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衡水中学:从高中生物学科核心素养角度看新型冠状病毒感染的肺炎


发布日期:2020-02-12 19:19   来源:未知   阅读:

  2019年12月以来,湖北省武汉市持续开展流感及相关疾病监测,发现多起病毒性肺炎病例,均诊断为病毒性肺炎/肺部感染。经科学检测,导致此次传染病的病原体为2019新型冠状病毒,即“2019-nCoV”。人感染了冠状病毒后常见体征有呼吸道症状、发热、咳嗽、气促和呼吸困难等。在较严重病例中,感染可导致肺炎、严重急性呼吸综合征、肾衰竭,甚至死亡。

  冠状病毒外有包膜,这层包膜主要来源于宿主细胞膜(磷脂双分子层和膜蛋白),但也包含有一些病毒自身的糖蛋白。膜表面有三种糖蛋白:刺突糖蛋白(S,是受体结合位点、溶细胞作用和主要抗原位点);小包膜糖蛋白(E,与包膜结合的蛋白);膜糖蛋白(M,负责营养物质的跨膜运输、新生病毒出芽释放与病毒外包膜的形成)。少数种类还有血凝素糖蛋白(HE蛋白)。冠状病毒的核酸为单股正链RNA。

  就当前发生的疫情,笔者从生物学科核心素养的角度加以粗浅解读,望给各位同学、同仁以启示。

  病毒之所以对其所寄生的宿主具有特异性,原因是其表面的蛋白质能特异性地识别并结合宿主表面受体蛋白,而不同类型的生物、同一类型生物不同细胞表面的蛋白质的种类有差别。所以病毒蛋白的特异性的结构决定了其所感染的对象。

  相对于其他生物,病毒结构极简单。即便是真病毒,它们的结构也主要或仅有核酸和蛋白质两种物质。在漫长的进化历程中,它们仅保留了感染和繁殖的必备的极少数基因,所以它们感染宿主时,可以做到轻装上阵。以T2噬菌体为例,在其遗传物质的指导下,合成了核酸和蛋白质后经组装便可成子代个体。只要条件适宜,它繁殖速度比细菌还要快。

  冠状病毒的外面还有包膜,相比没有包膜的病毒,它“自我保护能力”更强大,致病能力往往更强。

  蝙蝠存在了8800万年,几乎与恐龙是同时代。据目前人类的研究,蝙蝠是超级病毒的携带者,它身上能携带超过100多种毒性极大、凶险无比的病毒,有埃博拉病毒、狂犬病病毒、SARS病毒等。

  网络上有的文章说,“蝙蝠有逆天的免疫系统,强有力的防御功能,很难被异物伤害,病毒也无法对蝙蝠产生作用。”

  从共同进化的角度出发,我们应当从两个方面来分析这个生物现象。蝙蝠与其携带的病毒是共同进化来的:一方面,蝙蝠中免疫能力低下的在自然选择过程中已经被淘汰,留下的个体是经过自然选择之后性状更加优良的个体;另一方面,病毒中毒性极强的个体已经随宿主的死亡而失去了繁殖下一代的机会,相应的基因也逐渐被淘汰,而毒性弱、繁殖力强的病毒在与蝙蝠长期共同进化的过程中存留了下来。

  人作为万物之灵长,为何感染了包括SARS病毒、2019新型肺炎病毒后显得免疫力这么低下呢?

  人的免疫系统有三道防线组成。这三道防线都是在人类长期进化过程中形成的。但在人类进化的过程中,SARS病毒、2019新型肺炎病毒这类病毒是一直处于“缺席”的状态,所以人体对其免疫能力相对低下。由此可以看出,人虽然有强大的特异性免疫,能产生上百万种抗体,但这种适应的能力也是有一定的限度的,也仅仅是适应其所生存的环境;而一旦遇到之前所未遇到的环境因素,生物即会在一定程度上表现出不适应性。

  因为人体免疫系统对SARS病毒、2019新型肺炎病毒反应相对迟钝,而病毒的繁殖周期又非常短,所以当它们突破人的第一、二道防线后,在第三道防线产生作用前,就已经大量繁殖了,从而引起人相关器官功能下降,引起人体的稳态失衡。

