材料一:
病毒是导致人类疾病的一类重要病原体。早在还不知道什么是病毒的时候,人类就已经想方设法对付病毒了。
中国人明朝就开始使用人痘预防天花;1798年,英国医生詹纳发明了使用牛痘作为疫苗预防天花的方法;1885年,法国科学家巴斯德发明了狂犬病疫苗;1892年人类发现了第一种病毒——烟草花叶病毒,这种病毒比细菌小,能让植物生病;1898年发现了首个动物病毒——感染牛羊的口蹄疫病毒;1901年发现了首个人类病毒——通过蚊子传播的黄热病病毒。后来,人们对病毒的认识越来越深刻,病毒研究成为一门单独的学科:病毒学。和一般人想象的不同,病毒学研究除了回答基础的科学问题、预防和治疗病毒病之外,还涉及开发和利用病毒。而这三种功能都离不开最重要的病毒研究工具:反向遗传操作系统。
这里需要先了解一下遗传学。一开始,人们并不知道遗传的本质,因此最初是从表型出发来研究遗传学的相关问题的。孟德尔使用豌豆、摩尔根使用果蝇来研究遗传学,他们通过豌豆的红花、白花或者说果蝇的红眼、白眼这种表型来寻找遗传规律,并定位表型相关的基因。因此,经典的遗传学是从表型出发来研究基因型的,这就是正向遗传学。
在正向遗传学中,需要通过自然突变或诱变的方式,筛选具有特殊表型的突变体,然后再定位是哪个基因决定了这个表型,并且研究该基因的功能。
在反向遗传学中,科学家拿到一个未知的基因,可以主动对这个基因进行突变或者改变它的表达量,再去观察基因突变或基因表达量的变化引起了什么样的表型变化,并与野生型(没有经过人为改变的正常基因型)的表型进行比较,从而推测基因的功能。因此,反向遗传学是通过改变基因型,观察表型改变的结果,来研究基因的功能。
对病毒也是一样:构建感染性克隆,对其进行基因工程改造,将改造后的感染性克隆转入细胞中,就能产生带有突变的病毒,然后用这些新的病毒去感染细胞或宿主,观察病毒的复制、宿主的症状等表型,就可以研究病毒相关基因的功能。这样一套系统,我们称之为病毒的反向遗传操作系统。
病毒的反向遗传操作系统,是病毒学以及相关生命科学领域中非常重要的工具,它可以用于基础研究,研究病毒中各个基因的功能,也可以用于疫苗开发,还可以将病毒作为载体,装载上不同的基因序列,用于其他生命科学研究。
(摘编自李庆超《人类只能与病毒“相杀”?》)
材料二:
我们每个人都打过疫苗,大家可以摸一摸自己胳膊上的疤痕,那是注射卡介苗留下来的。疫苗通过刺激机体产生获得性免疫保护,从而预防疾病。根据疫苗的组分,可以分为灭活疫苗、弱毒活疫苗、类毒素、亚单位疫苗、重组蛋白或多肽疫苗,以及病毒载体疫苗、DNA或RNA疫苗等。
疫苗需要同时满足两个条件:既能刺激机体产生有效的免疫保护,又要不导致疾病。接种疫苗的过程,类似一场免疫系统的军事训练:在不损伤机体的前提下训练免疫系统。而所谓的免疫力,实际上就是机体在下次遇到病原时能迅速消灭病原体,让人(或动物)不发病的能力。
我们知道,流感会发生频繁的突变,每年流行的病毒毒株可能都不相同,换了“马甲”之后免疫系统就不认识它了。因此我们必须根据当年所流行的病毒株,来生产新的流感疫苗。
这时就要用到反向遗传操作系统:①我们从临床中检测到流行强毒株,获得它的抗原编码序列;②然后通过基因工程的方式,将抗原部分的编码序列重组到疫苗弱毒株的感染性克隆中;③然后我们将这些质粒转染到细胞内部,就能够产生带有强毒株抗原、并且不具有致病性的、弱的新疫苗毒株,就可以用于预防当年所流行的流感。
预防病毒病最有效的方式是研发疫苗。为了防控新冠疫情,全球科研人员都在努力研发新型冠状病毒的疫苗,我国陈薇院士团队研发的重组新型冠状病毒疫苗(腺病毒载体)(“Ad5-nCoV”)已经进入II期临床试验。
根据名字就可以知道,这个疫苗所使用的病毒载体是腺病毒,腺病毒是一种没有包膜的DNA病毒,我们将腺病毒中能够导致疾病的基因以及一些无关的基因删除掉,然后重组引入新型冠状病毒的抗原蛋白表达基因,就制作完成了以腺病毒载体为基础的冠状病毒疫苗。
腺病毒载体的特点是高效率、高滴度(滴度是指病毒的浓度)、低致病性,并且不会整合进入宿主细胞染色体,是一种常用的病毒载体。目前国内外的研究者还使用了灭活疫苗、亚单位疫苗、假病毒颗粒、痘病毒载体疫苗及纳米颗粒疫苗等策略研发疫苗。
