2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫——基因工程技術(shù)在生物武器防護(hù)中的作用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.基因探針2.PCR技術(shù)3.基因編輯4.生物毒素基因工程改造5.生物安全等級(jí)實(shí)驗(yàn)室二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述PCR技術(shù)在生物武器快速檢測(cè)中的基本原理及其優(yōu)勢(shì)。2.闡述利用基因工程技術(shù)構(gòu)建基因疫苗進(jìn)行生物武器防護(hù)的原理。3.列舉至少三種基因技術(shù)在生物武器溯源分析中的應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述基因探針在檢測(cè)生物武器相關(guān)病原體核酸時(shí)的基本步驟。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述基因編輯技術(shù)在開發(fā)新型生物武器探測(cè)設(shè)備（如生物傳感器）方面的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述基因工程技術(shù)在提升傳統(tǒng)生物武器防御劑（如疫苗、抗毒劑）效能方面的作用。3.分析將基因工程技術(shù)應(yīng)用于生物武器防御可能帶來的倫理和安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。四、分析題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一種新型的、未知的細(xì)菌性生物武器被懷疑使用，請(qǐng)分析如何綜合運(yùn)用多種基因工程技術(shù)手段進(jìn)行快速識(shí)別、確證和溯源。2.闡述利用基因工程技術(shù)改造微生物（如植物、昆蟲）作為生物武器早期預(yù)警系統(tǒng)的基本思路及其關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。試卷答案一、名詞解釋1.基因探針：一段標(biāo)記了標(biāo)記物的、與目標(biāo)核酸序列（如病毒核酸、細(xì)菌核酸）互補(bǔ)的核酸片段（DNA或RNA），用于通過雜交反應(yīng)檢測(cè)樣本中是否存在特定的核酸序列。**解析思路：*考察對(duì)基因探針基本定義和原理的理解。關(guān)鍵點(diǎn)在于其特異性（與目標(biāo)序列互補(bǔ)）和可檢測(cè)性（標(biāo)記物）。2.PCR技術(shù)：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一種在體外快速、特異性地?cái)U(kuò)增特定DNA片段的技術(shù)。通過模擬DNA復(fù)制過程（變性、退火、延伸），使目標(biāo)DNA片段呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)增。**解析思路：*考察對(duì)PCR技術(shù)核心概念（原理、目的、特點(diǎn)）的掌握。需說明其能特異性擴(kuò)增DNA片段，并簡(jiǎn)述其基本過程。3.基因編輯：利用特定的分子工具（如CRISPR-Cas9系統(tǒng)）在基因組DNA的特定位點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)修飾（如插入、刪除、替換）的技術(shù)。**解析思路：*考察對(duì)基因編輯（特別是現(xiàn)代基因編輯）核心概念的理解。關(guān)鍵點(diǎn)在于其“精準(zhǔn)性”和在基因組“定點(diǎn)”進(jìn)行修飾的能力。4.生物毒素基因工程改造：利用基因工程技術(shù)對(duì)生物毒素的基因進(jìn)行操作，以改變其理化性質(zhì)（如毒性、穩(wěn)定性）、免疫原性或生物活性，可能用于增強(qiáng)其作為生物武器的效能或降低其生產(chǎn)成本。**解析思路：*考察對(duì)生物毒素基因工程改造概念的理解，包括其目的（改變性質(zhì)或活性）和手段（基因工程操作）。5.