
資料1: 冠狀病毒的刺突蛋白(S蛋白)是膜蛋白中的主要抗原,是決定病毒毒力的關(guān)鍵因素。2019-nCV依靠囊膜上的刺突蛋白(S蛋白)以人類細胞膜上的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)作為侵入的受體。ACE2蛋白廣泛分布在人體內(nèi)皮細胞膜上,因此2019-nCV可以入侵肺泡細胞、腎細胞、生殖道細胞等內(nèi)皮細胞。雖然入侵的細胞廣泛,但是嚴重的炎癥反應(yīng)主要出現(xiàn)在肺部,故引發(fā)新冠肺炎。
一.新冠病毒及其檢測、預(yù)防
1.新冠病毒(RNA病毒)的組成特點
資料2:①病毒S蛋白和宿主細胞膜上的ACE2“接頭”,細胞胞吞病毒,病毒進細胞;②溶酶體溶解囊膜和結(jié)構(gòu)蛋白;③病毒借此將RNA釋放,利用宿主細胞的核糖體翻譯病毒早期蛋白;④病毒利用RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶大量復(fù)制病毒的遺傳物質(zhì);⑤大量翻譯結(jié)構(gòu)蛋白;⑥在高爾基體將病毒的遺傳物質(zhì)和結(jié)構(gòu)蛋白組裝成新的病毒;⑦新病毒通過胞吐釋放出去。
2.新冠病毒的侵染過程
【思考1】新冠病毒通過什么方式進出細胞?為什么?體現(xiàn)了細胞膜的什么特點?【思考2】分析其與T2噬菌體侵染大腸桿菌過程有何異同?用圖示表示出新冠病毒的遺傳信息流動過程。
胞吞、胞吐;新冠病毒外有包膜;細胞膜的流動性。
噬菌體:吸附→侵入→合成→組裝→釋放。新冠病毒:吸附→侵入→脫殼→合成→組裝→釋放。
【思考3】新冠病毒在宿主細胞內(nèi)的增殖過程如圖所示,a~e表示相應(yīng)的生理過程。結(jié)合圖片思考:(1)新冠病毒的遺傳物質(zhì)是什么? RNA(+)(2)圖中哪些過程表示復(fù)制遺傳物質(zhì)? a、c(3)圖中哪些過程表示合成蛋白質(zhì)? b、e
資料3:新型冠狀病毒侵入正常人體后會引起機體發(fā)熱,發(fā)熱過程分為體溫上升期、高溫持續(xù)期和體溫下降期。下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞預(yù)設(shè)的一個溫度值,正常生理狀態(tài)下為37 ℃。
3.新冠病毒引發(fā)的癥狀機理
圖為體溫上升期機體體溫調(diào)節(jié)過程示意圖
【思考4】新冠病毒導(dǎo)致發(fā)熱的原因是什么?發(fā)熱原因:病毒刺激機體細胞產(chǎn)生的致熱性淋巴因子作用于下丘腦,導(dǎo)致體溫調(diào)定點上調(diào)至38.5 ℃,機體隨即增加產(chǎn)熱、減少散熱,從而使體溫升高導(dǎo)致發(fā)熱。【思考5】體溫上升期的調(diào)節(jié)方式有哪些?體溫上升期、高溫持續(xù)期散熱量是否等于產(chǎn)熱量?為什么?神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)。體溫上升期:產(chǎn)熱量>散熱量;高溫持續(xù)期:產(chǎn)熱量=散熱量,因為高溫持續(xù)期的體溫保持恒定不變。
【思考6】高溫持續(xù)期人體有時會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象,機體如何重吸收水分?人體脫水導(dǎo)致滲透壓升高,由下丘腦合成、分泌,垂體釋放的抗利尿激素增加,促進腎小管和集合管對水的重吸收。
