2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫——基因組學(xué)在醫(yī)學(xué)診斷中的新應(yīng)用探究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述Sanger測序和二代測序（NGS）在基本原理、讀長、通量和對生物信息學(xué)分析要求方面的主要區(qū)別。2.闡述基因診斷在單基因遺傳病診斷中的基本流程，并舉例說明。3.解釋什么是液體活檢，并列舉至少兩種基于液體活檢的癌癥診斷應(yīng)用及其原理。4.宏基因組測序（MG-NGS）在感染性疾病診斷中具有哪些優(yōu)勢？它與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法相比有何不同？5.描述人工智能（AI）在基因組學(xué)數(shù)據(jù)解讀和醫(yī)學(xué)診斷決策支持中可能發(fā)揮的作用。6.什么是藥物基因組學(xué)（PGx）？簡述進(jìn)行PGx基因診斷對實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的意義。二、論述題（每題10分，共40分）1.論述基因組學(xué)技術(shù)在傳染病快速診斷與溯源中的應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合實(shí)例，分析腫瘤液體活檢技術(shù)在癌癥診斷、治療監(jiān)測和預(yù)后評估中的價值。3.探討基因編輯技術(shù)（如CRISPR）在開發(fā)新型診斷工具（如基因探針、疾病模型）方面的潛力。4.從技術(shù)、倫理、法規(guī)和社會影響等多個角度，論述基因診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略。試卷答案一、簡答題1.答案：Sanger測序基于鏈終止子法，通過合成帶有不同dideoxynucleotide（ddNTP）的鏈，產(chǎn)生一系列不同長度的片段，通過電泳分離后檢測終止子序列，讀長較短（幾百bp），通量相對較低，對生物信息學(xué)分析要求主要在于序列拼接和注釋。二代測序（NGS）基于大規(guī)模平行測序原理，一次可同時對數(shù)百萬甚至數(shù)十億條短片段DNA進(jìn)行測序，讀長相對較短（幾十至幾百bp），通量極高，數(shù)據(jù)量巨大，對生物信息學(xué)分析要求包括數(shù)據(jù)質(zhì)控、序列比對、變異檢測、組裝（對某些應(yīng)用）等復(fù)雜流程。解析思路：考察對兩種主流測序技術(shù)的核心原理、性能指標(biāo)（讀長、通量）及后續(xù)數(shù)據(jù)處理需求的掌握。需區(qū)分Sanger是終點(diǎn)測序，NGS是平行測序；強(qiáng)調(diào)NGS的核心在于“并行”帶來的高通量和大數(shù)據(jù)量，以及由此產(chǎn)生的生物信息學(xué)挑戰(zhàn)。2.答案：基因診斷在單基因遺傳病診斷中的基本流程包括：①病例收集與臨床信息獲??；②遺傳咨詢，確定致病基因或相關(guān)基因；③樣本采集（如外周血、唾液、組織等）；④DNA提取；⑤基因檢測（如PCR擴(kuò)增目標(biāo)基因片段、基因測序、基因芯片檢測、PCR-RFLP分析等）；⑥結(jié)果分析（序列比對、變異判斷）；⑦遺傳信息解讀與臨床報告。例如，診斷地中海貧血，需檢測α-或β-珠蛋白基因的特定突變（如點(diǎn)突變、缺失），判斷是否存在致病突變。解析思路：考察對基因診斷標(biāo)準(zhǔn)流程的熟悉程度，從臨床到實(shí)驗(yàn)室再到結(jié)果解讀的各個環(huán)節(jié)。要求學(xué)生能清晰描述流程，并能結(jié)合具體疾病實(shí)例說明檢測目標(biāo)。3.答案：液體活檢是指通過檢測血液、尿液、唾液等體液樣本中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）、游離DNA（ctDNA）、循環(huán)RNA（ctRNA）、外泌體等生物標(biāo)志物來診斷、監(jiān)測疾病的方法?