指导学生研究致病性微生物以培养创新性思维

张潇潇 石云帆 唐 曼朱 翔 刘秋云

（1.中山大学生命科学学院 广东·广州 510275；2.昆明医科大学生物医学工程研究中心云南省再生医学重点实验室 云南·昆明 650500）

高等院校是培养高素质研究人才和管理人才的主要场所。尽管我国SCI论文数量跃居全球第一，但改革开放以来高校毕业生获得国际大奖的数目不多。诺贝尔奖荣誉只授予开拓性研究（Door-opener research），跟踪性研究（Follow-up study）不属于诺贝尔奖授奖范围。本文通讯作者为本科生导师和硕士生导师，其任务之一就是引导学生，关心学生的成长和成才。任务型教学(Taskbased Teaching)是指教师通过指导学习者完成特定任务组织的课堂教学。这是20世纪80年代发展起来的一种依赖“在做中学”的教学方法[1]。我们组织本科生和研究生进行致病微生物的理论性研究，为培养创新性人才进行了有益的探索。

1 病毒是人类反复遭遇的大敌

为了开展任务型教学，我们设计了一个多步骤的渐进式过程来实现任务型教学的教学理念。首先让本科生查找教科书，对病毒进行初步了解。学生总结到：病毒是一类非细胞生物，个体微小，结构简单，不能离开宿主细胞增殖。历史上，各种病毒性疾病时有发生，造成大量人口死亡，使人类健康受到巨大威胁。2000年以后世界上多次爆发大规模病毒性疾病，如SARS、禽流感、MERS等。

2 人类文明史上对抗病毒感染的探索

在古代，人们对抗病毒感染做了一些探索[2]。为了对抗病毒性疾病的流行，我们提示学生我国的诺贝尔奖获得者屠呦呦从古代医书中获得启发。我们分配给学生的下一个任务是对古代医学历史进行适度发掘。有的学生回忆我国古典文学名著《红楼梦》中写道：“这贾宅中的风俗秘法，无论上下，只略有些伤风咳嗽，总以净饿为主，次则服药调养。”西方也有类似说法，如英国谚语“Feed a cold and starve a fever.”[3]

3 对抗病毒感染的现代策略

进行任务型教学的下一个目标是全面总结现代对抗病毒感染的策略。通过阅读教科书和相关论文，学生进行了如下的归纳。防治病毒性疾病在现代仍然是一项长期而艰巨的工作。人们认识到对抗病毒感染应把预防和治疗结合起来。

在预防方面，对抗病毒感染需要做到控制传染源、切断传播途径并保护易感人群。对病人，应早发现、早诊断、早报告、早隔离、早治疗；对接触者和病原携带者，应根据具体情况采取医学留检或隔离措施，也可进行药物预防或预防注射；对动物传染源，应在兽医指导下检疫、隔离、治疗，甚至捕杀。

切断传播途径，应根据不同病毒性疾病的不同传播途径采取不同措施。保护易感人群，需提高人群免疫力。一方面提高人群天然免疫力，包括加强锻炼、养成良好的卫生习惯、传染病期间减少外出等；另一方面要提高人群特异性免疫力，注射疫苗或抗毒血清等。

在治疗方面，对抗病毒感染需要把一般治疗、特效治疗、对症治疗结合起来。一般治疗包括隔离和消毒、护理、支持疗法。特效治疗指根据病毒性疾病的病原体来选择特效药，但目前可用的抗病毒药物不多。

此外，基因治疗、免疫治疗已成为抗病毒治疗的热点，配合其它治疗有望提高治疗效果。对症治疗指针对高热病人给予退烧措施、心衰病人给予强心剂等。中医中药治疗也对病毒性疾病的治疗有积极作用。

4 病毒的特点与应对策略

应对微生物传染的策略是隔离，这种策略过去取得了良好的效果。疫苗是最有效的对抗病毒的方法。但当一个新型病毒出现时，短期内疫苗无法研制成功。我们给予学生任务型教学的中心任务，即分析病毒致病机理和防感染策略。

首先启发学生思考艾滋病治疗用什么方法控制疾病的进展？学生回答何大一先生发明了鸡尾酒疗法，用多个药物共同抑制病毒的增殖。我们问学生鸡尾酒疗法具体涉及到什么原理呢？学生解释是瓶颈原理。瓶颈原理指一种药物抑制了90%的病毒载量，剩下10%，另一种药物抑制了剩下10%的大部分，剩下了1%，第三种药物抑制了0.9%，剩下了0.1%的病毒载量。三个瓶颈的结合有效的控制了总的病毒载量。

