重点研究方向与内容在线视频

那下面

我想跟大家

简单的介绍

知道了目标

知道了方向

那它

真正研究的内容

是什么呢

也就是说

是传染病和微生物学

重点的研究方向是什么

大家可以想想

凡是跟它相关的

肯定

是它的研发重点和内容

只不过为了方便起见

我给大家简单的

列出来这几个方面

一个是它的分离鉴定

和分类净化

比如说因为微生物在

世界范围存在的种类是非常多的

跟我们人类疾病相关

也是非常多的

所以分离鉴定

和分类净化

本身就是一个庞大的

非常重要的研究方向

另外它的这种

形态

结构

特别是在形态结构了解的基础上

它是怎么在细胞水平

个体水平进行生长和繁殖的

它是怎么进行

生理代谢

遗传变异情况

因为有很多微生物它的特点

在生理代谢过程中

是持续性的

进行遗传变异

并且不仅仅它自己有特定的生物学特点

它跟宿主之间

有一个相应的作用

并且特别是一些致病的

这些微生物它的致病机理是什么

由于它是传染性

疾病所导致的

这种微生物

所以它必须有特定的传播的途径

以及通过传播

在整个生态范围有它分布的特点

针对这些微生物

有没有药物

有没有预防

它的治疗和防治是一个什么样的现状

针对于现在全球

交流的

日益增多

所以我们

在全球健康情况下

如何能把我们的

关口前移

把一些疾病的爆发

特别是传染病爆发

控制在

这都是现在

传染病

和微生物学重点的研究方向

在大体的研究方向情况下

在过去的

一段时间里

特别是在近200年来

我们在微生物学和传染病学方面

取得了很大的成绩

非常非常多

但是介绍起来

会非常纷乱

但是我想

万事不离主线

还是把相应的一些比较

重要的

突出的科研成果和个人

向大家简单的介绍一下

下面我就

针对重点研究的成果

分析

跟大家进行讲解

主要是突出一些在过去的

特别是近200年来

在微生物学

和传染病领域取得的一些

突出的成果和相关的个人

首先是

对于微生物的分离

鉴定和分类净化

在我们现在分离鉴定的

和微生物中的

大致可以把这些分成四大类

根据他们一些生化的特征

复制特征

和大小

形状

分成这四类

主要包括病毒

细菌

真菌和寄生虫

这个表

突出了一些

这四类微生物他们之间的一些

异同点

病毒是不具有细胞形状的

细菌真菌寄生虫具有细胞形状

从大小来看

病毒最小

细菌次之

真菌稍微大一些

寄生虫更大

从它的分裂程度来看

病毒不具有

二分裂能力

而细菌通过双分裂

进行繁殖

而真菌通过一些出芽

或者说通过有丝分裂

而寄生虫是通过有丝分裂

我把这些

细菌病毒和细胞

还有相应的一些

参考放到同一个尺度上跟大家

来介绍

它的形态结构与大小

中间那个

红箭头

表示着我们人的

头发的直径的大小

大概在几十个微米的范围

红线的左面

是细胞的大小

都在微米

和毫米之间

所以你可以看到

由于

这个细胞

红线和头发左右在这个范围内

是我们用肉眼看不到的

包括红线右边的细菌

所以就是为什么

把细菌

和相应的一些

看不见的生物叫成微生物

所以我们必须

借助于

普通的光学显微镜

就是底下这个浅紫色标记的

才能看到

看到细胞头发细菌

病毒大小是在

10的-7次方

就是在细菌的右面

Poxvirus实际上是痘病毒的一种

右边的

带20面体的结构

上面带小突触的

是腺病毒

它的大小跟细胞内核糖体的大小

差不多

都在纳米级别

要看清纳米级别的这些

细微结构

是通过光学显微镜是看不到的

必须介入与电子显微镜

不过再往下走想看到

细微的蛋白

和小分子的结果

必须借助于

X光晶体衍射

如果再往下看呢

看到I10的负10次方

米的

分辨率必须借助于X光

和核磁共振

所以可以看到

病毒和细菌的的确确是在

用肉眼看不见的

大小范围之内

从它的形态来看最大的中间这个

是我们常规的

这种Bacteria大肠杆菌

而中间是Chamydia

也是一个比较小的细菌

比较小的细菌的大小

跟比较大的病毒的大小

像Poxvirus

和Paramyxovirus是一样的

当然你可以看到上边一些圈圈点点

或者不同形状的