生物安全等級(jí)實(shí)驗(yàn)室：根據(jù)所操作病原微生物的危險(xiǎn)程度和實(shí)驗(yàn)操作的性質(zhì)，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（如BSL-1至BSL-4）建造和運(yùn)行的、具有不同生物安全防護(hù)級(jí)別的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。**解析思路：*考察對(duì)生物安全實(shí)驗(yàn)室基本概念和分級(jí)體系的理解。關(guān)鍵點(diǎn)在于其分級(jí)依據(jù)（病原體危險(xiǎn)程度、操作性質(zhì)）和目的（防護(hù)）。二、簡(jiǎn)答題1.PCR技術(shù)在生物武器快速檢測(cè)中的基本原理及其優(yōu)勢(shì)。*原理：PCR通過高溫變性使DNA雙鏈解開，低溫退火使特異性引物與目標(biāo)DNA片段結(jié)合，適溫延伸由DNA聚合酶合成新的DNA鏈，循環(huán)進(jìn)行上述步驟，使目標(biāo)DNA片段呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)增。*優(yōu)勢(shì)：特異性強(qiáng)（由引物決定）、靈敏度高（可檢測(cè)極微量的目標(biāo)核酸）、速度快（可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成）、操作相對(duì)簡(jiǎn)便、成本較低。**解析思路：*要求分別闡述PCR的擴(kuò)增原理和其在檢測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)。原理部分需簡(jiǎn)述三個(gè)基本步驟。優(yōu)勢(shì)部分需列舉并解釋至少三點(diǎn)（特異性、靈敏度、速度）。2.闡述利用基因工程技術(shù)構(gòu)建基因疫苗進(jìn)行生物武器防護(hù)的原理。*原理：基因疫苗是指將編碼生物武器相關(guān)病原體抗原蛋白的基因片段（DNA或RNA）構(gòu)建成重組質(zhì)粒、病毒載體等，直接接種到宿主（通常是動(dòng)物或人）體內(nèi)。宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)會(huì)表達(dá)這些外源抗原基因，產(chǎn)生相應(yīng)的抗原蛋白，激發(fā)機(jī)體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對(duì)該病原體的特異性免疫應(yīng)答（包括體液免疫和細(xì)胞免疫），從而獲得對(duì)該病原體的保護(hù)性免疫力。**解析思路：*考察對(duì)基因疫苗定義、組成和作用機(jī)制的理解。關(guān)鍵點(diǎn)在于其“基因”而非“蛋白”的遞送方式，以及通過“表達(dá)抗原”來“激發(fā)免疫應(yīng)答”的原理。3.列舉至少三種基因技術(shù)在生物武器溯源分析中的應(yīng)用。*基因測(cè)序（特別是高通量測(cè)序）：分析生物武器樣本的基因組序列，與已知病原體數(shù)據(jù)庫或自然流行株進(jìn)行比較，尋找獨(dú)特的遺傳標(biāo)記，從而追蹤樣本的來源、傳播路徑或可能的生產(chǎn)批次。*基因分型/指紋圖譜分析：利用限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）、脈沖場(chǎng)凝膠電泳（PFGE）、多態(tài)性序列標(biāo)記（MSAT）等技術(shù)，對(duì)生物武器樣本進(jìn)行遺傳分型，建立指紋圖譜庫，通過比對(duì)不同樣本的指紋進(jìn)行溯源。*基因條形碼/標(biāo)識(shí)符技術(shù)：利用基因工程手段向病原體基因組中插入獨(dú)特的、可識(shí)別的標(biāo)記基因序列，如同給病原體“打上條形碼”，通過檢測(cè)這些標(biāo)記物來追蹤病原體的來源或傳播范圍。**解析思路：*要求列舉并簡(jiǎn)要說明至少三種利用基因技術(shù)進(jìn)行溯源的方法。考察對(duì)測(cè)序、分型、標(biāo)識(shí)符等技術(shù)在溯源中具體應(yīng)用的了解。4.簡(jiǎn)述基因探針在檢測(cè)生物武器相關(guān)病原體核酸時(shí)的基本步驟。