我们询问学生瓶颈原理可否应用到其它病毒，让学生进行设计。我们让学生分析了 SARS病毒的ORF6的氨基酸含量，并让他们计算必需氨基酸的总含量。他们得出了约16%的异亮氨酸含量和约57%的必需氨基酸含量[4]。

我们提出问题：为什么感染病毒后病人发烧并丧失食欲，发烧与什么相关？学生回答发烧可能与质子转运相关，呼吸链可利用质子产能。

我们提示学生，高致病性病毒一般富含必需氨基酸，意味着必需氨基酸可能对机体产生一定压力，机体产生的草酸钙可能可使感染者丧失食欲，特别是不想吃动物来源的食品，病人可减少必需氨基酸的摄入，来减轻机体压力，更好的应对病毒。那该怎样摄取食物以应对病毒呢？学生提出来可利用淀粉、维生素、糖水、果汁或素食等食物减少必需氨基酸摄入[4-9]。

我们提示学生西方用过“starve the fever”[3]。禁食的病人可以喝点米汤或果汁维持最基本的营养。这样给予了机体一些时间去有效减缓病毒的增殖，给了感染者宽限期去利用先天免疫对抗病毒。

尸检表明有些受微生物感染的病人肺部非常粘稠[10]。我们启发学生浆糊、稀饭为什么粘稠？学生回答稀饭有粘性的原因是淀粉里的糖分子形成了大量氢键。我们问学生肾结石和牙齿、骨头是什么成分？学生回答是草酸钙、磷酸钙等。我们提示学生缬氨酸、甘氨酸羰基键长很长，羰基较弱，因此羰基氧可以以化学次级键结合钙等二价阳离子[11-14]。学生回答可能有些病毒的毒力机理与化学次级键相关。学生发现部分病毒的一些蛋白质的缬氨酸加甘氨酸含量很高[4,14]。这与心脏病致病因子的缬氨酸、甘氨酸含量类似[4]。这能够解释为什么心血管病人感染部分病毒后死亡率较高。

老年人死亡率较高是因为老年人呼吸链的酶活降低，但三羧酸循环仍然照常进行，能量代谢积累了草酸，形成了不溶坚硬的草酸钙，草酸钙能杀死细胞[4,14-16]。缬氨酸、甘氨酸的羰基氧能与草酸钙结合，形成富有粘性的物质，导致病人呼吸困难[4]。

那有什么办法应对呢？我们告诉学生强酸可去掉粘性，但强酸具有高度腐蚀性。学生提出是否可以摄入氯化钠，比如喝稀释的盐水？氯离子是强阴离子，可去掉粘性[4]。这应该是完全可行的。比如冬天道路撒盐可干扰氢键，防止结冰。

学生提出还可摄入赖氨酸，带正电的赖氨酸可吸引带负电的氯离子[4-5]。摄入赖氨酸可改变细胞的蛋白组，提高富含赖氨酸的蛋白质的含量。

学生还提出乙酸可抑制结构类似物草酸的生成，在病人肺部涂抹氯化钠或白醋，或喝稀盐水，可降低肺部的粘性。粘性可能也导致PCR的阳性检出率降低。学生提出可否调整盐浓度提高检出率[4]。

病毒变异的出现降低了疫苗的有效性，所以上述禁食等策略此时仍能发挥重要作用。著名的英国医学杂志子刊的一个研究指出植物饮食减少了73%的病毒感染中度和重症病人，而高蛋白饮食增加了48%的中度和重症病人[17]。植物饮食的必需氨基酸含量一般比动物饮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 组织学生撰写病毒论文的成效

我们组织学生撰写了抗病毒的理论性论文，一篇letter发表在Eur J Cancer Prev[14]，而HIV-1的文章发表在《DNA Repair》[18]，使学生对病毒的预防和治疗做出了自己的贡献。上述研究适用于高缬氨酸/甘氨酸病毒。

6 展望

综上所述，我们利用本科生导师身份开展了任务型教学，组织本科生对致病性病毒进行理论研究，启发他们的创新性思维，指导他们写作论文。这种教学方式能够激发学生参与科研的热情，是对高等教育教学的有益探索和实践。