江蘇 金 榕

三代疫苗知識(shí)在命題中的應(yīng)用

江蘇 金 榕

疫苗是將病原微生物（如細(xì)菌、立克次氏體、病毒等）及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過人工減毒、滅活或利用基因工程等方法制成的用于預(yù)防傳染病的自動(dòng)免疫制劑。疫苗是必修3第2章第4節(jié)《免疫調(diào)節(jié)》中提到的有關(guān)“免疫系統(tǒng)的應(yīng)用”之一。人類利用疫苗已經(jīng)能預(yù)防很多的傳染病，而隨著生物技術(shù)的發(fā)展，疫苗的生產(chǎn)除了傳統(tǒng)方法之外，還出現(xiàn)了很多新類型的疫苗，這就關(guān)系到其他生物技術(shù)，如基因工程，細(xì)胞工程，微生物培養(yǎng)等。本文根據(jù)疫苗的不同類型，將疫苗有關(guān)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和梳理。

一、第一代疫苗與免疫調(diào)節(jié)

第一代疫苗主要是指減毒或滅活的細(xì)菌和病毒。注射疫苗的主要目的是讓機(jī)體產(chǎn)生對(duì)該疫苗的記憶細(xì)胞，當(dāng)下次相同的抗原再次入侵，機(jī)體可以通過更快地產(chǎn)生更多的抗體迅速消滅抗原。從這可以看出疫苗的作用跟免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)密不可分的。

【例1】（原創(chuàng)）疫苗對(duì)于預(yù)防傳染病具有重要意義。已知用某種滅活病毒可作為某傳染病的疫苗，請(qǐng)回答下列問題：

（1）在制備該疫苗時(shí)，將純化的某種病毒在特定的______中培養(yǎng)、增殖，再用專門的滅活劑將其殺死，使病毒保留__________性，而失去__________性。

（2）滅活病毒進(jìn)入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)可刺激B淋巴細(xì)胞，使之增殖、分化形成漿細(xì)胞并產(chǎn)生相應(yīng)的_____________；當(dāng)____________病毒再次入侵時(shí)，機(jī)體能產(chǎn)生更強(qiáng)的特異性免疫反應(yīng)，包括___________________。

（3）但不是所有的傳染病都可以通過疫苗進(jìn)行有效預(yù)防，比如流感病毒，原因是_______________________________________。

（4）滅活的病毒在單克隆抗體技術(shù)中的作用是________________________________________，除此之外還可以使用物理方法如_________和化學(xué)方法如_________等。

【解析】該題考查的內(nèi)容包含了疫苗的制備，免疫調(diào)節(jié)以及滅活的病毒在動(dòng)物細(xì)胞融合過程中的作用。（1）病毒是寄生在活細(xì)胞生活的生物，它不能像其他細(xì)胞類生物一樣獨(dú)立生活，其生存離不開活細(xì)胞。病毒被滅活劑滅活之后它就失去了侵染性，但這些病原體的抗原結(jié)構(gòu)并未被破壞，因此仍然具有抗原性。（2）漿細(xì)胞的功能是能分泌出抗體。當(dāng)相同的病毒再次入侵的時(shí)候，因第一次免疫產(chǎn)生了記憶細(xì)胞，記憶細(xì)胞會(huì)迅速作出反應(yīng)。當(dāng)相同病毒侵染靶細(xì)胞時(shí)，需細(xì)胞免疫將靶細(xì)胞裂解釋放出病毒，最后通過體液免疫產(chǎn)生抗體將病毒消滅。（3）二次免疫針對(duì)的是相同的抗原，當(dāng)抗原發(fā)生了變化，第一次免疫產(chǎn)生的記憶細(xì)胞就不再識(shí)別該抗原。流感病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，是單鏈結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生變異，因此即使接種疫苗，過一段時(shí)間由于病毒發(fā)生變異，免疫系統(tǒng)也不再識(shí)別變異的病毒。（4）滅活的病毒在動(dòng)物細(xì)胞融合過程中可以作為誘導(dǎo)因素，在單克隆抗體技術(shù)中促進(jìn)B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合。除此之外，還可以使用物理方法如電擊、離心、振動(dòng)和聚乙二醇（PEG）等化學(xué)方法。

【答案】（1）活細(xì)胞 抗原 侵染（感染） （2）抗體相同 細(xì)胞免疫與體液免疫 （3）流感病毒遺傳物質(zhì)是RNA，單鏈結(jié)構(gòu)，易發(fā)生變異 （4）作為誘導(dǎo)因素，促進(jìn)B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合 電擊、離心、振動(dòng) 聚乙二醇（PEG）

二、第二代疫苗與基因工程

基因工程疫苗是指使用DNA重組生物技術(shù)，把天然的或人工合成的遺傳物質(zhì)定向插入細(xì)菌、酵母菌或哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，使之充分表達(dá)，經(jīng)純化后而制得的疫苗。第二代疫苗制備的成功與基因工程技術(shù)密切相關(guān)。

