“停課不停學”寒假自學錦囊第一篇：生物科學—走近病毒

聯合編撰本文！

師伴寒假

為響應教育部要求，幫助每個學生“學習不延期”，幫助家長們在家中更好地參與學生們的學習及成長，從1月30日開始，我們將會在成實外國際部官方微信上相繼推出由成實外國際部各學科老師帶來的“師伴長假丨成實外國際部寒假自學錦囊”系列文章。

今天，我們成實外國際部科學組的代表老師，為大家帶來了自學錦囊第一篇——生物科學，走近病毒！

2019年12月1日，武漢市部分醫療機構陸續出現了不明原因的肺炎病人，武漢市持續開展了流感及相關疾病監測，發現病毒性病例27例，均診斷為病毒性肺部感染。

2020年1月7日21時，醫學研究機構最終從感染病人中檢測出一種新型冠狀病毒，並獲得了病毒的全基因組序列。隨後的故事大家都知道了，這種新型的冠狀病毒開始肆虐武漢市，並由流動的人群傳播到了全國各地，乃至全球各地。

那麼，

“什麼是病毒？”

“什麼又是冠狀病毒？”

“病毒如何讓我們生病並進行傳播的”

“我們如何對抗病毒呢？”

……

針對這些問題，成實外國際部的科學組老師們一起編撰了下面這篇文章來為同學及家長們專業科普，還有成實外國際部Jack老師傾囊相授的學好生物課程的秘訣，希望幫助大家宅在家也依然能“停學不停課”。

PartI: 關於病毒（virus）

Q1：什麼是病毒？

病毒是一種個體微小，沒有細胞結構的非細胞生命形態（small infectious agent）。大多數的病毒結構簡單，由蛋白質外殼(protein envelope)和內部的遺傳物質(genetic material)組成，內部遺傳物質為一種核酸（雙鏈的DNA或單鏈的RNA）

▲上圖為RNA病毒結構模式圖

病毒不能獨立生存，必須寄生在其他生物的細胞內，利用宿主細胞的物質原料不斷合成新的蛋白質外殼和核酸，然後組裝成無數新的病毒，以此實現增殖。宿主細胞被病毒消耗殆盡後死亡破裂，大量病毒釋放出來後繼續尋找其它細胞侵入繁殖。簡單來說：宿主細胞是一個加工廠，病毒入侵了這個加工廠，黑了加工廠的控制電腦，讓這個加工廠代其生產自己需要的零件，並組裝，最後再把這個工廠擠爆，隨後去侵佔更多的加工廠。

根據遺傳物質可以分成DNA病毒和RNA病毒兩大類。根據寄主不同，如果寄生在植物體內為植物病毒如菸草花葉病毒；寄生在動物體內為動物病毒，如現在正流行的新型冠狀病毒（2019-nCoV），埃博拉病毒（Ebola virus），2003年的SARS病毒，導致非洲豬瘟(African swine fever,ASF)的非洲豬瘟病毒(ASFVirus,ASFV)。

Q2 有哪些對人類影響比較大的病毒？

01.

Ebola埃博拉病毒

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▲埃博拉病毒(Ebola virus)

埃博拉是由埃博拉病毒(Ebola virus，EBOV)引起的一種急性出血性傳染病，已成為世界第二大流行病毒。主要通過患者的血液和排洩物傳播，臨床主要表現為急性起病、發熱、肌痛、出血、皮疹和肝腎功能損害。2014年至2016年，埃博拉病毒在西非國家幾內亞、利比里亞和塞拉利昂發生了最大規模的疫情，超過28000人感染，超過11000人死亡。

02.

SARS病毒

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▲SARS-CoV電鏡照片 來源www.cdc.gov

SARS病毒屬於冠狀病毒科（coronavirus），RNA病毒。

病毒粒子多呈圓形，有囊膜，外周有冠狀排列的纖突,分佈於細胞漿中，呈圓形，病毒直徑在80～120nm之間。

SARS (Severe acute respiratory syndrome)是一種起病急、傳播快、病死率高的傳染病，被傳染的病人多數都與患者直接或間接接觸，或生活在流行區內。臨床上表現為缺氧、紫紺、38℃以上高熱、呼吸加速或呼吸窘迫綜合徵、氣促等，X片表現為肺部不同程度改變。2003年的SARS病毒波及全球，中國大陸約發病5300多例，死亡近350例。全球發病8000多例，死亡770多例。

03.

