新冠病毒相关材料与考点
新型冠状病毒与SARS病毒都是依赖病毒表面的S糖蛋白细胞表面的血管紧张素转换酶2(ACE2)的结合,侵染细胞,导致疾病的产生。
哈尔滨旅游景点介绍一、新冠病毒与中心法则
新冠病毒是一种以单股正链RNA(+RNA)作为遗传物质的RNA病毒,其遗传信息的传递过程如下图:
而HIV虽然也是一种RNA病毒,但它是一种逆转录病毒,遗传信息的传递过程如下图:
拓展:根据RNA能否直接起mRNA作用而分成单股正链RNA病毒(正股RNA病毒)与单股负链RNA病毒(负股RNA病毒)两种。
正股RNA病毒(如脊髓灰质炎病毒)的单股RNA可直接起mRNA作用,转译早期蛋白质,包括RNA多聚酶和抑制宿主细胞合成代谢的调控蛋白。负股RNA病毒(如正粘病毒、副粘病毒
、弹状病毒)的单股RNA不能作为mRNA,称为负股,须先合成互补股(正股)作为mRNA,再转译蛋白分子,而後产生核酸的复制型,成为合成子代病毒RNA的模板。
二、新冠病毒检测
冠状病毒的检测有这样一些方法:(1) 核酸检测,即检测病毒的遗侍物质核酸; (2)特异性抗原蛋白检测,即检测病毒表面的一种糖蛋白;(3)特异性抗体检测,即检测感染者体内通过免疫反应所产生的某种抗体。如果检测RNA,也要用到PCR技术,当然需要先对RNA进行逆转录得到对应的 cDNA。如果检测抗原蛋白或对应抗体,会涉及抗原、抗体的特异性结合。
病毒核酸检测,其实就是对病毒的遗传物质RNA进行检测。而针对病毒RNA进行检测的技术,还可以分两种:一种是实时荧光RT-PCR,一种是病原宏基因组测序(mNGS)。它们都是用于诊断新冠病毒感染的方法。但核酸检测因为速度快(4~6小时)而应用更多,而基因测序比较慢(24~72小时),所以用的比较少。
一般对于高度疑似新冠病毒感染、但核酸检测是阴性的病人,会利用基因测序技术进一步确认。图为《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》试行第六版,新型冠状病毒肺炎确诊的病原学依据。
实时荧光RT-PCR检测是如何让病毒“显形”的?首先要采集样本。由于新冠病毒是通过呼吸道感染人体,所以样本要从呼吸道采集。目前常规的样本类型大致有2类:一类是用咽拭子、鼻拭子在人的上呼吸道(咽部或鼻腔)擦拭采集;另一类是收集下呼吸道痰液、支气管灌洗液、肺泡灌洗液等。采集到的样本将被严格封存,送到实验室。那里是检测员让病毒“现形”的战场。
【例题1】
答案:A
1.实时荧光RT-PCR
① 提取病毒的RNA。先从样本中提取出病毒的RNA。具体来说,就是在样本中加入核酸提取试剂,把病毒破坏,让核酸释放出来。提取病毒核算必须在高级别的生物安全柜内完成。
② 把病毒RNA“反转录”成cDNA。通过反转录技术(RT),把病毒的RNA“反转”成一种特异DNA,即cDNA(因为病毒RNA结构不稳定,所以把病毒RNA转换成稳定的cDNA会更方便检测)。这里会用到核酸检测试剂盒中一种叫“反转录酶”的物质。而完成转录后,所有工作都将围绕cDNA展开。
③ 进行cDNA的扩增与检测。简单说就是扩增cDNA的数量。这里应用的就是PCR,全称聚合酶链式反应。具体来说,就是借助试剂盒中一些特殊物质,让cDNA不断复制,使其数量呈指数式增长。所谓RT-PCR,就是将RNA的反转录(RT)和cDNA的扩增(PCR)相结合的技术。