都是基于不同大小的

不同病毒的形态

如果用电子显微镜

再看不同种的病毒

就可以看到病毒与病毒之间的形状

是非常不一样的

最左边是烟草花叶病毒

这个电镜状况可以看到

它就是一个桶状的棒状的

核酸物质遗传物质

中间是以RNA分子形式存在的

外边

沿着它螺旋

排列了很多同样的大小的蛋白

这样就构成了一个非常简单的

烟草花叶病毒

左边第二个呢

是我们

看到的腺病毒

它是一个二十面体的

包裹的

DNA的一个病毒

这种形式

20面体结构在很多的病毒

结构上都会被发现

因为它是一个最经济实惠

同时最能够

提供

保护遗传物质的一种

空间构想

左边第三个也就是右边第二个

是流感病毒

流感病毒的遗传物质

是分段的

除了它具有它的这种

蛋白

包裹之外它外边

还有一层

来自于宿主细胞的膜

所以跟左边两个

病毒有着天壤之别

根本的区别就是它不仅仅自己的

壳蛋白和遗传物质

外边还包裹了一层

从宿主细胞来

的膜

所以我们管它叫

具有膜的病毒

最右边的奇形怪状的

是细菌的病毒我们称之为噬菌体

所以你可以看到

病毒的形态也是千变万化的

如果我们通过

晶体结构

看病毒这个病毒是什么呢

这就是我们

经常说起的

脊髓灰质炎病毒

可以看到

这个病毒在超高分辨率的情况下

它显示着是一个

非常对称的

非常具有

结构特征的

一种结构而不是我们想象的

在微观世界它们肯定是

杂乱无章的

左上角这张图可以看到

中间有一个特别像五角星的

它是一个五元对称的结构

还有再往下走有点像

小孩玩的风车结构

它是一种三元对称的

这种

特别是以Polio病毒

脊髓灰质炎病毒

为标准的

这种肠道小病毒

它大多数都具有对称结构

知道了病毒的结构

病毒的分类是怎么

分类的呢

因为病毒种类太多了

但是现在我们对于病毒分类

也有多种方法

其实也不是

很乱

非常的直接了当

有的呢

只不过是分类的方式和方法不一样

有的病毒

是依据它所导致的

疾病

而命名的

比如说他的rabies virus

poliovirus这是它

导致polio和rabies

所以管它叫polio和rabies virus

也有的是

按照导致疾病的这种

症状

来命名的

比如说leukemia virus

白血病

因为它是

导致白血病

所以叫白血病病毒

还有

免疫缺陷病毒就是所谓的

艾滋病病毒

因为它导致免疫缺陷

所以叫人类免疫缺陷病毒

还有是以它

分离的方法分离的地点来命名

比如说Sendai virus

就是在日本的仙台发现的

所以这病毒叫Sendai virus

还有的病毒叫Coxsackie virus

Coxsackie virus是在

美国纽约上州的一个地方

叫Coxsackie

这个病毒被命名为Coxsackie virus

还有的病毒

是利用它的传播方式

来命名的比如说

arbovirus

由于这些

病毒主要是通过蚊子

和一些空虫来传播

所以我们管这类病毒叫arbovirus

还有是以发现者的名字命名

比如说Epstein-Barr virus

感染我们呼吸道的

并且跟鼻咽癌有相关关系的病毒

或者它是一种疱疹病毒

所以叫Epstein-Barr virus

我也希望

在做的同学们有朝一日也能

发现一些新的病毒

用你自己的名字来

命名新发现的病毒

还有的命名方式是一些

人为的

意念

或者说是一些

鬼神的一些迷信的

方式来命名的

特别是现在

dengue virus就是我们现在讲的

在咱们

中国的广东

还有台湾以及

云南流行的

dengue virus实际上它

是一个evil spirit

是非常邪恶的一种

神

我们经常说的

influenza virus就是流感病毒

实际上是influent

是一种非常

bad air

是恶劣的空气的意思

当然还有

命名的方法是

组合式的

比如说

Rous Sarcoma virus

就是以它的发现者和实体瘤的

共同的特征来命名的

所以是Rous Sarcoma virus

病毒在体内的复制特点

跟其它三个

细菌真菌和

寄生虫是完全不一样的

