疫苗——生小病防大病

前幾天,新型冠狀病毒的疫苗研發工作已經開始,目前已經成功分離病毒,正在篩選種子毒株

另外,中國疾控中心正在進行新型冠狀病毒肺炎的藥物篩選

其實說到疫苗,發展疫苗以預防病毒性疾病是現代醫學的標誌之一

回顧歷史,第一支疫苗是由愛德華詹納於1796年研製的,18世紀,在天花肆虐的歐洲,詹納注意到染上牛痘(一種相對無害的傳染病)的擠奶女工似乎對天花有種特殊的抵抗力

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詹納正在給小孩子接種疫苗

而關於天花也無須贅言,簡單來說就是天花是一種人類疾病,經常達到流行病的水平,死亡率極高

很明顯,詹納的理論是正確的,牛痘是一種動物疾病,與天花相似,但是,人類對注射牛痘病毒的反應會以某種方式教會人體對這兩種病毒作出反應,而不會導致重大疾病或死亡

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牛痘病毒

今天,天花已經完全根除了,現在這種致命的病毒只有兩個冷凍樣品存在(一個在美國,另一個在俄羅斯)


關於病毒

病毒是由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質構成的非細胞形態,為類生物,無法自行表現出生命現象,靠寄生生活的介於生命體及非生命體之間的有機物種

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簡單的皰疹病毒

病毒可以感染幾乎所有具有細胞結構的生命體,第一個已知的病毒是菸草花葉病毒,由馬丁烏斯·貝傑林克於1899年發現並命名,迄今已有超過5000種類型的病毒得到鑑定

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荷蘭微生物學家馬丁烏斯·貝傑林克

病毒的形狀和大小(統稱形態)各異,大多數病毒的直徑在10-300納米(nm)。一些絲狀病毒的長度可達1400nm,但其寬度卻只有約80nm

病毒的形態一般可以分為以下四種:

螺旋形

螺旋形的衣殼是由殼粒繞著同一個中心軸排列堆積起來,以形成一箇中空的棒狀結構

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菸草花葉病毒結構

這種棒狀的病毒體可以是短而剛性的,也可以是長而柔性的。具有這種形態的病毒一般為單鏈RNA病毒,研究得最多的就是菸草花葉病毒,但也有少量單鏈DNA病毒也為螺旋形

正二十面體形

大多數的動物病毒為正二十面體或具有正二十面體對稱的近球形結構,毒之所以採用這種結構可能的一個很重要的原因是,規則的二十面體是相同殼粒形成封閉空間的一個最優途徑,可以使所需的能量最小化

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具有正二十面體結構的腺病毒的電鏡照片

包膜型

一些病毒可以利用改造後的宿主的細胞膜(來自細胞表面的質膜或細胞內部的膜,如核膜及內質網膜)環繞在病毒體周圍,形成一層脂質的包膜

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帶狀皰疹病毒的電鏡負染照片顯示其病毒顆粒周圍環繞在包膜裡

包膜上既鑲嵌有來自宿主的膜蛋白也有來自病毒基因組編碼的膜蛋白;而脂質膜本身和其中的糖類則都來自宿主細胞,包膜型病毒位於包膜內的病毒體可以是螺旋形或正二十面體形的

<strong>而本次的新型冠狀病毒就是一類帶有包膜的RNA病毒,它們之所以在電鏡下看上去像皇冠,是因為包膜上有特殊的刺突蛋白(Spike protein)

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新型冠狀病毒*圖片來自中國疾控中心

複合型

與以上三類病毒形態相比,複合型病毒的結構複雜得多,它們的衣殼既非完全的螺旋形又非完全的正二十面體形,可以有附加的結構,如蛋白質組成的尾巴或複雜的外壁。有尾噬菌體和痘病毒都是比較典型的複合型病毒