資料4:研究表明新冠病毒可以攻擊人體肺泡細胞引發(fā)肺炎,重癥患者會出現(xiàn)呼吸困難、低氧血癥、酸中毒等癥狀,表現(xiàn)出呼吸急促;并檢測到肺組織間隙和肺泡滲出液中有蛋白質(zhì)、紅細胞等成分從而導(dǎo)致肺水腫?!舅伎?】請推測重癥患者出現(xiàn)呼吸急促、肺水腫的原因。呼吸急促原因:新冠病毒攻擊人體肺泡細胞,導(dǎo)致肺組織受損,體內(nèi)血氧量減少,CO2未能及時排出導(dǎo)致濃度增加,呼吸中樞活動加強,從而引起呼吸急促。肺水腫原因:因為炎癥導(dǎo)致肺泡細胞膜的通透性加大,肺泡內(nèi)的蛋白質(zhì)、紅細胞等成分進入組織間隙,導(dǎo)致組織液的滲透壓升高,肺部組織液增加,出現(xiàn)肺水腫。
(1)檢測患者因新冠病毒而產(chǎn)生的特異蛋白質(zhì) 新型冠狀病毒IgM抗體快速檢測試劑盒,該試劑盒采用間接法檢測人新型冠狀病毒IgM抗體,僅需采取一滴血就有望在15分鐘內(nèi)肉眼觀察獲得檢測結(jié)果,且患者的血漿稀釋500至1000倍后,仍能檢測出陽性條帶。其實質(zhì)為利用抗原—抗體雜交技術(shù),但是無論如何,現(xiàn)在抗體檢測還不能完全替代核酸檢測。
(2)檢測新冠病毒的核酸新型冠狀病毒是一種僅含有RNA的病毒,病毒中特異性RNA序列是區(qū)分該病毒與其他病原體的標志物。檢測原理:核酸檢測盒包括:逆轉(zhuǎn)錄酶試劑、病毒核酸標準試劑、熱穩(wěn)定DNA聚合酶、引物序列、特異性的熒光DNA探針(帶熒光的一段特異性的新冠病毒的核酸序列,這個是最關(guān)鍵的,如果特異性不強或者是病毒在這一段發(fā)生變異,則很可能會判定為陰性,影響結(jié)果)等。目前采用RT-PCR技術(shù)(逆轉(zhuǎn)錄熒光PCR技術(shù))。
檢測原理:目前采用RT-PCR技術(shù)(逆轉(zhuǎn)錄熒光PCR技術(shù))。 ①先從樣本中提取RNA,RNA中可能有新冠病毒的RNA,同時也存在很多采樣患者的組織和存在于采樣部位的微生物的RNA。 ②先通過逆轉(zhuǎn)錄酶將樣本的RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。因為新冠病毒中的核酸為RNA,而RNA極易降解,為了防止我們檢測的物質(zhì)在檢測過程中降解,我們把它轉(zhuǎn)換為更穩(wěn)定的DNA。 ③檢測擴增出的PCR產(chǎn)物,即DNA片段。我們擴增的病毒DNA片段能夠發(fā)出熒光而被儀器檢測到。這些擴增出的供我們檢測的產(chǎn)物的多少,很大程度上取決于樣本中目標RNA量的多少。而目標RNA量的多少又與樣本中病毒的多少相關(guān)。
檢測原理:目前采用RT-PCR技術(shù)(逆轉(zhuǎn)錄熒光PCR技術(shù))。右圖顯示了相關(guān)原理:在PCR反應(yīng)體系中,包含一對特異性引物以及一個Taqman探針,該探針為一段特異性寡核苷酸序列,兩端分別標記了報告熒光基團和淬滅熒光基團。探針完整時,報告基團發(fā)射的熒光信號被淬滅基團吸收;若反應(yīng)體系存在靶序列,PCR反應(yīng)時探針與模板結(jié)合,DNA聚合酶沿模板利用酶的外切酶活性將探針降解,報告基團
與淬滅基團分離,發(fā)出熒光。每擴增一條DNA鏈,就有一個熒光分子產(chǎn)生。熒光定量PCR儀能夠監(jiān)測出熒光到達預(yù)先設(shè)定閾值的循環(huán)數(shù)(Ct值)與病毒核酸濃度有關(guān),病毒核酸濃度越高,Ct值越小。