(摘编自李庆超《人类只能与病毒“相杀”?》)
1.下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是()
A.病毒学是一门研究病毒的独立学科,病毒研究不仅可以回答基础的科学问题,预防和治疗病毒病,还涉及开发和利用病毒,这超出常人的想象。
B.病毒的反向遗传操作系统的基本流程是通过改造病毒基因,用由此产生的新病毒去感染宿主,再观察宿主的症状等表型来研究相关基因的功能。
C.接种疫苗如同军事演习,将带有强病毒株抗原、且不具有致病性的、弱的疫苗毒株注射入机体,刺激机体产生获得性免疫保护。
D.腺病毒载体疫苗优于灭活疫苗、亚单位疫苗、纳米颗粒疫苗等疫苗的原因是其具有高效率、高滴度、低致病性,且不会整合进入宿主细胞染色体的显著特点。
2.根据材料一和材料二,下列说法不正确的一项是()
A.人们最初只能从豌豆花的不同颜色、果蝇眼睛的不同颜色等表型出发来研究遗传学的相关问题,是因为当时的人们还不知道遗传的本质。
B.流感突变频繁,每年流行的病毒毒株可能都不相同,如果我们提取不了突变后的病毒株,就很难了解病毒基因序列,更别提研制疫苗了。
C.疫苗研发是预防病毒病最有效的方式,当全球的科研人员研发出真正有效的新型冠状病毒疫苗时,这场新冠疫情才能得到真正有效的控制。
D.人类与病毒的认知史长于对抗史,随着生命科学的发展,与人类“相杀”多年的病毒逐渐为人所用,对人类的威胁也相对变小。
3.下列各项中,属于反向遗传学运用的一项是()
A.牵牛花的颜色不一样,有红色、紫色、蓝色、白色等,通过基因测序,科学家发现,各色牵牛花的其他基因都一样,唯独某段基因存在差异。
B.2018年11月26日,“世界首例免疫艾滋病的基因编辑双胞胎婴儿”在中国出生,她们的一个基因经过科学家的修改,能够天然抵抗艾滋病。
C.男性患红绿色盲的机率要高于女性,科学家研究发现其致病基因是隐性的,位于X染色体上,遗传方式为X连锁隐性遗传,发病与性别有关。
D.“神舟五号”将辣椒种子运往太空,受到太空辐射的种子回到地球后结出柿子椒,科学家由此找到了控制辣椒果实大小的基因,并广泛应用。
4.简要梳理材料一的行文脉络。
5.以上两则材料出自同一篇论文,试分析两则材料各自的侧重点和二者之间的逻辑关联。
答
1、D.“腺病毒载体疫苗优于灭活疫苗、亚单位疫苗……等疫苗”错误,文中并没有将腺病毒载体与灭活疫苗、亚单位疫苗、假病毒颗粒、痘病毒载体疫苗及纳米颗粒疫苗等作对比,材料二最后一段说的是“腺病毒载体的特点是高效率、高滴度(滴度是指病毒的浓度)、低致病性,并且不会整合进入宿主细胞染色体,是一种常用的病毒载体。目前国内外的研究者还使用了灭活疫苗、亚单位疫苗、假病毒颗粒、痘病毒载体疫苗及纳米颗粒疫苗等策略研发疫苗”,材料只是指出腺病毒载体疫苗的特点。
2、D.“对人类的威胁也相对变小”错误,这一结论于文无据,材料一只是说“研究病毒中各个基因的功能,也可以用于疫苗开发,还可以将病毒作为载体,装载上不同的基因序列,用于其他生命科学研究”,无法看出病毒对人类的威胁相对变小。
3、B
由材料一可知,正向遗传学是“通过自然突变或诱变的方式,筛选具有特殊表型的突变体,然后再定位是哪个基因决定了这个表型,并且研究该基因的功能”;反向遗传学是“通过改变基因型,观察表型改变的结果,来研究基因的功能”。
B.“她们的一个基因经过科学家的修改,能够天然抵抗艾滋病”符合“通过改变基因型,观察表型改变的结果,来研究基因的功能”,是反向遗传学。
A.“科学家发现,各色牵牛花的其他基因都一样……”属于正向遗传学。
C.“科学家研究发现其致病基因是隐性的……”属于正向遗传学。
D.“科学家由此找到了控制辣椒果实大小的基因”属于正向遗传学。
故选B。
4、首先例举人类对病毒的认知史,并提出了病毒学概念;接着分别介绍病毒学研究工具——正向遗传和反向遗传学,并引出反向遗传操作系统,最后简述其意义。
5、材料一侧重介绍病毒研究工具:反向遗传操作系统的基本原理。材料二侧重介绍病毒学的应用之疫苗的研发。内在逻辑:二者为理论与实践关系,病毒疫苗的研发所运用的正是反向遗传操作系统。