指導學生研究致病性微生物以培養(yǎng)創(chuàng)新性思維

張瀟瀟 石云帆 唐 曼朱 翔 劉秋云

（1.中山大學生命科學學院 廣東·廣州 510275；2.昆明醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程研究中心云南省再生醫(yī)學重點實驗室 云南·昆明 650500）

高等院校是培養(yǎng)高素質研究人才和管理人才的主要場所。盡管我國SCI論文數(shù)量躍居全球第一，但改革開放以來高校畢業(yè)生獲得國際大獎的數(shù)目不多。諾貝爾獎榮譽只授予開拓性研究（Door-opener research），跟蹤性研究（Follow-up study）不屬于諾貝爾獎授獎范圍。本文通訊作者為本科生導師和碩士生導師，其任務之一就是引導學生，關心學生的成長和成才。任務型教學(Taskbased Teaching)是指教師通過指導學習者完成特定任務組織的課堂教學。這是20世紀80年代發(fā)展起來的一種依賴“在做中學”的教學方法[1]。我們組織本科生和研究生進行致病微生物的理論性研究，為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才進行了有益的探索。

1 病毒是人類反復遭遇的大敵

為了開展任務型教學，我們設計了一個多步驟的漸進式過程來實現(xiàn)任務型教學的教學理念。首先讓本科生查找教科書，對病毒進行初步了解。學生總結到：病毒是一類非細胞生物，個體微小，結構簡單，不能離開宿主細胞增殖。歷史上，各種病毒性疾病時有發(fā)生，造成大量人口死亡，使人類健康受到巨大威脅。2000年以后世界上多次爆發(fā)大規(guī)模病毒性疾病，如SARS、禽流感、MERS等。

2 人類文明史上對抗病毒感染的探索

在古代，人們對抗病毒感染做了一些探索[2]。為了對抗病毒性疾病的流行，我們提示學生我國的諾貝爾獎獲得者屠呦呦從古代醫(yī)書中獲得啟發(fā)。我們分配給學生的下一個任務是對古代醫(yī)學歷史進行適度發(fā)掘。有的學生回憶我國古典文學名著《紅樓夢》中寫道：“這賈宅中的風俗秘法，無論上下，只略有些傷風咳嗽，總以凈餓為主，次則服藥調養(yǎng)。”西方也有類似說法，如英國諺語“Feed a cold and starve a fever.”[3]

3 對抗病毒感染的現(xiàn)代策略

進行任務型教學的下一個目標是全面總結現(xiàn)代對抗病毒感染的策略。通過閱讀教科書和相關論文，學生進行了如下的歸納。防治病毒性疾病在現(xiàn)代仍然是一項長期而艱巨的工作。人們認識到對抗病毒感染應把預防和治療結合起來。

在預防方面，對抗病毒感染需要做到控制傳染源、切斷傳播途徑并保護易感人群。對病人，應早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早報告、早隔離、早治療；對接觸者和病原攜帶者，應根據(jù)具體情況采取醫(yī)學留檢或隔離措施，也可進行藥物預防或預防注射；對動物傳染源，應在獸醫(yī)指導下檢疫、隔離、治療，甚至捕殺。

切斷傳播途徑，應根據(jù)不同病毒性疾病的不同傳播途徑采取不同措施。保護易感人群，需提高人群免疫力。一方面提高人群天然免疫力，包括加強鍛煉、養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習慣、傳染病期間減少外出等；另一方面要提高人群特異性免疫力，注射疫苗或抗毒血清等。

在治療方面，對抗病毒感染需要把一般治療、特效治療、對癥治療結合起來。一般治療包括隔離和消毒、護理、支持療法。特效治療指根據(jù)病毒性疾病的病原體來選擇特效藥，但目前可用的抗病毒藥物不多。

此外，基因治療、免疫治療已成為抗病毒治療的熱點，配合其它治療有望提高治療效果。對癥治療指針對高熱病人給予退燒措施、心衰病人給予強心劑等。中醫(yī)中藥治療也對病毒性疾病的治療有積極作用。

4 病毒的特點與應對策略

應對微生物傳染的策略是隔離，這種策略過去取得了良好的效果。疫苗是最有效的對抗病毒的方法。但當一個新型病毒出現(xiàn)時，短期內疫苗無法研制成功。我們給予學生任務型教學的中心任務，即分析病毒致病機理和防感染策略。

首先啟發(fā)學生思考艾滋病治療用什么方法控制疾病的進展？學生回答何大一先生發(fā)明了雞尾酒療法，用多個藥物共同抑制病毒的增殖。我們問學生雞尾酒療法具體涉及到什么原理呢？學生解釋是瓶頸原理。瓶頸原理指一種藥物抑制了90%的病毒載量，剩下10%，另一種藥物抑制了剩下10%的大部分，剩下了1%，第三種藥物抑制了0.9%，剩下了0.1%的病毒載量。三個瓶頸的結合有效的控制了總的病毒載量。

