天花疫苗的发现和生产原理

探究疫苗研究的历史一、课题分析1．教学目标（1）简述疫苗的概念及疫苗作用的原理。（2）举例说明在疫苗的生产过程中现代生物工程技术的应用。（3）参与探究疫苗研究的历史，体验在科学发展过程中，科学家认识问题的思维过程和科学探索的精神。2．背景描述外来抗原进入机体后刺激机体的免疫系统发生免疫应答，这一反应过程称为免疫。由抗原诱生的免疫反应称为自动免疫。自动免疫可以通过自然状态下感染微生物获得，也可通过人工给予（接种）抗原性物质的方式获得。将疫苗接种于机体后可诱生特异性的免疫力，这样在接触相应病原体及其产物后，机体会发动加强的免疫应答，成功地消灭病原体或中和其有害产物，使机体免于发病。疫苗是利用病原微生物及其代谢产物，经过人工减毒或灭活方法制成，用于预防疾病的自动免疫制剂。过去曾习惯把用细菌菌体本身制备的称菌苗；把用病毒或立克次氏体制备的称疫苗；把用细菌外毒素经甲醛脱毒制备的称类毒素。近年来由于科学技术的发展，已开始应用提纯抗原和人工合成有效抗原的方法制造免疫预防制剂。因此，如果仍沿用以往的名称，就很难准确地、完整地概括各种形式的免疫制剂的本质，且国际用语中无疫苗、菌苗之别，加之世界卫生组织（扩大免疫规划（培训教材中，都把计划免疫所使用的生物制品称为“疫苗（vaccine）”。为避免名词和概念上的混乱，对于各种免疫预防制剂统称为疫苗。随着现代生物工程技术的发展，疫苗的生产也进入了新的阶段。例如：用遗传工程技术将表现毒力的基因自病原体移除也可研制减毒活疫苗；将病原体具有免疫原性的蛋白质的编码基因分离出来，克隆入细菌、酵母及哺乳动物细胞，表达出相应的重组蛋白。这些重组蛋白可用做重组抗原疫苗，也被称为基因工程疫苗。多种编码病原体表面抗原的基因已得到了成功的表达。在酵母中表达的乙型肝炎病毒表面抗原已被证明可诱生保护性抗体，并开始应用于临床。二、教学建议本课题从古代中国人创造的预防天花的例子入手，展示疫苗研究的历史，逐步深入阐明疫苗在自动免疫中的作用原理及生产原理。通过现代疫苗前景的举例，说明生物工程技术在疫苗生产中的作用。以上为本课题的重点。在疫苗研究的历史中，詹纳偶然的发现了接种牛

痘预防天花。巴斯德也是工作中的偶然疏忽，使他找到了人工减毒的方法，制备出了减毒活疫苗，如炭疽菌苗、狂犬病疫苗。通过对这段历史的解读，使学生体验在科学发展过程中，科学家认识问题的思维过程和科学探索的精神。这也是本课题的难点。所以，对于科学家在探究过程中所做的实验，教师可以设置一些问题，让学生设计、预测、推理等。最后，还可以针对目前人类所面临的几种具有严重危害的传染病（例如艾滋病、非典型肺炎等），请学生应用疫苗的知识提出一些设想，使理论与实际相结合，以提高学生的应用能力。三、究活动第一步骤最早的疫苗感染天花的症状关于疫苗的研究应从古代中国人创造的预防天花的方法讲起。天花是一种烈性传染性疾病，其病原体是天花病毒。感染天花病毒的病人多被夺去生命，幸运活下来的人多在面部及躯干留下分布广泛的斑点样瘢痕（俗称麻子）。在生存斗争的实践中，古代的中国人观察到将活下来的天花病人皮损处焦痂碾成粉末后让儿童吸入可以预防天花。这种粉末是人类有文字记载的最早的疫苗。这一做法也是人类以预防接种预防传染性疾病的最早的实践。感染天花的症状第一个以实验的方法证实疫苗作用的是英国医生小资料：牛痘病毒和天花病毒同属于痘病毒属。请学生猜测：为什么接种牛痘后，就不再得天花？请学生想一想：患天花而幸运活下来的人，是否有可能患第二次天花，为什么？小资料：天花病毒在自然界没有中间宿主，天花疫苗使之在人群中没有携带者，使得在全球内消灭天花成为可能。