRNA分子本身具有免疫原性B.編碼的抗原蛋白被內(nèi)體途徑呈遞C.mRNA進入細胞質(zhì)后翻譯出功能性的抗原蛋白D.依賴病毒載體進行有效的體內(nèi)遞送6.基于納米顆粒的分子診斷平臺，其潛在優(yōu)勢不包括？A.顯著提高檢測的靈敏度B.實現(xiàn)多種靶標的同步檢測C.降低診斷設(shè)備的成本和復(fù)雜度D.增強生物樣本（如血液）的穩(wěn)定性7.在設(shè)計合成生物學的基因線路時，使用重組激活因子（Raf）蛋白通常是為了？A.作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的最終輸出B.激活或抑制下游基因的表達C.直接參與底物的代謝轉(zhuǎn)化D.調(diào)控細胞周期進程8.基因治療中，使用腺相關(guān)病毒（AAV）作為基因遞送載體的主要優(yōu)勢是？A.具有廣泛的宿主嗜性B.在體內(nèi)的半衰期較長C.不會引起明顯的免疫排斥反應(yīng)D.能夠進行高效的全身性遞送9.下列哪項技術(shù)通常被用于創(chuàng)建基因功能研究的“基因敲除”或“基因敲入”模型？A.RNA干擾（RNAi）B.表觀遺傳修飾C.基因編輯（如CRISPR-Cas9）D.轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子工程10.對于合成生物學而言，“模塊化”設(shè)計理念的核心思想是？A.盡可能減少生物組件的數(shù)量B.強調(diào)構(gòu)建具有標準接口、可互換、可預(yù)測功能的生物單元C.只關(guān)注核心代謝通路的改造D.忽略通路改造中的副作用二、簡答題（每小題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）11.簡述堿基編輯（BaseEditing）技術(shù)的基本原理及其相比傳統(tǒng)基因編輯的優(yōu)勢。12.簡要說明在利用工程微生物進行生物制造時，進行宿主細胞改造通常會考慮哪些主要方面。13.描述一種基于微流控技術(shù)的分子診斷方法及其關(guān)鍵優(yōu)勢。14.解釋什么是“重編程”（Reprogramming），并說明其在再生醫(yī)學領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。15.討論基因治療與細胞治療在治療模式、遞送方式和潛在風險方面的主要區(qū)別。三、論述題（每小題10分，共30分。請結(jié)合所學知識，深入分析和闡述下列問題。）16.闡述CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)在應(yīng)用過程中面臨的主要挑戰(zhàn)（如脫靶效應(yīng)、遞送效率、倫理問題等），并探討可能的應(yīng)對策略。17.分析合成生物學在應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)（如能源危機、糧食安全、環(huán)境污染等）方面具有的巨大潛力，并舉例說明。18.探討分子生物工程領(lǐng)域的前沿技術(shù)發(fā)展可能帶來的倫理、法律和社會問題（ELSI），并思考如何構(gòu)建有效的監(jiān)管和溝通機制。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.D2.B3.B4.C5.C6.C7.B8.A9.C10.B二、簡答題（每小題5分，共25分。）11.簡述堿基編輯（BaseEditing）技術(shù)的基本原理及其相比傳統(tǒng)基因編輯的優(yōu)勢。答案：堿基編輯利用經(jīng)改造的Cas酶（如堿基編輯器CEA或CGB），使其天然切割活性被削弱，但仍能結(jié)合指導(dǎo)RNA（gRNA）識別目標DNA位點。