*步驟：①制備待檢測(cè)樣本（如病人血液、環(huán)境樣品）的核酸提取物；②將標(biāo)記了示蹤物質(zhì)的基因探針加入樣本核酸中；③通過變性使基因探針與樣本中的目標(biāo)核酸序列（如果存在）退火形成雜交復(fù)合物；④通過特定的方法（如洗脫去除未雜交探針、顯色反應(yīng)、放射性檢測(cè)等）檢測(cè)雜交信號(hào)；⑤根據(jù)是否出現(xiàn)雜交信號(hào)判斷樣本中是否存在目標(biāo)病原體的核酸。**解析思路：*考察對(duì)基因探針檢測(cè)核酸的基本流程的掌握。關(guān)鍵步驟包括樣本處理、探針雜交、信號(hào)檢測(cè)。需說明其基于核酸雜交的原理。三、論述題1.論述基因編輯技術(shù)在開發(fā)新型生物武器探測(cè)設(shè)備（如生物傳感器）方面的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。*潛力：①提高特異性：利用基因編輯精準(zhǔn)改造傳感器的識(shí)別單元（如受體蛋白、核酸適配體），使其能夠高度特異性地識(shí)別生物武器相關(guān)分子（如毒素、病原體表面蛋白或核酸）；②增強(qiáng)靈敏度：通過編輯優(yōu)化傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路或結(jié)合信號(hào)放大技術(shù)，提高檢測(cè)極限；③多功能集成：將基因編輯與合成生物學(xué)結(jié)合，構(gòu)建能夠同時(shí)檢測(cè)多種生物威脅或具有復(fù)雜邏輯判斷功能的智能傳感器；④快速響應(yīng)：設(shè)計(jì)可在現(xiàn)場(chǎng)快速啟動(dòng)并產(chǎn)生可讀信號(hào)的基因編輯傳感器系統(tǒng)。*挑戰(zhàn)：①技術(shù)成熟度：基因編輯工具（尤其CRISPR系統(tǒng)）在體外或活體環(huán)境中的精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性和效率仍需提升，以適應(yīng)傳感器的長期穩(wěn)定運(yùn)行；②生物相容性與穩(wěn)定性：傳感器元件在生物或復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性和長期工作能力是關(guān)鍵挑戰(zhàn)；③成本與規(guī)?；a(chǎn)：將基因編輯技術(shù)應(yīng)用于傳感器的大規(guī)模、低成本制造仍面臨困難；④生物安全風(fēng)險(xiǎn)：用于傳感器的基因編輯元件本身可能存在逃逸或被濫用的風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行嚴(yán)格的安全評(píng)估和控制；⑤環(huán)境兼容性：傳感器使用后可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響需考慮。**解析思路：*要求全面論述基因編輯在生物傳感器開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)（提高特異、靈敏度、多功能性、快速性）和不足（技術(shù)局限、穩(wěn)定性、成本、生物安全、環(huán)境）。需結(jié)合基因編輯和傳感器的特點(diǎn)進(jìn)行深入分析。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述基因工程技術(shù)在提升傳統(tǒng)生物武器防御劑（如疫苗、抗毒劑）效能方面的作用。*基因工程在提升疫苗效能方面的作用：①開發(fā)新型疫苗：利用基因重組技術(shù)制備亞單位疫苗、重組蛋白疫苗；利用基因編輯技術(shù)改造病原體使其失去毒力但保留免疫原性，制備減毒活疫苗；利用基因合成技術(shù)人工合成病原體關(guān)鍵抗原基因，制備合成疫苗；利用mRNA技術(shù)快速合成表達(dá)疫苗，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。例如，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的乙型肝炎疫苗、HPV疫苗，以及正在研發(fā)的mRNA新冠疫苗模型。