当cDNA扩增的同时,试剂盒中还有一种叫荧光探针的东西同时工作。它会释放荧光信号,
聿怎么读音cDNA每完成一次扩增,荧光信号就会增加一点,而PCR检测仪就能记录到一个荧光信号增加的Ct值。
④ 出结果。这一步就是根据检测仪记录的Ct值,进行检测结果分析。理想状态下,如果样本中有新冠病毒,那么在cDNA完成预订次数的扩增后,检测仪记录的Ct值就会形成一个逐渐上升的S形曲线,检测结果为阳性;如果没有类似的S型曲线,检测结果就为阴性。
做完以上所有工作,通常需要4~6小时。
2.基因测序技术
病原宏基因组测序(mNGS),是针对病原微生物(细菌、真菌、病毒和寄生虫等)使用的基因测序技术。它的原理比较简单,首先,我们要掌握病毒的基因序列。(中国科学家在发现新冠病毒后5天就鉴定分析出了它的基因组序列,此处应有掌声!)然后是检测。在实验室里,技术人员利用基因测序仪器,针对样本中提取的病毒RNA或总核酸进行检测。当样本中检测出的病毒基因序列,与已知的新冠病毒基因序列高度同源,就可以确诊感染。
基因测序是一个更加复杂且耗时的过程,可以简单归纳为以下7个步骤:
①采集样本:与前面介绍一致。
②从样本中提取出病毒RNA:与前面介绍一致。
③把病毒RNA反转录为cDNA:为了便于检测,测序也需要进行反转录。
④文库构建:翻译过来,就是把完整的DNA链条打碎成片段,接着给DNA片段末端修复,然后给DNA片段加上独有的样本编码(用于识别这个样本是谁的),并把DNA片段用一个接头固定起来,方便测序……
⑤高通量测序:通过高通量测序仪,把文库的核酸序列检测出来。
⑥生物信息分析:把测出的DNA序列与已有的数据库进行比对。
⑦出具检测报告
这样一套完整的病毒基因测序流程,加上出结果,通常需要24~72小时。基因测序还有个
特异功能:如果病人同时感染了多种病毒,基因测序也能够发现。病毒核酸检测过程极为严格,需要全程严格消毒,且工作人员全程三级防护(穿防护服,戴N95口罩、护目镜、双层手套、脚套)。因为这是在与病毒打交道。从采集样本到检测,每一个步骤都凶险万分,一不小心就有被病毒感染的可能。
三、预防新冠病毒感染的新思路
最近,《细胞》杂志以“提前公开”的形式,陆续发表了多篇关于新冠病毒的重要论文。近日,又有一篇论文以同样形式上线。在这篇论文里,一支跨国研究团队提出了一种预防新冠病毒感染的新思路。在缺乏有效药物和预防疫苗的当下,这项研究的重要性不言而喻。
    论文中指出,先前的多项研究均暗示ACE2在新冠病毒引起的疾病里,扮演了重要而复杂的角。一方面,ACE2是新冠病毒进入细胞所识别的受体。在小鼠模型里,ACE2表达水平越高,疾病就会越严重;另一方面,ACE2还有一定的保护作用。如果ACE2表达水平很低,小鼠的肺部损伤就会更严重。
    这些观察让研究人员们产生了一个大胆的想法——使用体外纯化的重组人类ACE2蛋白,
能不能预防新冠病毒的感染?这背后的逻辑很简单:新冠病毒会识别并结合人类ACE2蛋白。从外部加入的这些蛋白就像磁铁一样,会把新冠病毒给“吸走”,让它们无法入侵细胞。这样一来,我们不就能削弱病毒的人体感染力了吗?