在此基礎(chǔ)上，Cas酶結(jié)構(gòu)域上融合了一個能催化特定堿基轉(zhuǎn)化的酶（如轉(zhuǎn)氨酶）。當Cas酶結(jié)合到目標位點后，融合的轉(zhuǎn)氨酶將一個堿基轉(zhuǎn)化為另一個指定的堿基（如C-to-T或A-to-G），而無需切割DNA雙鏈。相比傳統(tǒng)基因編輯（如CRISPR-Cas9），堿基編輯的優(yōu)勢在于：直接在DNA水平上進行堿基轉(zhuǎn)換，無需依賴DNA修復(fù)機制可能引入的額外錯誤，實現(xiàn)了“精準替換”而非“插入/刪除”，降低了脫靶效應(yīng)的風險，操作上可能更溫和。解析思路：問題要求回答堿基編輯原理和優(yōu)勢。首先必須答出其利用改造的Cas酶結(jié)合gRNA到位點，但切割活性減弱。關(guān)鍵在于答出融合了能催化特定堿基轉(zhuǎn)化的酶（轉(zhuǎn)氨酶），并說明它能將一種堿基轉(zhuǎn)化為另一種指定堿基。優(yōu)勢部分需與CRISPR-Cas9等傳統(tǒng)編輯方法（切割后依賴NHEJ/PNHEJ修復(fù)，易出錯）進行比較，突出其直接在DNA水平轉(zhuǎn)換、無需切割、脫靶風險低、更精準等核心優(yōu)點。12.簡要說明在利用工程微生物進行生物制造時，進行宿主細胞改造通常會考慮哪些主要方面。答案：在利用工程微生物進行生物制造時，進行宿主細胞改造通常會考慮以下主要方面：提高目標產(chǎn)物的合成效率或產(chǎn)量；優(yōu)化細胞能量和代謝網(wǎng)絡(luò)，為目標產(chǎn)物合成提供充足的底物和能量，并減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生；增強目標產(chǎn)物的分泌能力或耐受性（如氧化脅迫、高濃度底物）；改善細胞的生長速率和培養(yǎng)特性（如營養(yǎng)需求、對培養(yǎng)基成分的適應(yīng)性）；提高對外界環(huán)境（如溫度、pH、壓力）的耐受性；引入外源基因或調(diào)控元件，實現(xiàn)新的生物功能。解析思路：問題要求列出改造宿主細胞的方面。應(yīng)圍繞“為了更好地生產(chǎn)目標物質(zhì)”這一核心目的展開。從目標產(chǎn)物本身（提高效率、產(chǎn)量）、細胞基礎(chǔ)代謝（能量、碳源、氮源供應(yīng)，副產(chǎn)物途徑阻斷）出發(fā)，再到細胞對外界物質(zhì)的處理能力（分泌、耐受性），最后擴展到細胞的生長和生存能力（生長速率、營養(yǎng)、環(huán)境耐受性）以及引入新功能（外源基因、調(diào)控）等幾個層面。覆蓋全面且與生物制造目標直接相關(guān)。13.描述一種基于微流控技術(shù)的分子診斷方法及其關(guān)鍵優(yōu)勢。答案：一種基于微流控技術(shù)的分子診斷方法是微流控數(shù)字PCR（DigitalPCRonaChip）。其基本原理是將樣本流分割成數(shù)萬到數(shù)百萬個微反應(yīng)單元，在每個單元中只包含零個或一個目標分子。通過PCR擴增，單分子單元將擴增成“陽性”，多分子單元將擴增成“陰性”。通過統(tǒng)計陽性單元的數(shù)量，可以對起始樣本中的目標分子進行絕對定量，或者檢測極其微量的核酸變異。關(guān)鍵優(yōu)勢包括：極高的靈敏度和精度，能夠檢測稀有突變；無需標準品，可直接定量；分析速度快；樣品和試劑消耗量少，成本相對較低；易于集成，可構(gòu)建小型化、自動化診斷設(shè)備。解析思路：問題要求描述一種方法和其優(yōu)勢。首先明確方法是微流控數(shù)字PCR（dPCR）。其次要簡述其核心原理，即樣本分割、單分子擴增、統(tǒng)計陽性單元以實現(xiàn)定量的過程。最后，重點列出其相比傳統(tǒng)方法（如qPCR、比色法）的關(guān)鍵優(yōu)勢，如靈敏度、絕對定量、無需標準品、速度、消耗量、集成化等。需突出微流控技術(shù)在dPCR中實現(xiàn)這些優(yōu)勢的作用。