微生物讨论课剖析

生科院2011级1班郭茗歌1111010123Variolavirus宛如梵高名画的天花病毒简介天花（Smallpox），是由天花病毒引起的一种烈性传染病，常常引起死亡。天花病毒（学名Orthopoxvirusvariola）外形近似长方体，其边长为400纳米。天花病毒也是最大的可以在人体内致病的病毒。天花病毒是一种非常复杂的病毒，它的DNA携带约200个基因（相对而言艾滋病病毒只含有10个基因），分为两个变种，大天花病毒（VariolaMajor）及小天花病毒（VariolaMinor）。其中V.Major致死率为20%至40%，而V.Minor则只有1%左右。染上天花的病人就算幸运地能够痊愈，亦可能因角膜溃疡而导致眼盲，绝大部份亦会在皮肤上留下永久的瘢痕。据估计，在二十世纪的100年内，总共约有3至5亿人死于天花。到了1967年，据国际卫生组织的数字，当年仍然有1500万人感染天花，当中200万人死亡。天花病毒（Variolavirus），图中近似于圆形的两个小黑点就是天花病毒粒子(其遗传物质为DNA）。起源一般相信在史前时代应该已经有这种疫症，距今至少有3000年以上的历史，这一点已被考古学家所证实。他们从西元前1157年去世的古埃及法老拉美西斯五世木乃伊的脸部、脖子和肩膀上，都找到了患过天花所造成的外形丑陋、皮疹发作过的印迹。经考古学家和古代病理学家研究，认为这就是人类历史上现在所找到的最早的一个天花病例。大约西元前1000年，商队把天花从埃及带入印度。公元前四世纪希腊雅典和斯巴达进行战争，雅典因为出现了一场由埃及传入的瘟疫而战败，不少人怀疑就是天花。天花病毒有多可怕被天花病毒感染后，病毒潜伏期一般为12至14天，临床上没有任何症状，并且不具有传染性。潜伏期过后，会有突然的类似流行性感冒的症状出现，如高烧、疲惫、头疼等。两三天后患者高烧症状消失但伴随而来的是皮疹的出现，从面部、手和前臂开始一直到身体躯干。疱疹也会在鼻黏膜和口腔黏膜出现，并且迅速破裂释放出大量的天花病毒。皮疹会最终形成脓包并且会流出含有病毒的液体，然后脓包会软化结痂，最终脱落后形成无色素的疤痕。患者在被完全治愈之前一直保持有传染性，但是最高传染性的时期是皮疹出现之后的一个星期。病毒的传染主要通过空气，如人与人面对面时唾液飞沫的传播，同时病毒还可以通过污染的衣物和床单传播，虽然后者的传染性较前者低。疫苗：唯一的救命稻草一般来说，疫苗就是灭活或者减毒之后的病毒，换句话说就是以毒攻毒。当没有活性的病毒——即疫苗被注射或接种到人体之后，人体的免疫系统会迅速识别这些异己的物质，作出分析并进行一系列的下游反应，最终血液内的淋巴细胞产生抗体，用以中和病毒。当人体成功产生能够生产有效抗体的淋巴细胞后，若此时真正的天花病毒入侵到体内，淋巴细胞将更迅速地识别天花病毒颗粒，并产生大量抗体以对抗天花病毒，从而使得人体不被天花病毒感染。如果人体没有注射过疫苗而被暴露在天花病毒中，或者注射了疫苗但身体没有来得及产生有效的淋巴细胞，天花病毒将可以逃过免疫系统并侵染人体，造成一系列感染症状甚至死亡。即使逃过死亡的命运，也会留下满身的疤痕，并且很大程度上病毒会导致失明。可见感染前期治疗和预防的最有效的手段就是疫苗的接种。英国医生爱德华·詹纳在1796年发明使用牛痘代替天花进行接种，这方法被证明非常有效和安全。之后在世界各国广泛使用，展开了人类消灭天花及其他传染病的奋斗。英国在1842年禁止使用天花接种（inoculation），下令所有人一律要接种牛痘，美国不同的州在1843年至1855年分别要求所有学童接受牛痘接种。如果我们留心会发现，年纪较长的人的手臂上方大都有一个大小不等的疤痕，这就是小时候接种天花疫苗留下的证据。大家可能认为，天花疫苗一旦接种将终身有效，但是这个说法被证明是不准确可靠的。一般来说，在接种天花疫苗后十年之内是不会被天花病毒感染的，不过即使超过了十年，被感染的几率和感染后的症状也会轻很多，同时传染性也会明显下降。也许大家会问，天花疫苗的接种可以保证至少十年有效，那么流行性感冒也是由病毒引起的，为什么我们每年都需要注射流感疫苗呢？那是因为疫苗诱导免疫系统产生的抗体只能针对和疫苗相同或类似的病毒进行防疫，但是流感病毒具有极高的变异能力，每年流行的都是不同的病毒株。意思就是说，你体内的抗体可以对抗去年的流感病毒，但是无法识别今年的流感病毒。而对于天花病毒来说，虽然也会有变异，但却整体比较稳定。消灭天花的全球运动由于接种天花疫苗对预防天花病毒感染和扼制天花病毒传播如此有效，人类消灭天花病毒的武器就是疫苗。