；谝后w活檢的癌癥診斷應(yīng)用包括：①ctDNA檢測：通過PCR、NGS等技術(shù)檢測血液中腫瘤特異性或胚系突變基因，用于癌癥的早期篩查、診斷、復(fù)發(fā)監(jiān)測和療效評估（如液體活檢指導(dǎo)PARP抑制劑使用）。原理是捕獲或檢測腫瘤細(xì)胞釋放到血液中的DNA片段。②CTC檢測：通過免疫磁珠分選、熒光激活細(xì)胞分選（FACS）等技術(shù)捕獲血液中的腫瘤細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察、分子檢測（如EGFR突變），用于預(yù)后判斷和轉(zhuǎn)移風(fēng)險評估。解析思路：考察對液體活檢概念、主要檢測對象（ctDNA、CTC等）及其在癌癥診斷中具體應(yīng)用的理解。需明確指出至少兩種不同類型的液體活檢及其作用，并簡述其基本原理。4.答案：宏基因組測序（MG-NGS）在感染性疾病診斷中的優(yōu)勢包括：①能同時檢測樣本中所有存在的微生物（包括已知和未知/培養(yǎng)陰性微生物）；②靈敏度高，可檢測到低豐度的病原體；③可提供病原體的基因組信息，有助于分型、溯源和監(jiān)測耐藥性。與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法相比，MG-NGS無需依賴微生物的培養(yǎng)，可以檢測培養(yǎng)條件要求苛刻或無法培養(yǎng)的微生物，提供更全面、更快速（尤其在某些情況下）的病原體信息。解析思路：考察對宏基因組測序技術(shù)的核心優(yōu)勢及其在感染診斷中相對于傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的優(yōu)勢的理解。重點(diǎn)突出其“廣譜”、“快速”、“檢測未知”的特點(diǎn)。5.答案：人工智能（AI）在基因組學(xué)數(shù)據(jù)解讀和醫(yī)學(xué)診斷決策支持中的作用主要體現(xiàn)在：①基因組數(shù)據(jù)大規(guī)模分析：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動進(jìn)行序列比對、變異檢測、基因注釋、遺傳模式分析等，提高效率和準(zhǔn)確性；②演變預(yù)測與風(fēng)險評估：基于大量基因組數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)，建立模型預(yù)測個體發(fā)生特定疾病（如癌癥）的風(fēng)險或?qū)δ撤N治療的反應(yīng)；③診斷輔助：開發(fā)AI系統(tǒng)輔助醫(yī)生解讀復(fù)雜的基因組變異，區(qū)分良性、良性致病變和致病突變，為臨床診斷提供決策支持。解析思路：考察對AI技術(shù)在基因組學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景的認(rèn)識。要求學(xué)生能結(jié)合AI能力（模式識別、預(yù)測、自動化）來闡述其在數(shù)據(jù)處理、風(fēng)險預(yù)測和輔助診斷方面的具體應(yīng)用。6.答案：藥物基因組學(xué)（PGx）是研究遺傳變異如何影響個體對藥物的反應(yīng)（藥物代謝、作用、副作用）的學(xué)科。進(jìn)行PGx基因診斷的意義在于：①實(shí)現(xiàn)個體化用藥：根據(jù)個體遺傳背景選擇最合適的藥物和劑量，提高療效，降低毒副作用風(fēng)險；②預(yù)測藥物不良反應(yīng)：識別對特定藥物易產(chǎn)生不良反應(yīng)的遺傳風(fēng)險人群，避免使用或調(diào)整用藥方案（如華法林劑量調(diào)整、苯妥英鈉用藥監(jiān)護(hù)）；③指導(dǎo)腫瘤靶向治療和免疫治療：檢測腫瘤相關(guān)基因突變或免疫相關(guān)基因型，為選擇有效的靶向藥物或免疫檢查點(diǎn)抑制劑提供依據(jù)。