病毒因为它没有自己复制机器

所以它必须是通过

宿主的细胞进行

复制

并且

不是所有的细胞都可以被病毒感染

也不是

一个病毒可以感染所有的细胞

特定的病毒

必须感染特定的宿主

特定的宿主内的细胞

才能达到正常的完美的复制

左边这张图

显示了它在

病毒复制的

过程

包括有膜病毒的

和没有膜病毒

覆制的大概过程

它这个过程实际上

是一个连续的持续的过程

但是

科学家为了清晰的

研究酶

整个过程把

大概的过程分成了

几个重要方面

包括

这些

怎么识别靶细胞

怎么跟靶细胞上面的东西进行

touch就是它接触到了

同时它跟

细胞表面的特定蛋白结合

然后诱导

病毒

把它的遗传物质

注入到

靶细胞里面

然后利用靶细胞里的

蛋白和

核酸的复制机器

来合成自己的

蛋白质

和遗传物质

最后经过自我的组装

通过它的出芽方式

或者裂解方式

最终把自己合成的病毒

释放到细胞体外

这个过程

实际上大多数的病毒

都走同一个过程

但是细节

有非常大的区别

所以在病毒学界

如果能研究

一个病毒

在一种细胞里的全过程

或者说有些科学家

只是在研究一步

就会花出整个毕生的经历

那我们讲到了

病毒

那细菌的形态

是个什么形态呢

实际上我们现在

可看到的细菌大多数可以有

三种不同的形态和

多种不同聚居的方式

比如说

第一种方式

Cocci它是一种

圆形的

它聚居在一起通过

chains的方式或者clusters的方式

第二种

它是一种Bacilli

是一种棒状的rods

它这样的形状

还有相互作用的不同方式

有的是圆头的有的是尖头的

所以你可以看到即使在

Bacilli的这种棒状情况下

还有一些微小的变化

第三个形态是这种螺旋体

螺旋体形态

它的螺旋的程度是不一样的

左边的就螺旋程度低一点

右边的就螺旋程度高一点

当然它的形状

和它的功能结构是对应的

细菌的结构比起

病毒的结构要复杂的多

因为它是一个

独立的

一个生命体

而病毒必须依赖于宿主细胞

才能进行生存复制

细菌结构有一个

基本的结构包括

常规我们所说的细胞壁

细胞膜

细胞质

还有它的核质

但是细菌有它特殊的一些

结构特征

包括一些荚膜

它的鞭毛

还有它的一些

菌毛以及一些芽孢

芽孢就是细菌

在特殊的恶劣的外界情况下

而暂时形成的一种

特殊的结构

而抵御外来的

不良的环境

为了进行

细菌分类

在整个研发过程中

发明了特别是

在两位德国科学家

和一位

丹麦科学家

发明了

革兰氏的分类方法

染色方法

而把细菌可以大概分成

革兰氏阴性

和革兰氏阳性

它主要是通过四种染色方法

而基于细胞壁结构的不一样

染出来是不是紫色

还是红色

当然随着现代的

生命科学技术发展

特别是

基因组学和

测序的发展使得我们

在分类方面

依赖于它的

基因的序列

更加的准确

更加的快速

细菌的复制

不像病毒的复制

依赖于

宿主细胞

而它自己在

特定的环境情况下

通过二分类的方法

就可以复制

它实际上是一个

指数增长的分裂方式

并且不同细菌之间

它所生长的速率是不一样的

像我们经常看到的

听说的大肠杆菌

它的复制

速率差不多在

23分钟

而我们

经常说到的

结核菌

它的

复制速率

长达24小时或更多

无论如何哪个菌在

在体外的培养液

生长的过程中

基本上是分了四个

时期

有刚开始的延缓期

和对数生长期

以及在

产生和死亡的相对稳定期

以及最后

死亡大于

新生的衰退期

不同的菌

他的生长的速率

和动态变化是不一样的

这由它

每个菌特定的

生理学

和结构生物学

以及它的生理特征

结构特征

所决定的

最奇妙的是

虽然我们周围

有这么多的微生物

有这么多的致病菌

致病病毒

我们正常人

平时活得挺健康

这主要得益于

我们身体里的

有非常强大的

免疫反应

有强大的免疫系统

对这些

微生物

有非常强的

杀伤作用

得益于我们

人体能保持健康的状态

但是在特殊的情况下

特别是我们在

器官移植

和我们

艾滋病感染

导致我们免疫系统

下降的时候

我们就特别容易

被微生物所感染