EdwardJenner，牛痘是一种人和牛都可得的传染性疾病，通常不致命。他观察到，采集牛奶的女工易患牛痘，得过牛请学生猜测：为什么接种牛痘后，就不再得天花？请学生想一想：患天花而幸运活下来的人，是否有可能患第二次天花，为什么？小资料：天花病毒在自然界没有中间宿主，天花疫苗使之在人群中没有携带者，使得在全球内消灭天花成为可能。痘的不再得天花。基于这种观察，他将牛痘患者皮肤感染后形成的浓汁注射到一个8岁男孩的臂部，几天后，他给这一男孩接种了天花病毒。结果是此男孩安然无恙。1798年，他发表了以接种牛痘预防天花的实验结果。Jenner的实验结果报道后，医务工作者在全世界的范围内开展了以接种牛痘疫苗预防天花的工作，获得了巨大的成功。1979年，世界卫生组织宣布，天花已成为第一个在地球上被消灭了的传染性疾病。第二步骤巴斯德的贡献创造巴氏消毒法的巴斯德，在免疫学上也有伟大发现。当他发现蚕豆病也是一种微生物引起的，就推测：人类和动

物所患的各种各样的传染病都可能是由不同的微生物引起的。在此基础上，1880年巴斯德发现鸡霍乱杆菌的陈旧培养物能预防鸡霍乱的感染。由于细菌在陈旧培养物中，其毒性已经降低，因此称为减毒活疫苗，若应用新鲜培养物大多数鸡死亡。又经过几次试验，他得出了两个结论：一是培养的细菌存放越久，其致病的能力超弱，且这种菌经传代培养，仍保持其弱毒的特性。二是给鸡注射毒力弱的菌，不但不会使鸡死亡，并且能够使鸡产生保护力。巴斯德为了这次工作中的偶然疏忽，使他找到了人工减毒的方法，制备出了减毒活疫苗，如炭疽菌苗、狂犬病疫苗。使人类学会了制造预防传染病的武器——疫苗。巴斯德的工作奠定了现代疫苗的研究基础。此后．免疫学和医务工作研制出了多种预防传染性疾病发生的多种疫苗，并将这些疫苗用于预防接种的实践。第三步骤奥秘何在外来抗原进入机体后刺激机体的免疫系统发生免疫应答，这一反应过程称为免疫。由抗原诱生的免疫反应称为自动免疫。自动免疫可以通过自然状态下感染微生物获得，也可通过人工给予（接种）抗原性物质的方式获得。这种通过人工接种方式应用的，可在机体诱生自动免疫的抗原性物质被称为疫苗。疫苗可以是病原体，也可以是病原体的某一产物。将疫苗接种于机体后可诱生特异性的免疫力．这样在接触相应病原体及其产物后，机体会发动加强的免疫应答，成功地消灭病原体或中和其有害产物，使机体免于发病。疫苗的效应原理，在于它可在接受疫苗的个体中诱生抗原特异性的记忆性T或B淋巴细胞。记忆性的T或B淋巴细胞当再次接触抗原后，会对抗原性物质发动强效的免疫应答，迅速将其清除。小资料：在Jenner发明小资料：在Jenner发明“牛痘”以后的一百五十年内，人们曾经设法通过接种来预防其他严重的疾病，可是没有成效。请学生设计一个验证性实验：验证减毒的鸡霍乱杆菌能防止鸡感染鸡霍乱。小资料：现在应用的减毒活疫苗有：麻疹病毒疫苗、脊髓灰质炎病毒疫苗、黄热病病毒疫苗、腮腺炎病毒疫苗、卡介苗、减毒的伤寒疫苗等。小资料：在特异性免疫中发挥免疫作用的主要是淋巴细胞。淋巴细胞是由骨髓中的造血干细胞分化、发育而来的。其中的一部分造血干细胞随血流进入胸腺，并在胸腺内发育成淋巴细胞。因为胸腺英文名称的第一个字母是“T”，所以把这一类细胞称为T淋巴细胞。另一部分造血干细胞在骨髓在发育淋巴细胞。因为骨英文名称的第一个字母是“B”，所以把这一类细胞称为B淋巴细胞。请检验：你对接种牛痘后就不再得天花的解释是否正确？利用新技术如基因（遗传）工程的方法可以制造出崭新的疫苗。