疫苗——生小病防大病

前几天,新型冠状病毒的疫苗研发工作已经开始,目前已经成功分离病毒,正在筛选种子毒株

另外,中国疾控中心正在进行新型冠状病毒肺炎的药物筛选

其实说到疫苗,发展疫苗以预防病毒性疾病是现代医学的标志之一

回顾历史,第一支疫苗是由爱德华詹纳于1796年研制的,18世纪,在天花肆虐的欧洲,詹纳注意到染上牛痘(一种相对无害的传染病)的挤奶女工似乎对天花有种特殊的抵抗力

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詹纳正在给小孩子接种疫苗

而关于天花也无须赘言,简单来说就是天花是一种人类疾病,经常达到流行病的水平,死亡率极高

很明显,詹纳的理论是正确的,牛痘是一种动物疾病,与天花相似,但是,人类对注射牛痘病毒的反应会以某种方式教会人体对这两种病毒作出反应,而不会导致重大疾病或死亡

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牛痘病毒

今天,天花已经完全根除了,现在这种致命的病毒只有两个冷冻样品存在(一个在美国,另一个在俄罗斯)


关于病毒

病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的非细胞形态,为类生物,无法自行表现出生命现象,靠寄生生活的介于生命体及非生命体之间的有机物种

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简单的疱疹病毒

病毒可以感染几乎所有具有细胞结构的生命体,第一个已知的病毒是烟草花叶病毒,由马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名,迄今已有超过5000种类型的病毒得到鉴定

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荷兰微生物学家马丁乌斯·贝杰林克

病毒的形状和大小(统称形态)各异,大多数病毒的直径在10-300纳米(nm)。一些丝状病毒的长度可达1400nm,但其宽度却只有约80nm

病毒的形态一般可以分为以下四种:

螺旋形

螺旋形的衣壳是由壳粒绕着同一个中心轴排列堆积起来,以形成一个中空的棒状结构

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烟草花叶病毒结构

这种棒状的病毒体可以是短而刚性的,也可以是长而柔性的。具有这种形态的病毒一般为单链RNA病毒,研究得最多的就是烟草花叶病毒,但也有少量单链DNA病毒也为螺旋形

正二十面体形

大多数的动物病毒为正二十面体或具有正二十面体对称的近球形结构,毒之所以采用这种结构可能的一个很重要的原因是,规则的二十面体是相同壳粒形成封闭空间的一个最优途径,可以使所需的能量最小化

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具有正二十面体结构的腺病毒的电镜照片

包膜型

一些病毒可以利用改造后的宿主的细胞膜(来自细胞表面的质膜或细胞内部的膜,如核膜及内质网膜)环绕在病毒体周围,形成一层脂质的包膜

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带状疱疹病毒的电镜负染照片显示其病毒颗粒周围环绕在包膜里

包膜上既镶嵌有来自宿主的膜蛋白也有来自病毒基因组编码的膜蛋白;而脂质膜本身和其中的糖类则都来自宿主细胞,包膜型病毒位于包膜内的病毒体可以是螺旋形或正二十面体形的

<strong>而本次的新型冠状病毒就是一类带有包膜的RNA病毒,它们之所以在电镜下看上去像皇冠,是因为包膜上有特殊的刺突蛋白(Spike protein)

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新型冠状病毒*图片来自中国疾控中心

复合型

与以上三类病毒形态相比,复合型病毒的结构复杂得多,它们的衣壳既非完全的螺旋形又非完全的正二十面体形,可以有附加的结构,如蛋白质组成的尾巴或复杂的外壁。有尾噬菌体和痘病毒都是比较典型的复合型病毒