②增強(qiáng)疫苗效力：通過基因編輯優(yōu)化病原體抗原基因，提高其免疫原性；通過基因融合或改造，產(chǎn)生多表位抗原，誘導(dǎo)廣譜免疫；利用基因工程表達(dá)佐劑蛋白或信號(hào)分子，增強(qiáng)免疫應(yīng)答。③實(shí)現(xiàn)個(gè)性化/精準(zhǔn)疫苗：根據(jù)個(gè)體基因信息或病原體變異，定制個(gè)性化的疫苗成分。*基因工程在提升抗毒劑效能方面的作用：①生產(chǎn)高純度抗毒素：利用基因工程大規(guī)模生產(chǎn)高純度的單克隆抗體或多克隆抗體作為抗毒劑，其特異性強(qiáng)、純度高、供應(yīng)量大。例如，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的肉毒桿菌抗毒素、蓖麻毒素抗毒素。②改造抗毒劑作用靶點(diǎn)：通過基因編輯改造病原體或毒素的靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)，提高現(xiàn)有抗毒劑的結(jié)合親和力或阻止其作用。③研發(fā)新型抗毒劑：基于對(duì)毒素作用機(jī)制的基因?qū)用胬斫?，設(shè)計(jì)并篩選具有全新作用機(jī)制的基因工程抗毒劑。**解析思路：*要求結(jié)合疫苗和抗毒劑的具體實(shí)例，論述基因工程如何從不同角度（新疫苗類型、增強(qiáng)效力、個(gè)性化、高純度抗毒劑、新型抗毒劑）提升傳統(tǒng)防御劑的效能。需體現(xiàn)基因工程的改造、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)能力。3.分析將基因工程技術(shù)應(yīng)用于生物武器防御可能帶來的倫理和安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。*倫理風(fēng)險(xiǎn)：①增強(qiáng)生物武器威脅：基因技術(shù)可能被用于設(shè)計(jì)和制造新型、更危險(xiǎn)或難以防御的生物武器，或增強(qiáng)現(xiàn)有武器的效能，加劇生物安全風(fēng)險(xiǎn)。②歧視與偏見：針對(duì)特定人群的基因編輯或基因歧視可能引發(fā)社會(huì)倫理問題。③生命倫理邊界模糊：對(duì)病原體甚至人類自身的基因編輯可能觸及生命倫理的敏感區(qū)域。*安全風(fēng)險(xiǎn)：①技術(shù)濫用：生物技術(shù)知識(shí)和工具可能被非國家行為體或恐怖組織獲取和濫用，用于惡意目的。②意外泄漏：在研發(fā)、生產(chǎn)或使用過程中，基因工程改造的病原體或毒素可能意外泄漏，造成生物安全事故。③環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：基因工程生物（如用于監(jiān)測(cè)的改造生物）可能逃逸到環(huán)境中，影響生態(tài)系統(tǒng)平衡或產(chǎn)生未知風(fēng)險(xiǎn)。*應(yīng)對(duì)策略：①加強(qiáng)國際治理與合作：制定和完善關(guān)于生物武器防范、基因技術(shù)擴(kuò)散的國際公約和規(guī)范，加強(qiáng)信息共享和聯(lián)合監(jiān)管。②提升技術(shù)防護(hù)能力：研發(fā)更安全、更易于追蹤的基因工程技術(shù)，建立嚴(yán)格的生物安全實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入和管理制度。③加強(qiáng)監(jiān)管與執(zhí)法：建立國家層面的生物安全監(jiān)管體系，對(duì)基因技術(shù)的研發(fā)、轉(zhuǎn)讓、應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格審批和監(jiān)控。④提高公眾意識(shí)與教育：加強(qiáng)對(duì)公眾、科研人員和相關(guān)從業(yè)者的生物安全、倫理法規(guī)教育，提升風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)。⑤建立健全應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制：制定針對(duì)基因技術(shù)相關(guān)生物安全事件的應(yīng)急預(yù)案和處置流程。