例如可以从致病微生物中分离出抗原遗传信息的基因，嵌合到另一种易繁殖的微生物或细胞（如酵母菌、大肠杆菌或哺乳动物细胞）中，使重组后的细胞生长繁殖，即能请学生想一想：在此资产生特异抗原。基因工程的施工操作技术，说起来简单，做起来却极其复杂。但它的成功可以使人们按自己的设计制造料中，用到了哪种生物工程请学生想一想：在此资出需要的疫苗来。这项技术已在制备乙型肝炎疫苗中取得可技术手段？喜的成绩。科学工作者还将能表达乙型肝炎病毒表面抗原、流感病毒抗原与疱疹病毒抗原的基因都插入牛痘苗病毒，制成特殊的牛痘苗，接种这种疫苗能同时预防由上述四种病毒引起的传染病。有人还试验将痢疾抗原的基因整合到伤寒活菌苗菌株内，口服后，能同时产生对伤寒和痢疾的免疫。第五步骤请你思考据报道，目前全世界有250多万人感染乙型肝炎病毒，每年有100万〜200万人死于疟疾，由轮状病毒、志贺菌、霍乱弧菌、产毒大肠杆菌引起的腹泻每年夺去400万〜500万人的生命。据在1995年的估计，全世界感染艾滋病病毒的人约2千万。另根据世界卫生组织的材料，全世界每年200万人死于麻疹，80万人死于新生儿破伤风。2003年春天，在全球局部地区相继发生传染性非典型肺炎，在世界范围内构成健康威胁。针对这样的现状，请提出你的想法？四、分析讨论1．疫苗生产的原理是什么？简析：常规的疫苗主要是活疫苗和死疫苗及用细菌外毒素经甲醛脱毒制备的类毒素。活疫苗是指人工定向变异或从自然界筛选获得毒力减弱或基本无毒的病原微生物制成的预防制品，又称减毒活疫苗。常用的活疫苗有预防结核病的卡介苗，预防麻疹的麻疹疫苗，预防小儿麻痹症的脊髓灰质炎疫苗等。活疫苗的优点是微生物进入机体后，能继续繁殖．所以免疫效果持久、可靠。由于减毒活疫苗引起的机体免疫应答更接近于自然感染，因而比死疫苗具有更佳的免疫效果。用物理或化学方法将标准微生物株杀死或灭活而制成的预防制剂称为死疫苗。死疫苗失去感染力和致病力，但保留其免疫力，可刺激机体产生免疫应答。常用的死疫苗有伤寒、霍乱、乙型脑炎等。死疫苗的优点在于安全，易于保存。死疫苗的免疫效果比活疫苗差。随着生物工程技术的发展，出现了新的疫苗研究策略。例如：用遗传工程技术将表现毒力的基因自病原体移除也可研制减毒活疫苗；将病原体具有免疫原性的蛋白质的编码基因分离出来，克隆入细菌、酵母及哺乳动物细胞，表达出相应的重组蛋白。这些重组蛋白可用做重组抗原疫苗，也被称为基因工程疫苗。多种编码病原体表面抗原的基因已得到了成功的表达。在酵母中表达的乙型肝炎病毒表面抗原已被证明可诱生保护性抗体，并开始应用于临床。讨论：（1）为什么接种牛痘后，就不再得天花？牛痘病毒和天花病毒同属于痘病毒属，人体感染牛痘后，可诱生特异性的免疫力。当接触天花病毒后，机体会发动加强的免疫应答，成功地消灭天花病毒，使机体免于发病。（2）患天花而幸运活下来的人，是否有可能患第二次天花，为什么？不会再患第二次。因为患过一次天花而痊愈的人，体内已获得了免疫力。所以不会第二次患病。（4）第四步骤的资料中，应用到了哪种生物工程技术手段？基因工程发酵工程（5）请学生设计一个验证性实验：验证减毒的鸡霍乱杆菌能防止鸡感染鸡霍乱。步骤1给第一批健康的鸡注射减毒的鸡霍乱杆菌。（预期结果：这批鸡将小病一场后复原。）步骤2再取相同数量的健康的鸡，把强毒性的鸡霍乱杆菌分别注射到这两批鸡。（预期结果：第一批鸡将都活着，第二批鸡大量染病死亡）注意：步骤1、2所用菌的剂量要等量。2．针对对于第五步骤的资料，请提出你的设想？简析：麻疹和新生儿破伤风两种疾病都可通过预防接种得到完全的预防。但由于经济和科学发展尚滞后，针对有些传染性疾病。仍无有效的疫苗或未进行广泛的预防接种。