疫苗進入人體后,刺激人體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體和記憶細胞。
當(dāng)真正的病原體入侵人體時,相關(guān)的抗體便能幫助免疫系統(tǒng)對抗該病原體,預(yù)防疾病的發(fā)生。
5.新冠病毒的免疫防治
資料5:科學(xué)家在研究新冠病毒治療的過程中,在《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》中加入了血漿療法,針對重癥病人使用。在缺乏疫苗和特效治療藥物的前提下,“血漿治療”只是一種探索性治療方法?!舅伎?】血漿療法中需要哪些人員的血漿?治療原理是什么?新冠肺炎康復(fù)者。治療原理:康復(fù)者血漿中可能含有大量新冠病毒的抗體,這些抗體特異性地識別并結(jié)合新冠病毒,從而抑制病毒的侵染。
資料6:滅活的疫苗——體液免疫 原理:用殺滅的病毒刺激人體產(chǎn)生抗體。 優(yōu)點:制備方法簡單;只保留了抗原性,不能在體內(nèi)繁殖,比較安全。 缺點:免疫應(yīng)答比較弱,一般只會引起體液免疫,不會引起細胞免疫; 病毒的蛋白質(zhì)外殼容易在人體內(nèi)被降解,所以通常需要接種多次
資料7:核酸疫苗(基因疫苗)——體液免疫和細胞免疫 原理:將S蛋白的基因(mRNA或DNA)直接注入人體內(nèi),利用人體細胞產(chǎn)生S蛋白,刺激人體產(chǎn)生抗體。 (1)mRNA疫苗的優(yōu)點:能不斷地表達抗原蛋白質(zhì),免疫效果好;研發(fā)快速,相對簡單;節(jié)省細胞培養(yǎng)、擴增的時間,大大提高疫苗產(chǎn)能。 缺點:mRNA本身不穩(wěn)定,在環(huán)境中易降解,疫苗制劑需要獨特的包裹技術(shù)將其穩(wěn)定遞送到機體內(nèi);運輸和儲藏時可能需要非常嚴格且低的溫度條件,這是一個很大的挑戰(zhàn)
資料7:核酸疫苗(基因疫苗)——體液免疫和細胞免疫 原理:將S蛋白的基因(mRNA或DNA)直接注入人體內(nèi),利用人體細胞產(chǎn)生S蛋白,刺激人體產(chǎn)生抗體。 (2)DNA疫苗的優(yōu)點:在細胞中能穩(wěn)定表達抗原蛋白質(zhì),能擴大抗原的免疫性,甚至誘生殺傷性的T細胞,清除病毒感染細胞和腫瘤細胞;可與其他免疫因子聯(lián)合使用。 缺點:需要進入細胞核中表達,難度大,可能會引起基因突變或者細胞癌變。
資料8:重組疫苗(腺病毒載體疫苗)——體液免疫、細胞免疫 原理:是指把新冠病毒的基因序列放入特定的無害病毒(作為載體),注射入體內(nèi)后該病毒會表達出S蛋白——這種蛋白被免疫系統(tǒng)識別后會引發(fā)免疫反應(yīng),建立免疫記憶。 優(yōu)點:技術(shù)相對成熟,研發(fā)進程快;安全性比較高;生產(chǎn)成本低,產(chǎn)能高;儲存條件方便靈活,時間長;免疫效應(yīng)比較強。 缺點:該疫苗以5型腺病毒作載體,但絕大多數(shù)人成長過程中曾感染過5型腺病毒,體內(nèi)可能存在能中和腺病毒載體的抗體,從而可能攻擊載體,降低疫苗效果。
資料9: 減毒活疫苗——體液免疫、細胞免疫 原理:是指使病毒發(fā)生變異,從而獲得毒性減弱或無毒性的病原體變異株——注入接種者體內(nèi),從而使人體產(chǎn)生免疫反應(yīng),獲得免疫保護。 優(yōu)點:能在體內(nèi)繁殖,有抗原性,免疫應(yīng)答效應(yīng)強,一般對健康沒有影響。 缺點:活疫苗保存和運輸?shù)臈l件苛刻(需要低溫保存,做好防護);減毒過程中基因突變具有不定向性,可能會產(chǎn)生毒性更強的變異。