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有尾噬菌体的结构

首先明确的是病毒不能自行繁殖,只能通过接管宿主细胞的细胞核,并指示细胞制造更多的病毒。当病毒成功入侵生物体时,它会接管宿主的细胞生长过程

在正常情况下,人体对病毒入侵的反应有几种不同的方式

对病毒的普遍免疫力可以由作为病毒入侵目标的体内细胞产生,在这种情况下,病毒被阻止进入宿主细胞

一种更为常见的保护措施是人体产生破坏或限制入侵病毒效力的血液和淋巴细胞的能力,即免疫活性物质如溶菌酶等

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免疫系统——人体的第三道防线

通常情况下,受感染的人体会在未来“学习”如何应对特定的病毒,因此单一的感染,特别是来自相对良性的病毒,通常会教会身体如何应对来自同一病毒的额外入侵

例如,普通感冒是由数百种病毒中的一种引起的,感冒痊愈后,大多数人对引起特定感冒的特定病毒具有抵抗力,尽管类似的感冒病毒仍会引起相似或相同的症状

对于一些无害的病毒,一个人甚至可以在没有明显疾病的情况下产生免疫力


疫苗怎么生产的

任何一种病毒通常有几种变种或株系,疫苗通常由一组以上的相关病毒制成;对多价疫苗的预防性反应可能会导致对几乎所有的变种产生免疫力,或者至少对一个人可能遇到的变种产生免疫力

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疫苗

疫苗的生产从少量的特定病毒(或毒种)开始,首先病毒必须没有杂质,包括其他类似的病毒,甚至是同类型病毒的变种

此外,毒种必须保存在“理想的”条件下,也就是冷冻的,以防止病毒变得比预期的更强或更弱

其储存在小玻璃或塑料容器中,存放的冰柜需要保持在规定的温度下,冰柜外的图表和/或刻度盘持续记录温度,如果温度超出范围,传感器将发出声音警报信号或计算机警报

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在明确规定的条件下(即在室温或水浴中)解冻并加热种子病毒后,将少量含病毒的细胞放入“细胞工厂”中,通过添加适当的培养基,病毒细胞可以繁殖

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每种类型的病毒都在一种特定的培养基中生长得最好,这种培养基建立在制造前的实验室程序中,但所有培养基中都含有某种形式的哺乳动物蛋白质,比如从奶牛血液中提纯的蛋白质

培养基中还含有其他促进含病毒的细胞繁殖的蛋白质和有机化合物,就病毒而言,细胞工厂的培养基是繁殖的宿主,与适当的培养基混合,在适当的温度和预定的时间内,病毒就会繁殖

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除温度外,还必须监测其他因素,包括混合物的pH值,虽然细胞生长的容器并不是很大,但是有很多阀门、管子和传感器与之相连

传感器监测pH值和温度,此外还有用于添加介质或化学物质(如氧气)以保持pH值的装置、用于显微镜分析的样品提取位置

然后将细胞工厂的病毒从培养基中分离出来,放入第二种培养基中进行额外生长,四五十年前的早期方法是用一个瓶子来盛放混合物,结果生长出来的是一层漂浮在培养基上的病毒

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很快人们发现,如果在病毒生长的过程中转动瓶子,会产生更多的病毒,因为瓶子的所有内表面上都生长着一层病毒

20世纪40年代的一个重要发现是,在培养基中添加酶能极大地促进细胞生长,其中最常用的是胰蛋白酶,酶是一种蛋白质,在细胞的供养和生长中也起催化剂的作用

生长中的病毒被保存在一个比细胞工厂大但与之相似的容器中,并与一些“珠子”混合在一起,这些“珠子”是病毒可以附着在其上的微小颗粒,其使用为病毒提供了一个更大的附着区域,从而使病毒生长得更快

当有足够数量的病毒时,混合物通过一个过滤器,其允许病毒通过,但作为微载体的“珠子”无法通过,接着将其离心几次,把病毒从中分离出来,放在一个容器里,然后从中取出

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最终的疫苗要么是减毒(弱毒)病毒,要么是杀灭的病毒,选择哪一种取决于许多因素,包括疫苗的效力及其副作用

为了保护疫苗的纯度和生产、包装疫苗的工人的安全,在整个过程中都要观察实验室的清洁情况,所有病毒和媒介的转移都是在无菌条件下进行的,所有使用的仪器在使用前后都在高压灭菌器中消毒

执行该程序的工人穿上防护服,同时制造室本身有特殊的空调,因此空气中的微粒数量很少

最后

幸运并非没有恐惧和烦恼;厄运也决非没有安慰和希望,坚持下去,希望就在前方,加油


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