Coronavirus新型冠狀病毒

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▲電鏡下的冠狀病毒 來源：Dr. Fred Murphy, CDC

當下流行肆虐的新型冠狀病毒和SARS病毒一樣屬於冠狀病毒科（coronavirus）。還有一個嚴重傳染性冠狀病毒是MERS（中東呼吸綜合徵）冠狀病毒。之所以叫做冠狀病毒是因為病毒的表面覆蓋著像皇冠似的棘突。

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新型冠狀病毒感染的肺炎患者目前已知症狀以發熱、乏力、乾咳為主要表現，並逐漸出現呼吸困難，嚴重者表現為急性呼吸窘迫綜合徵、膿毒症休克、代謝性酸中毒和凝血功能障礙。它通過咳嗽或打噴嚏在空氣中傳播，沒有防護情況下與病人密切接觸，或觸摸被汙染的物體表面等都可能感染該病毒。

由於它之前從未在人類中出現過，因此幾乎每個人都屬於易感人群。據目前數據顯示它的傳染性比2003年SARS強。目前也沒有針對它的疫苗或是特效藥，中老人尤其有基礎病（糖尿病等）的人容易發展成重症甚至死亡。疫情的發展趨勢較難預測，做好隔離，個人防護是我們每個人能採取的有效規避該傳染病的措施。科學家們對該病毒的基因組信息、疫苗研發等研究也在第一時間迅速開展。希望本次疫情能儘快消散，人們恢復正常的工作生活。

除了以上介紹的三種引起傳染性疾病的病毒，在人類文明史中，還有這些病毒嚴重威脅人類生命和健康。1918年奪去 5000多萬人生命的甲型流感病毒，艾滋病毒、肝炎病毒、狂犬病毒、登革熱病毒等。

Part II: 抗病毒藥物的機制

1月29日上午，人民日報發表微博為大家帶來一則好消息，科研人員發現3種藥物對病毒有較好的抑制作用，分別是Remdesivir倫地西韋、Chloroquine氯喹、以及Ritonavir利托那韋。這則新聞給我們帶來了巨大的信心，畢竟應對傳染性如此強的新型冠狀病毒，光靠被動躲避是遠遠不夠的，我們還需要有主動對抗的武器。

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那麼，Remdesivir倫地西韋、Chloroquine氯喹、以及Ritonavir利托那韋這三種藥物是如何對抗病毒的呢？

抗病毒藥物的作用機制是怎樣的呢？為什麼抗病毒藥物的研發如此困難呢？在此，我們一起簡單瞭解一下吧。

Q1抗病毒藥物的作用機制是怎麼樣的呢？

想了解抗病毒藥物的作用機制，我們首先來看病毒的複製過程。病毒需要在細胞內繁殖，它寄生於宿主細胞內，依賴宿主細胞代謝系統進行增殖複製。病毒複製需要經歷以下這8個過程（參考視頻）：

病毒複製的八個過程

① 病毒識別並吸附到宿主細胞的表面；

② 通過宿主細胞膜穿入易感細胞；

③ 脫殼；

④ 合成早期的調控蛋白及核酸多聚酶；

⑤ 病毒基因組（DNA或RNA）複製；

⑥ 合成後期的結構蛋白；

⑦ 子代病毒的組裝；

⑧ 易感細胞釋放子代病毒。

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抗病毒藥物發揮作用的機制，就在於影響病毒複製週期的某個環節而實現的。比如：

② 干擾病毒吸附

④ 抑制病毒生物合成

① 直接抑制或殺滅病毒

③ 阻止病毒穿入細胞

⑤ 抑制病毒釋放或增強宿主抗病毒能力等

▲點擊觀看視頻

Q2 倫地西韋、利托那韋、氯喹如何對抗病毒？

首先，讓我們先來看看這三個抗病毒藥物的真正模樣吧：

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▲Remdesivir倫地西韋

經研究發現，Remdesivir倫地西韋可摻入到病毒新合成的RNA鏈中，進而中斷病毒基因組的合成，從而阻止病毒複製的第5個步驟 – 阻斷病毒基因組（DNA或RNA）複製。

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▲Ritonavir利托那韋

Ritonavir利托那韋常用於抑制HIV病毒複製過程中所需的天冬氨酸蛋白酶，阻斷其產生成熟HIV顆粒所需的聚蛋白，使HIV顆粒因而保持在未成熟的狀態。從而阻止病毒複製的第6個步驟 - 阻斷合成後期的結構蛋白。

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▲Chloroquinediphosphate 二磷酸氯喹

Chloroquine氯喹是一種細胞自噬抑制劑，病毒作為專性細胞內寄生物，在長期進化過程中，不但具備了逃逸宿主細胞自噬的功能，甚至能夠利用自噬來促進自身複製。故而氯喹與其他藥物合用，也可以增強抗病毒效果。