最終目標(biāo)是通過基因組學(xué)信息優(yōu)化用藥方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。解析思路：考察對PGx基本概念及其在精準(zhǔn)醫(yī)療中核心意義的理解。要求學(xué)生能解釋PGx是什么，并清晰闡述其在個體化用藥、預(yù)測不良反應(yīng)、指導(dǎo)特定疾病治療等方面的具體價值和最終目的。二、論述題1.答案：基因組學(xué)技術(shù)在傳染病快速診斷與溯源中的應(yīng)用前景廣闊。前景：①快速病原體鑒定：通過測序直接讀取病原體基因組序列，可在數(shù)小時內(nèi)快速鑒定未知或已知病原體，優(yōu)于傳統(tǒng)培養(yǎng)方法。②抗原譜分析：分析病毒基因組變異，預(yù)測其傳播能力、致病性和免疫逃逸能力。③污染源追蹤與溯源：通過比較不同時間、地點(diǎn)樣本的基因組序列差異，構(gòu)建傳播樹，精準(zhǔn)追蹤傳染源和傳播路徑，為疫情防控提供科學(xué)依據(jù)。挑戰(zhàn)：①技術(shù)門檻與成本：高質(zhì)量的測序和生物信息分析需要專業(yè)人員和設(shè)備，成本相對較高。②數(shù)據(jù)解讀復(fù)雜性：海量基因組數(shù)據(jù)的分析、解讀和共享需要強(qiáng)大的生物信息學(xué)能力和全球協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。③樣本質(zhì)量和數(shù)量：需要標(biāo)準(zhǔn)化樣本采集和制備流程，確保檢測結(jié)果的可靠性。④基因組數(shù)據(jù)共享的倫理與法規(guī)問題。解析思路：考察對基因組學(xué)技術(shù)在傳染病防控中兩大核心應(yīng)用（鑒定溯源）的理解深度和廣度。要求學(xué)生不僅能闡述應(yīng)用方式，還能看到其光明前景，并辯證地分析面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)，如技術(shù)、成本、數(shù)據(jù)解讀、樣本及倫理法規(guī)等方面。2.答案：腫瘤液體活檢技術(shù)在癌癥診斷、治療監(jiān)測和預(yù)后評估中具有重要價值。診斷價值：①早期篩查：在腫瘤負(fù)荷較小時，ctDNA等標(biāo)志物可能比影像學(xué)更早出現(xiàn)，有望用于高危人群的早期篩查。②初診分期與分類：檢測ctDNA或CTC可輔助判斷腫瘤來源、分期和分子分型，為制定治療方案提供依據(jù)。治療監(jiān)測價值：①藥物療效評估：治療過程中持續(xù)監(jiān)測ctDNA水平的變化（“液體活檢動力學(xué)”），可用于評估治療反應(yīng)，預(yù)測療效。ctDNA水平下降提示治療有效，快速升高則提示耐藥或復(fù)發(fā)。②耐藥機(jī)制檢測：對ctDNA進(jìn)行測序，可及時發(fā)現(xiàn)腫瘤產(chǎn)生的耐藥突變，指導(dǎo)臨床調(diào)整治療方案。預(yù)后評估價值：①預(yù)測復(fù)發(fā)風(fēng)險：ctDNA水平、CTC數(shù)量或其分子特征（如表達(dá)譜）可作為預(yù)測腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移的獨(dú)立生物標(biāo)志物。②生存期預(yù)測：某些液體活檢標(biāo)志物的表達(dá)水平與患者生存期相關(guān)。總之，液體活檢提供了一種非侵入性、可重復(fù)性好、實(shí)時動態(tài)監(jiān)測腫瘤狀態(tài)的方法，正在改變癌癥的診療模式。解析思路：考察對腫瘤液體活檢在三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)（診斷、監(jiān)測、預(yù)后）價值的綜合理解和論述能力。要求學(xué)生能分別闡述其在每個環(huán)節(jié)的具體作用、原理和臨床意義，并能認(rèn)識到其作為非侵入性監(jiān)測手段的優(yōu)勢。