【例2】（2015·上海市寶山區(qū)高三第二次考試·改編）接種疫苗是對(duì)乙肝最有效的治療方法。目前治療性乙肝疫苗主要為基因工程疫苗。已知慢性肝炎患者因?yàn)轶w內(nèi)缺乏IL-2、IFN-γ等細(xì)胞因子，導(dǎo)致機(jī)體免疫功能下降。為了有效治療慢性肝炎，采用“雙質(zhì)粒”基因疫苗，其構(gòu)建、生產(chǎn)過程如圖。

（1）為增加目的基因-1的數(shù)目，可以使用_____技術(shù)，但前提是必須知道基因的已知序列，目的是___________。

（2）若能構(gòu)成有效表達(dá)的重組質(zhì)粒1，可選擇限制酶SnaBⅠ和BglⅡ，比使用單一的限制酶，其優(yōu)點(diǎn)是________________________________________________________。兩種限制酶切割pCDNA質(zhì)粒前后，游離的磷酸基團(tuán)的個(gè)數(shù)分別是________。

（3）在重組質(zhì)粒導(dǎo)入酵母細(xì)胞之前，需用_________處理，使其稱為________細(xì)胞。為了能成功表達(dá)出乙肝病毒的蛋白質(zhì)，不使用細(xì)菌，而使用酵母細(xì)胞作為受體細(xì)胞，可能原因是______________________________。

（4）將酵母細(xì)胞接種到含有________的____________（培養(yǎng)基物理狀態(tài)）培養(yǎng)基中培養(yǎng)，篩選含有重組質(zhì)粒的酵母細(xì)胞從而收集提純獲得乙肝病毒的蛋白質(zhì)。 “篩選”是生物技術(shù)中不可缺少的一部分。下列各項(xiàng)中不需要經(jīng)過“篩選”的是 （ ）

A. 單倍體育種中接種到培養(yǎng)基上進(jìn)行離體培養(yǎng)的F1的花藥

B. 基因工程育種中目的基因?qū)胫参锸荏w細(xì)胞操作后發(fā)育而成的植株

C. 多倍體育種中經(jīng)適宜濃度的秋水仙素處理后的幼苗

D. 植物體細(xì)胞雜交過程中，原生質(zhì)體融合后獲得的各種兩兩融合的細(xì)胞

（5）從題中可知，利用IL-2、IFN-γ聯(lián)合基因構(gòu)建重組質(zhì)粒-2的目的是___________________________________________________________________________________。

【解析】本題考查了基因工程的步驟、限制酶，微生物培養(yǎng)等相關(guān)知識(shí)。意在考查學(xué)生從圖表中獲得有效信息的能力，考查學(xué)生理解、應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（1）為了增加目的基因的數(shù)目，一般可以使用PCR技術(shù)。PCR技術(shù)的原理是DNA復(fù)制，但是與之不同之處在于PCR技術(shù)不僅需要耐高溫的DNA聚合酶，也需要一段引物，而設(shè)計(jì)引物就必須知道目的基因的一段堿基序列。

（2）采用單一的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，會(huì)形成相同的黏性末端，在用DNA連接酶連接不同DNA片段過程中，會(huì)出現(xiàn)目的基因與目的基因或質(zhì)粒與質(zhì)粒之間自身環(huán)化的現(xiàn)象，還可能造成目的基因反向接入到質(zhì)粒中，影響目的基因的正確表達(dá)。游離的磷酸基團(tuán)是指在DNA中處于兩端，沒有形成磷酸二酯鍵的磷酸基團(tuán)。由于DNA分子兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模虼艘欢蜠NA分子，兩端各有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。pCDNA質(zhì)粒切割之前是環(huán)狀的DNA分子，沒有游離的磷酸基團(tuán)，而當(dāng)兩種限制酶切割形成兩條DNA片段，總共含有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。

（3）酵母細(xì)胞屬于微生物細(xì)胞，可以用Ca2+處理，使其處于感受態(tài)細(xì)胞的狀態(tài)，易于吸收周圍環(huán)境中的DNA分子。細(xì)菌是原核生物，而酵母菌是真核生物，細(xì)菌中缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等用于加工蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，乙肝病毒基因不能在細(xì)菌中成功表達(dá)出蛋白質(zhì)而在酵母菌中可以。

（4）標(biāo)記基因的作用是篩選含有目的基因的細(xì)胞，本題中的標(biāo)記基因是氨芐青霉素抗性基因，因此可以將酵母菌放在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。因需要從培養(yǎng)液中提取獲得乙肝病毒的蛋白質(zhì)，所以適宜用液體培養(yǎng)基。A項(xiàng)中單倍體育種中所需花粉不需經(jīng)過篩選。B項(xiàng)基因工程育種過程都要經(jīng)過檢測(cè)與鑒定。C項(xiàng)多倍體育種，秋水仙素作用不會(huì)100%造成染色體數(shù)目翻倍，因此需經(jīng)過篩選。D項(xiàng)植物體細(xì)胞雜交需對(duì)雜種細(xì)胞進(jìn)行篩選。