資料10: 重組亞單位疫苗(重組蛋白疫苗)——體液免疫原理:通過基因工程的方法,在體外制備純化的病毒S蛋白,注入體內(nèi)被免疫系統(tǒng)識別,從而引發(fā)免疫反應(yīng)。優(yōu)點:安全性高——由于疫苗只有病原體的抗原蛋白,所以不存在感染風(fēng)險;產(chǎn)能大,非常適合大規(guī)模生產(chǎn);穩(wěn)定性非常高。缺點:由于該疫苗只用病原體的一部分蛋白作為抗原,因此免疫性較弱。
資料11: 疫苗接種次數(shù)
第一次接種疫苗產(chǎn)生的免疫力只能維持一段時間,但隨著時間的推移,這種免疫力會逐步降低、消失,必須適時進行再次接種,保持和提高有效的免疫力。(即加強免疫)
疫苗(抗原)再次進入機體,刺激第一次免疫產(chǎn)生的記憶細胞,產(chǎn)生更多的抗體和和記憶細胞。
①第一代和第二代疫苗通常需要接種2次或2次以上;
②DNA疫苗和重組載體疫苗通常接種1次即可,因為DNA在細胞中可以持續(xù)表達出相應(yīng)的疫苗抗原;
③mRNA疫苗通常需要接種多次,因為mRNA不穩(wěn)定,在細胞中存留時間有限。
兩次接種間隔時間不能太長也不能太短:
①時間間隔太短:前一次產(chǎn)生的抗體水平較高,將后一次接種的疫苗中和,降低疫苗的作用效果。
②時間間隔太長:前一次產(chǎn)生的記憶細胞較少,使得后一次接種的疫苗產(chǎn)生的免疫加強效果下降。
例1.(2021·山東濰坊高三三模)丙型肝炎病毒(HCV)是引起丙型肝炎的病原體,屬于RNA病毒。下列敘述正確的是A.HCV生活在肝細胞中,與肝細胞相比無成形的細胞核B.可用含15N的瓊脂糖培養(yǎng)基培養(yǎng)HCV進行同位素標記,研究其增殖過程C.HCV可在肝細胞中指導(dǎo)合成相應(yīng)的mRNA和tRNA,用于病毒蛋白質(zhì)的合成D.效應(yīng)T細胞可以破壞被HCV感染的肝細胞
例2.(2021·湖北高三月考)新冠肺炎(COVID-19)是由一種新型冠狀病毒引起的,該病毒為單股正鏈RNA病毒,用RNA(+)表示,下圖表示冠狀病毒的增殖和表達過程。下列關(guān)于該病毒的說法錯誤的是
A.COVID-19病毒的遺傳物質(zhì)被徹底水解后得到的產(chǎn)物共計有6種B.人感染COVID-19病毒后,內(nèi)環(huán)境中會迅速增殖形成大量的病毒C.新冠病毒的遺傳信息傳遞過程可表示為:RNA→蛋白質(zhì)、RNA→RNAD.圖中合成病毒蛋白的核糖體均來自宿主細胞
例3.(2021·濟南市高三模擬)導(dǎo)致新冠肺炎的病原體是“2019-nCV”病毒,該病毒為RNA病毒,其序列中具有RNA聚合酶基因,無逆轉(zhuǎn)錄酶基因,快速準確的檢測對疫情防控起著至關(guān)重要的作用。病毒的檢測方法有:①用“新冠病毒核酸檢測試劑盒”,檢測病毒的遺傳物質(zhì)RNA;②特異性抗原蛋白檢測,即檢測病毒表面的一種糖蛋白;③特異性抗體檢測,即檢測感染者體內(nèi)通過免疫反應(yīng)所產(chǎn)生的某種抗體。下列有關(guān)說法不正確的是A.方法①②③都需要從患者體內(nèi)采集病毒樣本B.方法②③都需要用到抗原—抗體雜交的方法C.某人有可能①②為陽性③為陰性,也可能③為陽性①②為陰性D.由于RNA比DNA穩(wěn)定性差,往往將病毒樣本的RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,擴增 之后進行分段測序,在該過程中需要用到的酶有逆轉(zhuǎn)錄酶、Taq酶