这也就是我们

经常所说的

机会性感染

这些机会性感染

对于这些免疫缺陷

或者说是由于

器官移植

所造成的免疫抑制病人

会有致命性的打击

宿主

和它这些致病机理

特别是这些

微生物有机体的免疫作用

是我们

微生物学

和传染病的研究

重点的重点

左边这张图实际上就

突出了我们

机体里头

一些重要的免疫器官

包括胸腺

包括

脾脏

包括骨髓

还有包括其他的一些

淋巴结

等等

所以在宿主相互作用于

致病机理方面

有很多的问题

可以想象到

首先就是

这些

微生物是怎么进入机体的

我们机体的

初期的免疫反应是什么

它是

早期的复制是在哪发生的

它是在体内怎么扩散的

器官和组织

是什么被它们感染的

这些感染我们机体

是不是能给它清除掉

或者说它们变成了一个

持续的慢性的感染

或者我们体内

真正的具有保护

的免疫反应是什么

然后在个体程度上

如果在个体之间这些

微生物

或者说这种致病的

病原体是怎么传给

其他的个体

这都是我们在

研究宿主互作

以及致病机理的

关键问题

这张图跟大家显示

实际上是

一个致病菌

或者一个

致病的病毒

进入机体之后

在左边这张图

它所呈现的

临床的症状以及

跟临床症状相关的一些

机体的

反应

进入机体之后

它肯定有

一个incubation一个潜伏期

到第二有一个中度的症状期

最后可能发展成为

疾病其

当然

在对应的

当初的

潜伏期肯定是

致病的微生物

冲破了机体的

障碍

不管它是粘膜

还是皮肤

还是通过什么方式

而进入机体

机体就会

对这些

入侵的微生物

进行马上的免疫反应

也许很成功的控制在源发地

也许控制不住

而导致这些微生物

通过血液

通过淋巴

通过神经

而扩散到整体

然后机体就会诱导

更高级的免疫反应

特别是我们所说的

就是这些adaptive immune response

更高级的免疫反应

而入侵的这些病毒和

系统扩散的

微生物

展开又一轮的

免疫攻击

也许这个

免疫反应

是成功的

最终就会恢复

也许不成功

而致使

机体死亡

所以就看到

研究整个临床表现

以及在临床表现

之下的

微生物和机体反应状况

实际上是微生物学

传染病研究的

重点之一

右边这张图体现了

微生物在

体内

或者是在个体之间的

传播的一种

模式图

实际上病毒

或者细菌在体内的扩散

它不是绝对平等的

个别的细菌或者个别的病毒

很容易

从

一个组织传到另外一个组织

或者说是优先于

其它的

细节和病毒

传播到另外一个组织

言外之意

细菌与细菌之间

病毒与病毒之间

的竞争

也是非常强烈的

或者说

哪一个病毒

从这个个体传到另外一个个体

而没有被传到另外一个个体

它们之间的遗传学的基础

和生物学的基础

都是我们

微生物学研究的重点的重点

大家可以想象

如果我们搞清楚了它的

传播的优势

基因

传播的优势的表型

我们就可以针对

这些优势的基因和表型

而展开

研发

如果能阻断它的话

对于病毒在体内的传播

以及体间的传播

会起到更有效的作用

那我们人体的

保护免疫反应呢

实际上在保护我们机体里

起到了非常重要作用

这张模式图实际上

突出了我们体内抗体反应

实际上包括我们抗体之外

还有一些T淋巴细胞

和细胞介导免疫

反应都很重要

一个细菌一个病毒

进入体内之后

我们身体里就会产生出很多

针对于入侵的

细菌和病毒的

抗体反应

这些抗体反应实际上是

我们现在

计划免疫

疫苗里

所诱导出来的

具有保护性能免疫反应

由于新技术的开发和利用

我们现在可以

比以前

不知道容易多少倍可以从

感染

或者说恢复个体身上

把这些抗体

分离出来

对它进行结构

和功能的研究

把这些抗体研发成

治疗和预防

传染病的药物

同时由于

病毒和细菌的表面蛋白

是它进入

细胞最重要的

靶标

和导向

所以如果我们

把它表面蛋白作为

疫苗的候选

可以诱导出

体内的反应

特别是抗体反应

来阻断病毒和细菌的进入

特别是病毒进入细胞

而提高疫苗的保护能力

所以可以看到机体里