到目前为止，还未开发出抵抗艾滋病病毒的疫苗。科学家也正努力研制“非典”疫苗。为控制、消除、消灭疫苗可预防的疾病。一、要应用现代生物工程技术不断开发免疫预防制品。二要规范化、科学化管理预防接种工作。讨论：资料：非典型肺炎主要是由流感病毒、支原体、衣原体、腺病毒以及其他未明的微生物所引起的肺炎。非典型肺炎主要由受感染者的飞沫近距离传播，接触受感染者的分泌物也会受感染，是一种呼吸道急性传染病，有比较强的传染力。致病病毒能在空气中存活4到5个小时，手会成为它们的依附体，而手又经常接触眼、口、鼻等身体部位，这些粘膜组织的外壳蛋白会成冠状病毒与人体细胞相结合的受体，进而成为病毒进入人体的通道。目前，科学家已分离出非典型肺炎的病原体一一新型冠状病毒。为了搞清楚它的来源，科学家作了基因的分析比较，发现分离出的新型冠状病毒与已知的冠状病毒基因同源性达到64％。快速检测非典型肺炎的第一种方法称为间接免疫荧光法，即把感染病毒的细胞固定在一个小玻片上，这个玻片上有病毒，然后把病人的血清滴在这个上面，若血清中有跟这个病毒反应的抗体，它俩就可以结合，然后加上另外一种带有荧光的试剂，在荧光显微镜下，玻片上会有荧光显现。（1）根据材料分析，这次的新型冠状病毒可能是通过（基因突变）产生的全新品种。（2）快速检测非典型肺炎时，病毒与抗体之间的反应称为（免疫反应）；在荧光显微镜下检测时，玻片上有荧光显现，说明（病人感染SARS病毒）。（3）根据这种冠状病毒造成的传染特点，你认为该如何预防，并写出预防的措施。.①SARS是一种传染病，严格控制传染源，切断传播途径，保护易感人群都是有效的预防措施。②SARS是一种呼吸道急性传染病，对空气的传播的途径切断是行之有效的，如病人和接触者戴口罩，保持空气流通，对空气进行消毒等。③抓住治疗药物筛选、诊断试剂、疫苗研制的关键科技问题，组织药物攻关，尽快提供有效的防治药物和诊治手段。四、深化拓展拓展1：搜索基因工程在疫苗生产上应用的资料。提示：乙型肝炎表面抗原和去毒的百日咳毒素是两种已商品化的基因工程疫苗。大量的候选疫苗同时预防的疾病因子包括：单纯疱疹病毒、流感病毒、人免疫缺陷病毒，恶性虐原虫和幽门螺旋杆菌，正在进行临床试验。转移载体用于表达理想的抗原包括病毒（痘病毒、腺病毒、流感病毒）和细菌（沙门菌、志贺杆菌、卡介苗）。痘病毒已证明具有特殊的多样性，因为其有低反应原性，能诱导细胞免疫，表达多价抗原，能被转移至粘膜诱导局部免疫。搜索资料，了解基因工程在疫苗生产上的应用。拓展2：搜索疫苗有哪些种类。提示：疫苗的类型主要有减毒的细菌和病毒疫苗、灭活的细菌和病毒疫苗、纯化抗原的疫苗、合成的多肽疫苗、重组抗原疫苗、重组载体疫苗、基因敲除疫苗等。搜索疫苗的种类，了解各种生物工程技术在疫苗生产上的应用。六、文献链接1．制备疫苗的原则要求疫苗是用于健康人接种，因此它不同于一般的药品，而是一种特殊的药品。绝不允许质量不好的疫苗用于人体，否则给人接种后会带来严重的后果。所以制备疫苗必须严格按照国家颁布的规程进行。疫苗必须具备以下条件；（1）疫苗必须是安全的，接种疫苗后不应引起机体、组织、器官的损伤，更不应引起相应的疾病或持续的感染。（2）疫苗要纯净，不应有杂质，否则会使被接种者发生变态反应。（3）疫苗应高效，有良好的预防效果，在机体可以产生保护性免疫，并有较长期的免疫力。（4）疫苗应有较好的耐热性，易于运输、保存。（5）接种方法简便，容易操作，接种次数少，最好是口服。通过粘膜表面使用疫苗，易于为被接种者接受。（6）价格低廉，宜于大规模推广。WHOEPI希望疫苗每剂的价格应少于5美分。（7）必须经过国家检定机构