王力宏什么歌好听    为了检验这个想法,研究人员们先是分离出了新冠病毒,再用它们去感染培养的细胞。有意思的是,如果病毒在感染细胞之前,先和重组人类ACE2蛋白接触30分钟,这些病毒的感染能力就会明显削弱。研究人员估计,削弱的幅度大约为1000-5000倍。相反,如果加入的是新冠病毒无法特异结合的鼠类ACE2蛋白,就无法起到抑制新冠病毒感染的效果。
    在细胞实验取得积极成果之后,研究人员们在“类器官”模型里做了后续的研究。相较细胞模型,类器官能更好地反映器官的一些关键特征,从而具有更好的代表意义。
在肾脏类器官中,使用的人类重组ACE2蛋白浓度越高,抑制效果看似越明显。利用诱导多能干细胞技术,研究人员们得到了人类毛细血管和肾脏的类器官,并确认病毒会在其中进行复制。和先前细胞实验结果类似,加入重组的人类ACE2蛋白,均可显著减少新冠病毒的感染。在肾脏模型中,这种抑制能力还表现出了剂量相关性——加入的ACE2蛋白浓度越高,抑制能力就越好。而安全性的初步数据也表明,无论是毛细血管模型还是肾脏模
型,体外加入的ACE2蛋白,都没有产生毒性。
    在讨论环节,科学家们也指出该研究存在多个局限性。首先,这项研究针对的是病毒的早期感染阶段,目标是防止新冠病毒早期入侵宿主细胞。人类重组ACE2蛋白在病程后期是否还有抑制效果,是一个未知数;其次,本研究选取的毛细血管和肾脏类器官虽然在病理上有一定科学依据,但研究人员们并没有测试肺部类器官,而这是新冠病毒感染的重灾区;最后,在实际的生理环境下,ACE2相关的信号通路和调控网络更为复杂。我们还需要进行更多研究,才能知道额外添加的人类重组ACE2蛋白可能会产生哪些效果。
    总结来看,作者们在论文里指出,这些结果表明可溶性的ACE2有望抑制新冠病毒,防止它们进入细胞。在各种“老药新用”迟迟得不到临床验证,疫苗又需要12-18个月才能诞生的当下,这项研究无疑带来了一种预防病毒感染的新思路。当然,仅凭这些细胞实验和类器官实验的结果,是远远不够的。为了验证它的预防潜力,我们还需要进行更多的探索。有意思的是,出于其他一些目的,纯化的人类重组ACE2蛋白在过去已经完成了1期和2期临床试验。这是一个良好的开端,我们也希望科学家们后续探索的时间不用太久。
四、其他知识点
1.冠状病毒和细胞膜上的结合位点ACE2结合从而入侵细胞说明细胞膜具有(进行信息交流)的功能,也说明细胞膜(控制物质进出)的功能是相对的。
2.直接参与子代病毒在细胞内的组装过程的结构有(核糖体,内质网,高尔基体,囊泡),提供能量的细胞器是(线粒体)。这说明了各生物膜(在结构和功能上紧密联系)。
3.子代病毒通过囊泡排出细胞说明生物膜具有的结构特性是(一定的流动性)。张俪朱镇模分手
4.合成的RNA聚合酶只对病毒所需RNA的合成起催化作用,说明酶具有(专一性)。RNA的效率明显高于无机催化剂,说明酶具有(高效性)。
5.人体通过促使被病毒感染的细胞凋亡从而清除病毒,这说明细胞凋亡有利于(维持生物内部环境稳定,抵御外界各种因素干扰)。细胞由于病毒的增殖而裂解死亡(不属于)细胞凋亡。
6.冠状病毒的+RNA进入细胞后,首先翻译为RNA聚合酶。这一过程需要的条件有(模版:冠状病毒的+RNA,原料:氨基酸,能量,酶,tRNA,rRNA),进行的场所是(核糖
体)。这说明+RNA的作用最类似于人体的(mRNA)。
【例题2】冠状病毒为单股正链RNA病毒,用(+)RNA表示。下图表示冠状病毒的增殖和表达。相关说法错误的是(   )
A.冠状病毒属于RNA病毒,体内含有逆转录酶
B.病毒RNA复制时需要的酶在宿主细胞内合成
C.病毒RNA可直接作为翻译的模板
D.病毒RNA复制时遵循碱基互补配对原则
【答案】A
7.正链RNA上结合多个核糖体的意义是(少量正链RNA可以迅速合成大量病毒所需的蛋白
质)
沙宝亮妻子朱娜8.以+RNA为模板合成-RNA的过程所遵循的碱基互补配对法则与中心法则中的(翻译)过程相同。这一过程需要的条件有(模版:冠状病毒的+RNA,原料:四种游离的核糖核苷酸,能量,酶:RNA聚合酶)。
9.冠状病毒相对DNA病毒更容易发生变异,这是由于(RNA分子是单链,DNA分子具有双螺旋的双链结构,因此RNA比DNA容易发生碱基增添,替换和丢失)。
李小璐出轨对象10.冠状病毒侵入人体后需要淋巴细胞和吞噬细胞消灭,淋巴细胞和吞噬细胞直接生活的内环境主要是(血浆和淋巴)。
11.冠状病毒主要通过呼吸道侵入人体。鼻腔中的黏膜和毛发属于保卫人体的(第一道防线)
12.冠状病毒进入人体后,吞噬细胞可以对其进行识别和吞噬。这属于(非特异性免疫),是人体的(第二道防线)。