我們詢問學生瓶頸原理可否應用到其它病毒，讓學生進行設計。我們讓學生分析了 SARS病毒的ORF6的氨基酸含量，并讓他們計算必需氨基酸的總含量。他們得出了約16%的異亮氨酸含量和約57%的必需氨基酸含量[4]。

我們提出問題：為什么感染病毒后病人發(fā)燒并喪失食欲，發(fā)燒與什么相關？學生回答發(fā)燒可能與質子轉運相關，呼吸鏈可利用質子產(chǎn)能。

我們提示學生，高致病性病毒一般富含必需氨基酸，意味著必需氨基酸可能對機體產(chǎn)生一定壓力，機體產(chǎn)生的草酸鈣可能可使感染者喪失食欲，特別是不想吃動物來源的食品，病人可減少必需氨基酸的攝入，來減輕機體壓力，更好的應對病毒。那該怎樣攝取食物以應對病毒呢？學生提出來可利用淀粉、維生素、糖水、果汁或素食等食物減少必需氨基酸攝入[4-9]。

我們提示學生西方用過“starve the fever”[3]。禁食的病人可以喝點米湯或果汁維持最基本的營養(yǎng)。這樣給予了機體一些時間去有效減緩病毒的增殖，給了感染者寬限期去利用先天免疫對抗病毒。

尸檢表明有些受微生物感染的病人肺部非常粘稠[10]。我們啟發(fā)學生漿糊、稀飯為什么粘稠？學生回答稀飯有粘性的原因是淀粉里的糖分子形成了大量氫鍵。我們問學生腎結石和牙齒、骨頭是什么成分？學生回答是草酸鈣、磷酸鈣等。我們提示學生纈氨酸、甘氨酸羰基鍵長很長，羰基較弱，因此羰基氧可以以化學次級鍵結合鈣等二價陽離子[11-14]。學生回答可能有些病毒的毒力機理與化學次級鍵相關。學生發(fā)現(xiàn)部分病毒的一些蛋白質的纈氨酸加甘氨酸含量很高[4,14]。這與心臟病致病因子的纈氨酸、甘氨酸含量類似[4]。這能夠解釋為什么心血管病人感染部分病毒后死亡率較高。

老年人死亡率較高是因為老年人呼吸鏈的酶活降低，但三羧酸循環(huán)仍然照常進行，能量代謝積累了草酸，形成了不溶堅硬的草酸鈣，草酸鈣能殺死細胞[4,14-16]。纈氨酸、甘氨酸的羰基氧能與草酸鈣結合，形成富有粘性的物質，導致病人呼吸困難[4]。

那有什么辦法應對呢？我們告訴學生強酸可去掉粘性，但強酸具有高度腐蝕性。學生提出是否可以攝入氯化鈉，比如喝稀釋的鹽水？氯離子是強陰離子，可去掉粘性[4]。這應該是完全可行的。比如冬天道路撒鹽可干擾氫鍵，防止結冰。

學生提出還可攝入賴氨酸，帶正電的賴氨酸可吸引帶負電的氯離子[4-5]。攝入賴氨酸可改變細胞的蛋白組，提高富含賴氨酸的蛋白質的含量。

學生還提出乙酸可抑制結構類似物草酸的生成，在病人肺部涂抹氯化鈉或白醋，或喝稀鹽水，可降低肺部的粘性。粘性可能也導致PCR的陽性檢出率降低。學生提出可否調整鹽濃度提高檢出率[4]。

病毒變異的出現(xiàn)降低了疫苗的有效性，所以上述禁食等策略此時仍能發(fā)揮重要作用。著名的英國醫(yī)學雜志子刊的一個研究指出植物飲食減少了73%的病毒感染中度和重癥病人，而高蛋白飲食增加了48%的中度和重癥病人[17]。植物飲食的必需氨基酸含量一般比動物飲食的必需氨基酸含量偏低[16]。而致病性病毒通常具有很高含量的必需氨基酸[16]。

5 組織學生撰寫病毒論文的成效

我們組織學生撰寫了抗病毒的理論性論文，一篇letter發(fā)表在Eur J Cancer Prev[14]，而HIV-1的文章發(fā)表在《DNA Repair》[18]，使學生對病毒的預防和治療做出了自己的貢獻。上述研究適用于高纈氨酸/甘氨酸病毒。

6 展望

綜上所述，我們利用本科生導師身份開展了任務型教學，組織本科生對致病性病毒進行理論研究，啟發(fā)他們的創(chuàng)新性思維，指導他們寫作論文。這種教學方式能夠激發(fā)學生參與科研的熱情，是對高等教育教學的有益探索和實踐。