14.解釋什么是“重編程”（Reprogramming），并說明其在再生醫(yī)學領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。答案：重編程是指將成體體細胞（如皮膚細胞）通過引入特定的轉(zhuǎn)錄因子（通常是四個Yamanaka因子：OCT4,SOX2,KLF4,c-MYC），使其基因表達模式發(fā)生根本性改變，重新回到類似于胚胎干細胞（ES細胞）的多能狀態(tài)的過程。在再生醫(yī)學領(lǐng)域，重編程技術(shù)具有巨大的潛在應(yīng)用價值：首先，可以產(chǎn)生患者自身的多能干細胞，用于治療自身退行性疾?。ㄈ缗两鹕?、糖尿?。?，避免免疫排斥；其次，可用于研究疾病發(fā)生機制和藥物篩選；此外，通過重編程產(chǎn)生的細胞可以分化為特定類型的細胞用于組織修復(fù)和替換。解析思路：問題包含兩個部分。第一部分要準確定義重編程，說明其對象（成體細胞）、方法（引入特定轉(zhuǎn)錄因子）、結(jié)果（獲得多能性，類似ES細胞）。第二部分要闡述其在再生醫(yī)學中的價值，從來源（自體來源，避免排斥）、應(yīng)用（治療退行性疾?。?、研究（機制研究、藥物篩選）和功能（組織修復(fù)）幾個方面展開。需強調(diào)其核心在于獲得多能細胞及其在自體治療和組織工程中的潛力。15.討論基因治療與細胞治療在治療模式、遞送方式和潛在風險方面的主要區(qū)別。答案：基因治療和細胞治療的主要區(qū)別在于治療載體的形式和治療作用的核心。治療模式：基因治療直接將外源基因?qū)牖颊唧w內(nèi)，通過該基因的表達產(chǎn)物（如酶、蛋白質(zhì)）來糾正基因缺陷或產(chǎn)生治療作用。細胞治療則是將經(jīng)過體外修飾或改造的細胞（如基因編輯的T細胞、干細胞）輸入患者體內(nèi)，這些細胞本身執(zhí)行治療功能（如殺傷腫瘤細胞、分化替代受損組織）。遞送方式：基因治療的遞送通常是將攜帶治療基因的載體（如病毒載體、非病毒載體）直接注入患者體內(nèi)，載體負責將基因遞送到目標細胞。細胞治療的遞送則是將準備好的細胞產(chǎn)品通過靜脈輸注或其他途徑輸送到患者體內(nèi)，細胞的遷移和歸巢至目標部位是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。潛在風險：基因治療的主要風險包括載體相關(guān)的免疫原性或毒性、基因插入位點的隨機整合可能引發(fā)的致癌風險、治療基因的脫靶表達或效應(yīng)不足、遞送效率有限等。細胞治療的主要風險則與細胞本身有關(guān)，如細胞產(chǎn)品的制備質(zhì)量和一致性、細胞在體內(nèi)的存活和功能發(fā)揮、細胞治療相關(guān)的免疫反應(yīng)（如移植物抗宿主病GVHD）、以及細胞分化控制的精確性等。解析思路：問題要求比較兩者的模式、遞送和風險。模式上要抓住核心區(qū)別：基因治療是“治基因”（加基因），細胞治療是“治細胞”（用細胞）。遞送上要對應(yīng)各自載體/細胞的形式和過程。風險上要分別列出與載體、基因整合、細胞質(zhì)量、免疫、分化等相關(guān)的特異性問題。確保每個方面的對比清晰、準確。三、論述題（每小題10分，共30分。）16.闡述CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)在應(yīng)用過程中面臨的主要挑戰(zhàn)（如脫靶效應(yīng)、遞送效率、倫理問題等），并探討可能的應(yīng)對策略。答案：CRISPR-Cas9技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括：脫靶效應(yīng)，即Cas9核酸酶在非目標位點進行切割，可能導(dǎo)致unintendedmutations，引發(fā)致癌風險或治療效果失?。