抗体介导的

T淋巴细胞介导的

保护性免疫反应

在保护机体免于

或者说缓解由于

微生物而导致的

疾病

起到了

关键的作用

抗体

中间这张图具有

英文字母Y型结构的

就是我们经常说的抗体的

示意图

它左边和右边

显示出

抗体在整个

形成复杂型抗体

过程中

B淋巴细胞

编码这些

抗体的基因的重排

和复杂的优化程度

所以这个具有Y型的抗体

虽然看起来结构简单

但是它的顶部

所能识别的

可识别的

或者说在一生中

所能够识别的

外来的微生物的

种类和数量

是极大的

也就是说由于它的

极大的广谱性

和多样性

而给我们机体里提供了

这种完全的保护

或者说非常有效的保护

还有一个

在我们

预防

传染性疾病或者说

抗击

微生物非常有效的

就是我们机体里

通过疫苗所诱导

出来的保护性的免疫反应

左边这张图实际上是显示了

我们机体免疫细胞

T细胞介导的

抗体所介导的

或者说

在整个相关免疫细胞

在体内的

成熟发育过程

右边这张图

体现的是

由疫苗

特别是那个绿的

疫苗所诱导出来体内的

包括B淋巴细胞

T淋巴细胞免疫反应

而使得我们机体里

对

这种

预先所进来的

不具有致病性的

一些

微生物的一些组分

产生反应

产生记忆

而对我们

生活过程中

后续真正来的一些活病毒

或者说活细菌

真正遇到后而

产生免疫反应实行保护

这就是我们

疫苗

充分利用免疫反应

而

达到保护

作用的

最根本的道理

最后简单介绍一下

这个

微生物在个体

之外的一些

相关的一些发现

特别是有关传播

途径和它的生态分布

实际上在这方面

贡献最大之一的科学家

是英国的John Snow

它是一个非常著名的医生

当时在

19世纪英国

由于工业革命的

发展

以及相关的城市化的进程

加速

使得污染

和传染病特别恶劣

当时在伦敦

Broad Street

流行的

这种

祸乱

有很多人都不知道为什么

John Snow进行了系统的调查

发现

后来的人都集中在

河流的其中一部分

并且跟其中一个水泵有关系

所以它就认为

这个水泵上肯定是污染了一些

什么样的微生物

而导致了这种

祸乱

在伦敦的

爆发

后来经过利用它自己

发明的这种

消毒方法

而把

这种

水泵进行了消毒

从而

缓解了

或者说阻止了

祸乱

在当地的进一步

这就是我们

它做的系统研究

跟我们现在所说的

流行病学

非常相像

所以

大家都公认为

John Snow是流行病学的

鼻祖之一

到现在

特别是在中国

我们同样对有些

传染性的疾病

它的传播途径和生态分布

有一个

非常强烈的认识

特别是在2003年

爆发的SARS

以及

2008年

所暴发的高致病性禽流感

它们所

疾病暴发的地点

和它流行的趋势

实际上都是微生物学研究的重点

在2014年所暴发的

埃博拉

实际上也强调

研究它的传播途径和

生态分布的重要性

大家现在都不大清楚

当时2014年埃博拉是怎么来的

从现在的遗传数字

和它的这种

生态分布来看

大家都可能

推测

从蝙蝠

通过某种方式

传播给中间的宿主

然后在某种程度上传播给了人

除了病毒的这些分布

和这种传播途径之外

其实

特别是超级细菌在

全球的现在分布

也特别令人担忧

超级细菌实际上是

对我们现在的

antimicrobial

多种的都产生了耐药

使得

我们现在治疗方法

对它根本就没有效

所以

对于

超级细菌

在

全球的分布

它的现状了解

特别是

如何研发抗

超级细菌的

有效的药物和预防方法

变成了我们

微生物学界的

最重要的

方向之一

刚才

所简述的

重大成绩

重大结果进行分析

可以看到

对于多数的致病微生物的分类

它的形态

还有它的结构

复制特点

还有宿主的作用关系

流行传播预防与治疗

疫苗和药物等方面

我们都取得了

非常大的进步

但是在关键的致病机理和保护

机制

特别是免疫保护机制方面

仍然缺乏清晰的全面的理解

所以

根治慢性感染

还有相当一段的距离

耐多药和新发突发的

致病性的微生物

是潜在的巨大风险