例4.2020年5月22日,世界權(quán)威醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》雜志在線刊登了中國陳薇團隊研發(fā)的重組腺病毒疫苗Ⅰ期人體(108位志愿者)試驗臨床數(shù)據(jù)結(jié)果:安全、能誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。重組腺病毒疫苗是一種重組的基因工程產(chǎn)品,用不會使人體致病的腺病毒作為載體,把克隆出來的編碼新冠病毒S蛋白(介導(dǎo)新冠病毒感染細胞的成分)基因裝入載體腺病毒,注入人體,進入人體細胞,表達出S蛋白,刺激人體產(chǎn)生針對新冠病毒的免疫應(yīng)答。下列相關(guān)敘述中,不正確的是A.重組腺病毒疫苗包括S蛋白基因、啟動子、終止子和標記基因等B.重組腺病毒疫苗能使人體產(chǎn)生體液免疫和細胞免疫C.重組腺病毒疫苗引發(fā)的體液免疫中有吞噬細胞、T細胞的參與D.重組腺病毒疫苗引起免疫反應(yīng)后相應(yīng)淋巴細胞增多,細胞周期將變長
例5.(2021·安徽高三模擬)我國研發(fā)的新冠疫苗(滅活病毒疫苗)在抗疫中發(fā)揮著重要作用,請回答下列有關(guān)問題:(1)滅活病毒疫苗是病毒經(jīng)人工培養(yǎng),再用物理或化學(xué)方法將其殺滅制成。滅活的病毒失去了感染力和致病性,但仍保留有_______。因此,可作為疫苗激發(fā)機體的免疫力。(2)此次滅活病毒疫苗至少需要接種2次,其目的是________________________________________;接種新冠疫苗雖然具有一定的防護期,但不能獲得終身免疫,其原因是_________________________________________________________。
抗體和記憶細胞具有一定的壽命,并且新冠
(3)研究發(fā)現(xiàn),在新冠肺炎患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多種針對新冠病毒的抗體,試分析其原因:________________________________________________________。(4)滅活病毒疫苗主要激發(fā)體液免疫,對于細胞免疫的激活較弱,原因是滅活的病毒失去感染的能力,無法進入正常的細胞中,沒有_______的存在,也就無法激活細胞免疫。
新冠病毒含有多種蛋白質(zhì)(抗原),從而激發(fā)人體產(chǎn)生
例6.新型冠狀病毒(RNA病毒)肺炎第一代疫苗指的是①滅活疫苗和②減毒活疫苗;第二代疫苗又稱為③亞單位疫苗,是通過基因工程原理獲得的具有免疫活性的病原特異性結(jié)構(gòu)蛋白,刺激人體產(chǎn)生抗體;第三代疫苗是核酸疫苗,包括④DNA疫苗和⑤mRNA疫苗,其中DNA疫苗是將編碼某一抗原蛋白的基因作為疫苗,注射到人體中,通過正常的人體生理活動產(chǎn)生抗原蛋白,誘導(dǎo)機體持續(xù)作出免疫應(yīng)答產(chǎn)生抗體。