  一般认为,病毒侵染机体后,会导致机体下丘脑的“体温调定点”上升,从而导致人的体温上升。冠状病毒对温度很敏感,在33℃时生长良好,但35℃就使之受到抑制。由于这个特性,冬季和早春是该病毒疾病的流行季节。所以,体温上升上升有利于机体快速清除病毒以维持机体的稳态,从这个意义上讲,体温上升也是生物适应环境的表现。

  但是,事物总是具有两面性,一方面,人体温上升有利于抵御病毒;另一方面,人体对病原体的过度敏感导致人在感染病毒期间体温持续偏高,这也严重影响了几乎所有酶的活性,从而影响了人体的正常代谢。关于对病毒的敏感性这一点,人与冠状病毒的天然宿主——蝙蝠表现得截然相反,这是也后者能与之长期和谐共处的重要原因。

  检测传染病的策略通常有两种,检测病原体本身,或检测人体为了抵抗病原体而产生的抗体。

  (1)检测病原体抗原。需要利用基因工程或动物细胞工程的方法制备单克隆抗体,利用抗体与抗原做抗原——抗体杂交。若出现杂交带,则说明已经感染相应的病原体。本检测的不足是:在感染之初,病原体抗原含量也较低,抗原不容易检测到。

  (2)检测病人的体液中相应的抗体。与上述相反,利用基因工程或其他方法获得的病原体的抗原与待检病人的体液做抗原——抗体杂交。若出现杂交带,则说明已经感染相应的病原体。本检测的不足是:由于抗体产生需要时间,一般几天至几周不等,有些免疫功能较弱的病人可能抗体量很低,容易造成假阴性(已经感染,但是测试结果看起来没有被感染)。

  (3)检测病原体的核酸序列。提取冠状病毒的RNA,进行RT-PCR,即反转录后再进行PCR,再用荧光探针实时检测扩增产物。这种检测方法的原理是DNA分子杂交。这种方法很灵敏,也能够很好地定量。2020年1月13日至14日,多家公司研发出核酸检测试剂盒,科华生物最早开始组织规模化的生产。新型冠状病毒试剂盒正式获批直供医院,使确诊时间大大缩短,最短仅需两个小时。试剂盒的快速生产为新型冠状病毒的确诊提供了必要条件,近两日,确诊病例呈指数增加也都是在意料之中。

  病毒一般会以某种载体进行传播,往往不会脱离载体而弥散在空气中进行传播。就以导致人类疾病的病毒而言,其传播往往离不开人的体液。不论HIV、SARS病毒,还是现在肆虐的新肺炎病毒,概莫能外。经过前些天的摸索,人们归纳、概括、总结出2019新肺炎病毒传播的途径:①直接传播,患者喷嚏、咳嗽、说话的飞沫,甚至呼出气体被近距离接触者吸入,导致感染;②气溶胶传播,飞沫混合在空气中,形成气溶胶,吸入后导致感染;③接触传播,飞沫附在物体表面,手接触被污染后,再接触口腔、鼻腔、眼睛等粘膜,导致感染。

  基于以上分析,预防传染病最有效的预防措施首先就是隔离,尽量减少外出、聚会等;若要外出,一定要戴口罩。此外,还要注意卫生勤洗手,避免接触野生动物,警惕异常症状,及时就医等。

  当出现传染病后,首要的应急和防控措施就是控制传染源,其次是切断传播途径、保护易感者。

  经过笔者查阅、搜索资料和报道,整理出以下的研究历程与线.医务人员、研究人员基于相似、相同症状且有传染性确定有传染病。

  2.基于一定事实推测武汉是传染源。当疫情出现后,研究相关传染病的专家指出,患者要么去过武汉,要么来自武汉,并结合其他的信息,迅速确定传染源应当在武汉,这一推测与假说为后期的行动指明了方向。

  3.通过样本分析确定武汉是传染源。然而,推测需要实验与事实作为支撑。中国疾控中心病毒病所持续攻坚,该所首次从武汉华南海鲜市场的585份环境样本中,检测到33份样品含有新型冠状病毒核酸,并成功在阳性环境标本中分离病毒,提示该病毒来源于华南海鲜市场销售的野生动物。但这次暴发的冠状病毒的中间宿主和直接源头,还无法确定。