早在1796年，英国医生爱德华·詹纳证明了牛痘疫苗的有效性之后，人类采取了很多手段展开对天花病毒的进攻。从19世纪开始，欧美国家在本土和其殖民地都开展了局域性的疫苗接种项目。1950年，泛美健康组织在西半球范围内大规模展开了消灭天花病毒的行动，这次行动在大部分美洲国家非常成功。最终1959年，开展全球性的消灭天花运动。每次天花流行都是从一个区域扩散开来，在世界卫生组织领导下，每个国家和地区必须对每次疫情都进行早期汇报，然后对疫情地区进行环状疫苗接种以迅速控制疫情。最终，1979年12月9日，科学家宣布，天花病毒已经被消灭。除在美国佐治亚州亚特兰大市的疾病控制与预防中心和俄罗斯的国立病毒学与微生物学研究中心这两个实验室还保存著天花病毒外，世界上其他地方应该没有天花病毒存在了。天花主要透过空气中的液滴传染，自然感染的器官是肺部。表现为严重的病毒血症及接连出现的各阶段皮疹，症状为高烧和剧痛，皮疹最后以脓泡、脱痂及瘢痕形成为特征。病者感染后潜伏期约12天，初期出现症状类似感冒，感染后14-15天开始出现皮疹，到了15-16天，皮疹转成脓泡。之后若脓泡收缩转干，病者通常会脱痂，在感染后28天左右痊愈。但倘若脓泡出现后，因皮下出血而引致皮肤变黑，病者便多数会死亡。死因多数是因为内脏出血、感染其他并发症、或是多种器官衰竭。天花虽然可怕，但由于病毒只会在人身上传染，不会透过动物传染，而且牛痘疫苗可以有效地、近似于终身性地防止天花的传染，因此自1978年以来世界上没有再发生过天花。（1977年在英国伯明翰医学院发生了实验室感染天花事件。英国伯明翰医学院三楼解剖室的摄影师感染了天花而死亡。）【JanetParker，迄今最近一例天花死亡病例】为何给天花“缓刑”虽然在1979年天花病毒就已经被人类所消灭，但是科学家并不清楚天花病毒是如何进攻人体的免疫系统以及天花病毒到底是如何导致人体死亡的。而研究清楚这些是开发抵抗类似病毒的药物所必需的。2010年，美国疾病预防控制中心的研究人员以及他们在欧洲的合作者将天花病毒进攻人体免疫系统的机制发表在《美国实验生物学学会联合会杂志》上。让我们来看看人体是如何对抗病毒的：面对不同种类的病毒，人体细胞有不同的方式进行对抗。比如，乙肝病毒和人类免疫缺陷病毒（艾滋病毒），这些病毒会将自身的RNA逆转录成DNA然后整合在人体细胞的基因组上，造成敌我不分的状况，此时细胞将会表达一系列蛋白质并且利用染色体的结构将整合在人细胞基因组上的病毒基因组稳住，从而得以对抗病毒的侵染。而对于更广泛的致病性病毒的入侵（包括逆转录病毒），人体可以产生干扰素用以对抗。干扰素可以激发一系列细胞的复杂生理反应，最终激发人体免疫系统抗病毒功能，例如抑制病毒DNA的复制。干扰素的作用是没有特异性的，意思就是说干扰素可以用来对抗任何病毒，因为干扰素本身的作用就是动员人体的免疫系统全面作战。然而天花病毒中有一种被称作干扰素结合蛋白的蛋白质，这种蛋白质可以使得干扰素失效，从而使得免疫系统放弃对天花病毒的抵抗，在没有抗体的人体内，人体细胞将迅速面临四面楚歌的境地。为何给天花“缓刑”一些科学家认为天花病毒可以被用来做生化武器。因此虽然天花病毒理论上在世界上被消灭了，但依然有人认为有可能在某些国家的实验室中仍然有不被他人所知的病毒保存着。一个1992年从苏联逃入美国的生物学家曾说明在1980年代苏联曾经把天花病毒作成生物武器。现在技术已经可以把天花病毒修改基因之后，致使疫苗失效。大部分的国家在1970年代起已停止对国民进行天花预防疫苗接种。九一一事件后美国为防犯生物武器袭击，一度让医护人员及军人自愿接受天花预防接种。2004年11月，世界卫生组织突然改变态度，宣布支持用修改了基因的天花病毒做试验，重新引起强烈反应。它同意做的实验是在天花病毒里加一个基因，使它的分布比较容易测试。这个基因工程不会把天花能力增强，而且也可以用掉一些留存的病毒。最后决定是否准许这种试验，需要成员国投票决定。最新研究成果1.美国军队传染病医疗研究中心的科学家2010年底在《临床疫苗免疫学》杂志上发表了针对干扰素结合蛋白的疫苗的研究成果，他们发现将针对干扰素结合蛋白的疫苗和DNA疫苗综合使用可以使小鼠对痘病毒（天花属于痘病毒）有更高的免疫力。2.2010年，西班牙的雷蒙德温斯坦（RaymondWeinstein）教授带领的研究团队发现，如果将注射过天花病毒疫苗的健康志愿者的血清（含抗体）加到体外培养的细胞中，再用CCR5型艾滋病毒（一种艾滋病毒）去侵染这些细胞，病毒在这些细胞中的复制能力将下降五倍。简单说，就是接种天花疫苗有可能对艾滋病毒有预防作用，但是这些研究都是非常初步的，我们还需要更多的实验证据来支持这个观点。