(1)在疫苗接種的過程中,當(dāng)興奮傳到___________時人會產(chǎn)生痛覺。注射疫苗后,部分人出現(xiàn)輕度發(fā)熱現(xiàn)象,從體溫調(diào)節(jié)的角度說明發(fā)熱的原因是_________________________________。
(疫苗引起代謝加快)產(chǎn)熱量大于散熱量
(2)在刺激人體產(chǎn)生特異性免疫方面,疫苗___________(填編號)能刺激人體產(chǎn)生體液免疫。要產(chǎn)生相同的免疫效果,在接種劑量上__________(填“減活”或“滅活”)疫苗要加大。
(3)防疫道路千萬條,接種疫苗第一條。打兩針新冠疫苗,少一份病毒煩惱。請從免疫學(xué)角度分析兩條口號蘊含的科學(xué)道理____。
接種疫苗能使機體產(chǎn)生特異性免疫,屬于免疫預(yù)防(或防衛(wèi)),相對其他阻止病毒擴散的措施更有效,更持久,打兩針是讓機體產(chǎn)生更多的抗體和記憶細胞 ,從而使免疫防衛(wèi)作用加強。
(4)為了研究國內(nèi)外甲、乙、丙三種疫苗的效果差異,A、B兩個科研小組分別以感染康復(fù)者和從未感染者為實驗對象,哪一組選材更科學(xué)并說明原因____。
要研究疫苗的效果,應(yīng)該選擇這種從未未感染者為實驗對象,這樣能排除感染康復(fù)者體內(nèi)存在相應(yīng)的抗體和記憶細胞會對實驗結(jié)果造成干擾。
例7.經(jīng)過幾十年的努力疫苗研制已經(jīng)發(fā)展了三代。第一代疫苗指的是滅活疫苗和減毒活疫苗,通過體外培養(yǎng)病毒,然后用滅活的病毒刺激人體產(chǎn)生抗體,它是使用最為廣泛的傳統(tǒng)疫苗;第二代疫苗又稱為亞單位疫苗,是通過基因工程原理獲得的具有免疫活性的病原特異性結(jié)構(gòu)蛋白,刺激人體產(chǎn)生抗體;第三代疫苗就是核酸疫苗,又稱基因疫苗,包括DNA疫苗和mRNA疫苗,其中DNA疫苗是將編碼某一抗原蛋白的基因作為疫苗,注射到人體中,通過正常的人體生理活動產(chǎn)生抗原蛋白,誘導(dǎo)機體持續(xù)作出免疫應(yīng)答產(chǎn)生抗體。分析回答下列問題。
(1)從細胞的生命歷程來說,被感染的宿主細胞的清除過程屬于________,該清除過程有利于___________________。
參考答案:細胞凋亡 維持生物內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定,抵御外界各種因素干擾
(3)今年2月份,國家衛(wèi)健委介紹了研制新冠病毒疫苗的五條技術(shù)路線。其中腺病毒載體疫苗是將S蛋白(2019-nCV的刺突蛋白)的基因裝入改造后無害的腺病毒,送入人體,在體內(nèi)產(chǎn)生S蛋白,刺激人體產(chǎn)生抗體。腺病毒載體疫苗應(yīng)屬于第____代疫苗。與第一代疫苗相比,基因疫苗的特點是_________。
三 毒副作用更小特異性更強,免疫應(yīng)答更持久,有效性更高
(2)SARS-CV-2初次侵入人體后,參與該過程的免疫細胞有___(至少答出4種),它們直接生活的人體內(nèi)環(huán)境主要是____。當(dāng)SARS-CV-2再次侵入時,______會增殖分化形成漿細胞,產(chǎn)生大量抗體予以消滅。
吞噬細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞、漿細胞、效應(yīng)T細胞 血漿、淋巴和組織液 B淋巴細胞和記憶細胞
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