  4.系统研究确定病毒为新病毒且最可能来自蝙蝠。1月29日最新发表于国际医学期刊柳叶刀的一篇研究论文对病毒的宿主有进一步的研究。研究样本来自9名住院病人,其中8人有武汉华南海鲜市场暴露史,研究人员从患者的病原体中提取了8个完整和2个部分2019-nCoV基因组序列。相比于和SARS-CoV(约79%)、MERS-CoV(约50%)的相似性,2019-nCoV与两个蝙蝠SARS样冠状病毒关联更密切(同源性为88%)。研究数据可以看出,感染的9名患者样本基因组序列几乎相同,这意味着该病毒最近才在人类中出现。2019-nCoV与SARS-CoV的差异很大,被认为是一种新的可感染人类的冠状病毒,与蝙蝠冠状病毒的密切关联性反映了蝙蝠可能是该病毒的原始宿主。

  5.推测断定还有中间宿主。据相关网站报道,华南海鲜市场出售野生动物,可是那里应该并不出售蝙蝠,而某些人通过食用或其他方式接触了野生动物感染了蝙蝠体内的病原体,所以可以推测被人们所出售的野生动物可能是一个中间宿主。

  科学研究是一个持续的过程,究竟蝙蝠是不是此次冠状病毒的天然宿主,究竟华南海鲜市场野生动物的贩卖者及食用者或亲密接触者是不是本次疫情的始作俑者?研究还在进行中,直到真相昭然于天下。

  笔者撰写本文不是要定性病毒的自然宿主究竟是哪种动物,传染源究竟是哪里,而是想借相关报道的材料说明研究与发现的历程。

  生物学科是一门基于科学实验的学科,观察现象后提出问题,根据问题做出假说,基于假说设计实验并实施实验,让实验数值证实或证伪,是所有研究过程所遵循的一般过程。

  有人说,此次疾病若在100年前爆发,它将会是人类的大灾难。尽管此言具有一定的臆测性,但相信大多数人不会持反对态度。截止2020年2月2日 24时,国内患者共计17205人,治愈病例475例,死亡361例。在医院治疗的大多患者病情稳定,情绪平稳。精密的布置、科学的指导、有力的防控,全国发达的交通网络与春节期间人口的极高流动性与相对低的发病率、疫情的迅猛性和病毒的高致病性与低死亡率之间的反差,强有力地说明了一点:此毒最猛,但可防、可控、可治,我们完全没有必要恐慌。

  我们需要的是基于对科学的认知而应有的谨慎而淡定、关切而不忧虑、积极而不慌乱的态度与处事风格。

  “谣言止于智者”,“没有调查研究就没有发言权”。我们应当将基于事实或实验而发表言论或结论当成一种内化于心的自觉。作为高中生,使它成为自身生物学科核心素养的一部分;将来我们步入社会,成为社会的一

  近几天,虽然疫情发展“有点迅猛”,但一方面,诊断试剂盒的使用,使诊断的时间大幅缩短,本来就患病但未确定的病例在较短时间内确诊了;另一方面,数据分析显示最近出现了涨幅回落的迹象。1月28日,钟南山院士表示,只要措施做到位,正月十五之前,很可能会出现疫情拐点,不会再大规模增加了。

  疫苗的本质是抗原,它注射到人体后,引发人的特异性免疫,使人产生抗体和记忆细胞;当相应的病原体进入机体时,可以被迅速识别,尽快被清除,从而有效地避免人罹患相应的患病。

  1月28日,李兰娟院士领导的杭州国家重点实验室分离出了3株新型冠状病毒的毒株,这意味着我们离拥有疫苗又近了一步。1月29日,马云公益基金会宣布,捐赠一亿元人民币用于支持冠状病毒的疫苗研发。

  普天之下为命运共同体,四海神州同胞一家人。研究者出心力,爱心人士出财力。“天若有情天亦老”,可歌可颂不可泣的一部壮丽诗篇,正在被华夏儿女用行动书写着。

  2005年,中科院武汉病毒研究所石正丽研究团队中华菊头蝠是SARS病毒的源头。果子狸可能只是病毒的一个中间宿主,它可能是被中华菊头蝠感染,从后者身上得到了这种病毒。

  钟南山后来曾经谆谆告诫,若不加以重视冠状病毒传染源头及野生动物食用的问题,非典可能卷土重来。似乎一语成谶,2019年,还是冠状病毒,还是下呼吸道感染,还是蝙蝠。

  原因恐怕是我们没有敬畏自然,没有看到人的自然属性从而与其他的物种和谐共处,而一味地追求所谓营养丰富的“野味”。在疯狂向大自然索取的同时,受到了无情的惩罚,也连累了同胞。