贿f送效率，尤其是對于體內(nèi)應(yīng)用，將編輯系統(tǒng)（Cas9蛋白/gRNA或其復(fù)合物）有效且安全地遞送到目標組織或細胞仍然困難，特別是對于難以到達的深層組織；倫理問題，特別是對生殖細胞系的編輯可能帶來遺傳性改變，引發(fā)社會爭議，以及基因編輯用于增強非治療性性狀（如智力、體能）帶來的倫理風險；此外，還存在編輯效率有待提高、脫靶效應(yīng)的檢測和量化方法需完善、大片段DNA編輯困難等問題。應(yīng)對策略可能包括：開發(fā)更精確的Cas酶變體（如高保真Cas酶）或改進gRNA設(shè)計算法以降低脫靶率；設(shè)計和優(yōu)化各類遞送系統(tǒng)，如改進的病毒載體（如AAV）、非病毒載體（脂質(zhì)體、外泌體）以及基于生物物理方法（如電穿孔、超聲波）的遞送；建立嚴格的倫理規(guī)范和監(jiān)管框架，對基因編輯研究進行審慎評估和管理，特別是涉及人類生殖細胞系的操作；發(fā)展更靈敏、更全面的脫靶檢測技術(shù)；利用堿基編輯、引導(dǎo)編輯等更精確的編輯工具；結(jié)合合成生物學方法構(gòu)建更穩(wěn)定的基因編輯系統(tǒng)。解析思路：問題要求闡述挑戰(zhàn)并提出策略。挑戰(zhàn)部分需全面覆蓋主要方面：脫靶（原理、后果）、遞送（難點、目標組織）、倫理（生殖細胞系、增強性狀）、其他（效率、大片段編輯等）。策略部分需針對每個挑戰(zhàn)提出有針對性的解決方案，如針對脫靶的更高精度酶/算法，針對遞送的載體/物理方法優(yōu)化，針對倫理的規(guī)范/監(jiān)管，針對其他問題的工具/技術(shù)改進等。應(yīng)體現(xiàn)出對問題的深入理解和思考。17.分析合成生物學在應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)（如能源危機、糧食安全、環(huán)境污染等）方面具有的巨大潛力，并舉例說明。答案：合成生物學通過設(shè)計和改造生物系統(tǒng)（細胞、酶、代謝通路）來解決全球性挑戰(zhàn)具有巨大潛力。在能源危機方面，合成生物學可以用于工程改造微生物或藻類，使其能夠高效地將廢棄物（如纖維素、二氧化碳）或非傳統(tǒng)碳源（如甲烷）轉(zhuǎn)化為生物燃料（如乙醇、丁醇、氫氣、生物柴油），提供可持續(xù)的能源替代方案。例如，改造大腸桿菌以利用二氧化碳發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。在糧食安全方面，可以通過合成生物學增強作物對干旱、鹽堿、病蟲害的耐受性，提高產(chǎn)量和營養(yǎng)含量。例如，引入能合成特定抗逆蛋白的基因，或改造光合作用途徑以提高光能利用效率。此外，可以設(shè)計微生物作為“生物肥料”或“生物農(nóng)藥”，替代化學肥料和農(nóng)藥，減少環(huán)境污染。在環(huán)境污染治理方面，可以構(gòu)建專門的工程細菌或真菌，用于高效降解難以處理的有機污染物（如石油泄漏物、塑料），或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化為有用的化學品或能源。例如，改造假單胞菌降解聚乙烯塑料。解析思路：問題要求分析潛力和舉例。首先明確合成生物學的核心能力是“設(shè)計構(gòu)建生物系統(tǒng)”。然后分別針對能源、糧食、環(huán)境三大挑戰(zhàn)，闡述合成生物學如何通過“改造生物”來“解決問題”。每個方面要給出具體的思路（如轉(zhuǎn)化廢棄物為燃料、增強抗逆性、降解污染物）。最后，必須提供1-2個具體的、有代表性的例子來支撐論點，使回答更具說服力。18.探討分子生物工程領(lǐng)域的前沿技術(shù)發(fā)展可能帶來的倫理、法律和社會問題（ELSI），并思考如何構(gòu)建有效的監(jiān)管和溝通機制。答案：分子生物工程