**解析思路：*要求辯證分析基因技術(shù)在生物武器防御應(yīng)用中的雙重風(fēng)險(xiǎn)（倫理和安全），并針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)提出具體、可行的應(yīng)對(duì)措施。需覆蓋技術(shù)、法規(guī)、國際合作、公眾教育等多個(gè)層面。四、分析題1.假設(shè)一種新型的、未知的細(xì)菌性生物武器被懷疑使用，請(qǐng)分析如何綜合運(yùn)用多種基因工程技術(shù)手段進(jìn)行快速識(shí)別、確證和溯源。*快速識(shí)別：①利用高通量測(cè)序技術(shù)（如鳥槍法測(cè)序或目標(biāo)區(qū)域測(cè)序）快速獲取樣本的基因組草圖或關(guān)鍵基因序列。②將測(cè)序獲得的序列與公共數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，初步判斷可能屬于何種細(xì)菌或相關(guān)屬/種。③利用PCR技術(shù)或數(shù)字PCR技術(shù)，針對(duì)已知的細(xì)菌通用標(biāo)記基因（如16SrRNA基因）或特定毒力基因進(jìn)行快速檢測(cè)，確認(rèn)是否為細(xì)菌感染。④若需更特異性識(shí)別，可設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物或利用基因編輯工具快速合成基因探針，靶向檢測(cè)樣本中的未知細(xì)菌特異性基因。*確證：①對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行更精細(xì)的分析，包括系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建、核心基因組SNP分析等，以確定該未知細(xì)菌的確切物種或變異株。②利用基因編輯技術(shù)（如CRISPR-Cas系統(tǒng)）開發(fā)特異性基因編輯檢測(cè)方法（如檢測(cè)特定基因的插入/缺失或多態(tài)性），對(duì)樣本進(jìn)行確認(rèn)。③結(jié)合生化特性快速檢測(cè)（如果條件允許且時(shí)間緊迫）。*溯源：①對(duì)樣本進(jìn)行全基因組測(cè)序，獲取高分辨率遺傳指紋。②將樣本基因組指紋與已知菌株數(shù)據(jù)庫（包括實(shí)驗(yàn)室菌株、環(huán)境菌株、臨床菌株）進(jìn)行比對(duì)，尋找匹配或高度近緣的菌株，推斷可能的來源。③利用高通量基因分型技術(shù)（如MLST、WGS-basedtyping）對(duì)樣本和可能的來源菌株進(jìn)行分型，比較群體結(jié)構(gòu)差異，分析傳播路徑和進(jìn)化關(guān)系。④如果樣本中存在基因工程修飾痕跡（如非自然的基因插入、標(biāo)記基因殘留），可通過基因編輯技術(shù)或測(cè)序分析鑒定這些修飾，追溯其可能的改造源頭。**解析思路：*要求展現(xiàn)一種系統(tǒng)性的思維方法，將多種基因工程技術(shù)（測(cè)序、PCR、基因編輯、合成生物學(xué)工具）按照識(shí)別、確證、溯源的邏輯順序，應(yīng)用于解決一個(gè)具體問題（未知細(xì)菌武器的檢測(cè)與追蹤）。需體現(xiàn)技術(shù)的互補(bǔ)性和應(yīng)用策略的層次性。2.闡述利用基因工程技術(shù)改造微生物（如植物、昆蟲）作為生物武器早期預(yù)警系統(tǒng)的基本思路及其關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。*基本思路：利用基因工程技術(shù)，使特定的微生物（如植物、昆蟲）能夠感知環(huán)境中特定的生物武器相關(guān)分子（如病原體核酸、毒素、蛋白質(zhì)），并在感知到威脅時(shí)產(chǎn)生可被快速監(jiān)測(cè)到的信號(hào)（如顏色變化、熒光信號(hào)、氣味釋放、行為改變等），從而實(shí)現(xiàn)生物武器的早期預(yù)警。*關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：①感知元件的構(gòu)建：利用基因工程將能夠特異性識(shí)別生物武器相關(guān)分子的元件（如針對(duì)特定病原體核酸的基因探針/核酸適配體、針對(duì)特定毒素的抗體基因、針對(duì)