  老子在几千年前说过:“人法地,地法天,天法道,道法自然。”所以,我们要遵循大自然本来的规律做事,不破坏环境,与其他生物和谐共处,取所当取,食所当食用,不粗犷无礼,不标新立异,做新时代守法守礼不逾矩的好公民。

  1月31日晚,人民日报发布消息称,中国科学院上海药物所和武汉病毒所联合研究初步发现,中成药双黄连口服液可抑制新型冠状病毒。

  看到此消息,我相信不少人会想起几个关键词:屠呦呦、青蒿素、疟疾。当年,屠呦呦曾说,中国医药学是一个伟大宝库,青蒿素正是从这一宝库中发掘出来的。而最近关于“双黄连”有抑制新型冠状病毒的奇效,又一次印证了屠呦呦的的论断。这可能要让一小部分一直崇洋媚外、目光锁定在西方的人动摇观念了:中药医文化历久弥新,依然是世界医药方面的瑰宝。

  作为新时代的公民,应当拥抱中华文化,相信中华文化,传播中华文化,运用中华文化造福中华,影响世界。

  当然,以上消息一经报道,很多药店的双黄连口服液一夜脱销。事实上,我们只要做好防护与预防,我们根本用不着双黄连口服液;可是,一旦我们去买药时不小心感染了新肺炎病毒,仅在家里喝双黄连口服液可能不仅治不了自己的病,而且还会感染全家。所以,我们说,要理性,要运用科学思维分析问题,任何时间都不要听到什么就马上做什么,丝毫没有自己的判断与分析。

  7天建一所容纳千人以上医院、封城封村、全国各个部门联动等等。这些在西方看来根本不可能的事情,却在中国顺利进行。西方有人士说,封像武汉这样的大城市,在西方国家几乎不可能;联合国相关人士高度赞扬中国防控力度,盛赞中国各个部门的通力合作。

  而这一切,得益于我们的制度,得益于中国正确而强有力的领导。习总书记说,社会主义制度能够集中力量办大事。通过中国的快速发展众多技术独占世界鳌头、最近疫情的防控等方面将“社会主义集中力量办大事”这一点演绎得淋漓尽致。

  从生物现象中提升生物学科思维能力,利用生物学科的知识与视角解读生物学现象、解决相关的问题,是高考所要求,更是社会发展的要求。我们生在世界上最伟大的国度,生逢最佳的社会发展机遇,我们有理由利用最优质的教育资源将自己打造成祖国的栋梁之才,为中华的伟大复兴贡献力量!

  (3)按化学组成分类:真病毒(至少含有核酸和蛋白质)、亚病毒(仅含有核酸或蛋白质)

  (4)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,而后产生核酸的复制型,成为合成子代病毒RNA的模板。

  依据病毒的形态、毒粒结构、基因组、化学组成等毒粒性质,病毒的抗原性质等诸多生物学方面的性质,经国际病毒分类委员会批准,于1998年通过了关于新的病毒命名规则。该规则确定了采用目、科、属、种为分类等级;经过修改和补充,现在的分类系统将已发现的病毒分为dsDNA病毒(即双链DNA病毒)、SSDNA病毒(即单链DNA病毒)、DNA和RNA逆转录病毒、dsRNA病毒等八大类,共包括62个病毒科、9个病毒亚科、233个病毒属。

  冠状病毒在系统分类上属冠状病毒科冠状病毒属,因外形像王冠,所以叫冠状病毒。冠状病毒属的病毒是具外套膜的RNA病毒,可以感染人、鼠、猪、猫、犬、狼、鸡、牛、禽类脊椎动物。

  2003年冠状病毒一个变种SARS病毒引起非典型肺炎。SARS是一种起病急、传播快、病死率高的传染病,被传染的病人多数都与患者直接或间接接触,或生活在流行区内。

  该病毒主要通过近距离的空气飞沫,接触病毒感染者的呼吸道分泌物和密切接触进行传播,另外,患者的消化道排泄物及其污染的水、食物和物品等也是重要的传播途径。(此段摘自《微生物学》(第2版)沈萍 陈向东)

  病毒是营寄生生活的生物,只能借助生活的细胞进行繁殖。并且病毒的特异性强,对寄主有专一性。所以病毒培养必须利用活细胞,并且需要特定的活细胞。

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