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有尾噬菌體的結構

首先明確的是病毒不能自行繁殖,只能通過接管宿主細胞的細胞核,並指示細胞製造更多的病毒。當病毒成功入侵生物體時,它會接管宿主的細胞生長過程

在正常情況下,人體對病毒入侵的反應有幾種不同的方式

對病毒的普遍免疫力可以由作為病毒入侵目標的體內細胞產生,在這種情況下,病毒被阻止進入宿主細胞

一種更為常見的保護措施是人體產生破壞或限制入侵病毒效力的血液和淋巴細胞的能力,即免疫活性物質如溶菌酶等

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免疫系統——人體的第三道防線

通常情況下,受感染的人體會在未來“學習”如何應對特定的病毒,因此單一的感染,特別是來自相對良性的病毒,通常會教會身體如何應對來自同一病毒的額外入侵

例如,普通感冒是由數百種病毒中的一種引起的,感冒痊癒後,大多數人對引起特定感冒的特定病毒具有抵抗力,儘管類似的感冒病毒仍會引起相似或相同的症狀

對於一些無害的病毒,一個人甚至可以在沒有明顯疾病的情況下產生免疫力


疫苗怎麼生產的

任何一種病毒通常有幾種變種或株系,疫苗通常由一組以上的相關病毒製成;對多價疫苗的預防性反應可能會導致對幾乎所有的變種產生免疫力,或者至少對一個人可能遇到的變種產生免疫力

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疫苗

疫苗的生產從少量的特定病毒(或毒種)開始,首先病毒必須沒有雜質,包括其他類似的病毒,甚至是同類型病毒的變種

此外,毒種必須保存在“理想的”條件下,也就是冷凍的,以防止病毒變得比預期的更強或更弱

其儲存在小玻璃或塑料容器中,存放的冰櫃需要保持在規定的溫度下,冰櫃外的圖表和/或刻度盤持續記錄溫度,如果溫度超出範圍,傳感器將發出聲音警報信號或計算機警報

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在明確規定的條件下(即在室溫或水浴中)解凍並加熱種子病毒後,將少量含病毒的細胞放入“細胞工廠”中,通過添加適當的培養基,病毒細胞可以繁殖

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每種類型的病毒都在一種特定的培養基中生長得最好,這種培養基建立在製造前的實驗室程序中,但所有培養基中都含有某種形式的哺乳動物蛋白質,比如從奶牛血液中提純的蛋白質

培養基中還含有其他促進含病毒的細胞繁殖的蛋白質和有機化合物,就病毒而言,細胞工廠的培養基是繁殖的宿主,與適當的培養基混合,在適當的溫度和預定的時間內,病毒就會繁殖

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除溫度外,還必須監測其他因素,包括混合物的pH值,雖然細胞生長的容器並不是很大,但是有很多閥門、管子和傳感器與之相連

傳感器監測pH值和溫度,此外還有用於添加介質或化學物質(如氧氣)以保持pH值的裝置、用於顯微鏡分析的樣品提取位置

然後將細胞工廠的病毒從培養基中分離出來,放入第二種培養基中進行額外生長,四五十年前的早期方法是用一個瓶子來盛放混合物,結果生長出來的是一層漂浮在培養基上的病毒

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很快人們發現,如果在病毒生長的過程中轉動瓶子,會產生更多的病毒,因為瓶子的所有內表面上都生長著一層病毒

20世紀40年代的一個重要發現是,在培養基中添加酶能極大地促進細胞生長,其中最常用的是胰蛋白酶,酶是一種蛋白質,在細胞的供養和生長中也起催化劑的作用

生長中的病毒被保存在一個比細胞工廠大但與之相似的容器中,並與一些“珠子”混合在一起,這些“珠子”是病毒可以附著在其上的微小顆粒,其使用為病毒提供了一個更大的附著區域,從而使病毒生長得更快

當有足夠數量的病毒時,混合物通過一個過濾器,其允許病毒通過,但作為微載體的“珠子”無法通過,接著將其離心幾次,把病毒從中分離出來,放在一個容器裡,然後從中取出

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最終的疫苗要麼是減毒(弱毒)病毒,要麼是殺滅的病毒,選擇哪一種取決於許多因素,包括疫苗的效力及其副作用

為了保護疫苗的純度和生產、包裝疫苗的工人的安全,在整個過程中都要觀察實驗室的清潔情況,所有病毒和媒介的轉移都是在無菌條件下進行的,所有使用的儀器在使用前後都在高壓滅菌器中消毒

執行該程序的工人穿上防護服,同時製造室本身有特殊的空調,因此空氣中的微粒數量很少

最後

幸運並非沒有恐懼和煩惱;厄運也決非沒有安慰和希望,堅持下去,希望就在前方,加油


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