3.答案：基因編輯技術(shù)（如CRISPR-Cas9）在開發(fā)新型診斷工具方面展現(xiàn)出巨大潛力。潛力應(yīng)用：①開發(fā)高靈敏度、特異性的基因探針：利用CRISPR系統(tǒng)（如Cas12a/CRISPR-Cas12b）的序列特異性識別能力，設(shè)計能靶向檢測特定DNA序列的探針，用于疾病的早期診斷或病原體檢測，可能超越現(xiàn)有PCR技術(shù)的靈敏度。②建立疾病診斷模型：利用基因編輯技術(shù)（如CRISPR-Cas9）在模式生物（如小鼠、細(xì)胞系）或患者來源細(xì)胞中精確引入疾病相關(guān)基因突變，構(gòu)建精準(zhǔn)的體外或體內(nèi)疾病模型，用于研究疾病發(fā)病機(jī)制、藥物篩選和診斷方法驗(yàn)證。③開發(fā)新型診斷設(shè)備：將CRISPR技術(shù)集成到微流控芯片等小型化設(shè)備中，開發(fā)便攜式、快速的即時診斷（POCT）設(shè)備，用于現(xiàn)場疾病檢測。④修飾診斷細(xì)胞：利用基因編輯技術(shù)修飾診斷細(xì)胞（如免疫細(xì)胞、干細(xì)胞），提高其診斷功能或體內(nèi)遞送能力。挑戰(zhàn)：①編輯效率和脫靶效應(yīng)的優(yōu)化：需要進(jìn)一步提高編輯效率，同時降低脫靶突變的風(fēng)險，尤其是在應(yīng)用于臨床診斷工具時。②成本和操作簡化：將CRISPR技術(shù)應(yīng)用于診斷需要進(jìn)一步降低成本，簡化操作流程，使其易于在非專業(yè)實(shí)驗(yàn)室推廣。解析思路：考察對前沿基因編輯技術(shù)潛在應(yīng)用領(lǐng)域的想象力。要求學(xué)生能結(jié)合CRISPR技術(shù)的特點(diǎn)（精準(zhǔn)性、可設(shè)計性），構(gòu)思其在探針開發(fā)、模型建立、設(shè)備制造、細(xì)胞修飾等不同層面的診斷應(yīng)用，并能認(rèn)識到其面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)。4.答案：基因診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用面臨多重挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略。挑戰(zhàn)：①技術(shù)挑戰(zhàn)：檢測技術(shù)的靈敏度、特異性和通量仍需提高；復(fù)雜疾病的多基因遺傳背景增加了診斷難度；需要開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化操作流程（SOP）和質(zhì)控體系。②倫理挑戰(zhàn)：基因信息的隱私泄露風(fēng)險；診斷結(jié)果可能帶來的歧視（就業(yè)、保險等）；對遺傳負(fù)面的心理壓力；對“設(shè)計嬰兒”的擔(dān)憂；基因編輯技術(shù)的倫理邊界（尤其是germline編輯）。③法規(guī)挑戰(zhàn)：基因診斷產(chǎn)品的審批和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)尚不完善；不同國家和地區(qū)的法規(guī)存在差異。④社會影響挑戰(zhàn)：公眾對基因診斷技術(shù)的認(rèn)知和接受程度；醫(yī)療資源分配不均可能導(dǎo)致新的健康不平等；基因檢測結(jié)果如何有效傳達(dá)給患者和家屬。應(yīng)對策略：①加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化：持續(xù)投入研發(fā)，提高技術(shù)性能，建立完善的標(biāo)準(zhǔn)化流程和質(zhì)控體系。②建立健全倫理規(guī)范和法律框架：制定明確的基因信息隱私保護(hù)政策；禁止基于基因信息的歧視；提供遺傳咨詢，幫助個體理解和應(yīng)對檢測結(jié)果；嚴(yán)格規(guī)范基因編輯技術(shù)的應(yīng)用，特別是