（5）根據(jù)題中提示IL-2、IFN-γ的作用，利用質(zhì)粒2目的是表達(dá)IL-2、IFN-γ等細(xì)胞因子，注射給慢性乙肝患者，彌補(bǔ)患者體內(nèi)IL-2、IFN-γ分子不足，提高機(jī)體的免疫功能。

【答案】（1）PCR 設(shè)計(jì)引物 （2）防止目的基因、質(zhì)粒發(fā)生自身環(huán)化或者防止目的基因反向接入到質(zhì)粒中 0，4（3）Ca2+感受態(tài) 細(xì)菌細(xì)胞中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工蛋白質(zhì)的細(xì)胞器 （4）氨芐青霉素 液體 A （5）表達(dá)IL-2、IFN-γ等細(xì)胞因子，注射給慢性乙肝患者，彌補(bǔ)患者體內(nèi)IL-2、IFN-γ分子不足，提高機(jī)體的免疫功能。

三、第三代疫苗與遺傳信息的表達(dá)

DNA疫苗又稱核酸疫苗或基因疫苗，是指將編碼某種蛋白質(zhì)抗原的重組真核表達(dá)載體直接注射到動(dòng)物體內(nèi)，使外源基因在活體內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生的抗原激活機(jī)體的免疫系統(tǒng)，從而誘導(dǎo)特異性的體液免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答。

【例3】（2012·上海市高考?jí)狠S卷·改編）20世紀(jì)90年代開始興起的DNA疫苗被稱為是第三次疫苗革命。DNA疫苗是直接將控制合成保護(hù)性抗原的基因，通過體外與質(zhì)粒重組，再直接注射進(jìn)入人體而使人體獲得免疫力的一種疫苗。下圖是某病毒DNA疫苗獲取及預(yù)防傳染病的機(jī)制示意圖。（A、B、C表示物質(zhì)。甲、乙、丙表示細(xì)胞。①②表示生理過程）

（1）該DNA疫苗是指圖中的__________，它的構(gòu)建需要用到的酶有____________________。DNA疫苗能引起機(jī)體引起免疫反應(yīng)的機(jī)理是____________________________。

（2）重組質(zhì)粒能整合到人體染色體DNA上的原因是_______________________________________________。

（3）過程①的名稱是________，所需的原料是_____________，A物質(zhì)到達(dá)細(xì)胞質(zhì)需穿過_______層膜。（4）過程②除了需要A物質(zhì)作為模板之外，還需要提供的條件有________________________________________。

（5）如需體外獲得大量圖中的物質(zhì)C，可利用_______技術(shù)來獲得，該方法獲得的物質(zhì)C的優(yōu)點(diǎn)是_______________________________。

【解析】本題把基因工程與人體免疫、遺傳信息傳遞過程結(jié)合起來考查。（1）從圖中可以看出，DNA疫苗是指注射到人體中的重組質(zhì)粒。重組質(zhì)粒的構(gòu)建需要用到限制酶切割目的基因與質(zhì)粒，再用DNA連接酶連接起來。DNA疫苗能引起機(jī)體發(fā)生免疫反應(yīng)是因?yàn)樗茉谌梭w細(xì)胞中成功表達(dá)抗原蛋白，從而激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)。（2）重組質(zhì)粒能整合到人體染色體DNA上原因是重組質(zhì)?；瘜W(xué)本質(zhì)是DNA，具有與人體DNA相同的結(jié)構(gòu)。（3）過程①是由DNA表達(dá)出RNA，這過程稱為轉(zhuǎn)錄，需要4種游離的核糖核苷酸作為原料。RNA合成之后需通過核孔運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中完成翻譯，經(jīng)過核孔不是經(jīng)過膜，所以經(jīng)過0層膜。（4）過程②是RNA形成蛋白質(zhì)過程稱為翻譯，除了A物質(zhì)提供模板外，還需要tRNA、ATP、20種氨基酸，酶，核糖體（rRNA）等條件。（5）物質(zhì)C是抗體，單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)是特異性強(qiáng)，靈敏度高，可大量制備。

【答案】（1）重組質(zhì)粒 限制酶和DNA連接酶 DNA疫苗在機(jī)體中表達(dá)出抗原蛋白，激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)

（2）重組質(zhì)?；瘜W(xué)本質(zhì)是DNA，具有與人體DNA相同的結(jié)構(gòu)（3）轉(zhuǎn)錄 四種游離的核糖核苷酸 0 （4）tRNA、ATP、20種氨基酸、酶、核糖體 （5）單克隆抗體 特異性強(qiáng)，靈敏度高，可大量制備

總之，疫苗知識(shí)在命題中的應(yīng)用，不僅可以讓學(xué)生了解生物科技的發(fā)展?fàn)顩r以及科技發(fā)展對(duì)醫(yī)療等領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，還可以培養(yǎng)學(xué)生在新情景中分析問題，解決問題的能力。

（作者單位：江蘇省蘇州市高新區(qū)吳縣中學(xué)）