Q3 為什麼抗病毒藥物的研發如此困難呢？

多數病毒缺乏酶系統，不能獨立自營生活，必須依靠宿主的酶系統才能使其本身繁殖（複製），病毒核酸有時整合於細胞，不易消除，因此抗病毒藥研究發展緩慢。

Part III: 作為高中生，我們如何學習好生物這門學科呢？

成外國際部的同學們應該可以發現，我們在高一上學期生物課程中其實已經學習過關於病原體和傳染病的相關知識，臨近期末還觀摩了科普鼠疫的影片。雖然高中階段的生物學知識無法讓你成為攻克病毒的專家，但足以使你正確認知以及預防病毒感染，做到在戰術上重視“敵人”，戰略上藐視“敵人”。

生物學科作為生命科學的基礎，涵蓋了生命活動的方方面面，從微觀到宏觀，小到分子層面，大到整個地球的生態系統，人的生老病死，人與自然界的和諧相處均在其研究範圍之內，是不是充分體現了生物學科的重要性以及學習她的必要性呢？

那作為一名高中生，我們該如何學習生物這門學科呢？跳脫開老生常談的，諸如認真聽課好好做筆記之類的話題，我們從學科特點來做一個簡單的分析：

概括點講，生物學研究的是生物的結構(structures)與功能(functions)，從生物大分子(biologicalmolecules)開始，如碳水化合物(carbohydrates)，蛋白質(proteins)，脂質(lipids)與核酸(nucleic acids)的結構和功能，到細胞(cell)的結構功能，再到組織(tissue)、器官(organ)乃至系統(organsystem)的結構和功能。

那麼我們學習生物的過程，就是理解和掌握這些結構與功能之間的關係，他們的結構是怎樣的，為什麼這樣的結構可以產生對應的功能；通過對功能的瞭解，我們進而可以推導出可能的結構；在結構和功能之間我們能夠找到某種適應性，從而更好的理解生物的進化。

回到我們剛才的話題，我們要如何學習好生物這門課程呢？

秘訣就在於：從微觀到宏觀對結構和功能進行統一，跨層級之間建立好聯繫。

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▲圖為Clare老師的生物總結筆記

Part IV “停課不停學”，那些在家自己可以做的任務

停學在家的這些時間，同學以及家長們都迎來了大片的空白時間，但對聽課在家的同學們來說，依然有很多豐富的學習資源和渠道可以幫助大家“停課不停學”。

1.BBC的一段紀錄片，詳細介紹了病毒是如何致命的，建議家長可以與學生一起觀看。

紀錄片名：《病毒為何致命》

導演: Dick Taylor

觀看鏈接：

http://m.v.qq.com/play/play.htmlvid=w0020ecw11b&coverid=yshfzn2w9teq4ex&ptag=4_7.8.5.23034_copy

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2.寒假小任務：同學們可在下列兩個題目中任選一個製作成海報，優秀的作品可以得到科學組獎品一份！

A. Virus Invasion：內容需要闡述病毒侵入人體及人體細胞的過程；

B．Microbattles：內容為闡述人類與病毒的抗爭史。

任務要求：

需要用A3大小的紙張；

文字需要佔50%的紙張面積；

全英文製作，注意拼寫及英文語法。

Part V 寫在最後，老師們的寄語

前有周恩來總理為中華之崛起而讀書，當今時代，我們為何而讀書，此次疫情給了我們最好的答案：學好科學知識，不僅對個人有利，更對我們的國家有有利，對人類的健康和生活有利。我們需要向鍾南山院士那樣的人才，未來，需要年輕一輩的崛起！

本文援引以下文獻資料：

（現疫情期間知網已免費開放，希望同學們也能借此時機對感興趣的內容進行仔細閱讀學習。）

成都市衛生健康委員會，成都市疾病預防控制中心.新型冠狀病毒感染的肺炎防治知識問答，2020年1月.

高巖，劉宗英，李卓榮，抗流感病毒藥物研究進展[J]，中國醫藥生物技術，2015,10(06):533-539.

TchesnokovEgor P, Feng Joy Y, Porter Danielle P, Götte Matthias. Mechanism of Inhibitionof Ebola Virus RNA-Dependent RNA Polymerase by Remdesivir.[J]. Viruses, 2019, 11(4).

孫英傑，細胞自噬在新城疫病毒感染過程中的作用[D]，中國農業科學院,2013.

王昭月，首個成人埃博拉疫苗獲美國FDA批准上市，生物探索.

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關鍵字: 流行性感冒 埃博拉