三代疫苗知识在命题中的应用

江苏 金 榕

三代疫苗知识在命题中的应用

江苏 金 榕

疫苗是将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。疫苗是必修3第2章第4节《免疫调节》中提到的有关“免疫系统的应用”之一。人类利用疫苗已经能预防很多的传染病，而随着生物技术的发展，疫苗的生产除了传统方法之外，还出现了很多新类型的疫苗，这就关系到其他生物技术，如基因工程，细胞工程，微生物培养等。本文根据疫苗的不同类型，将疫苗有关的知识进行总结和梳理。

一、第一代疫苗与免疫调节

第一代疫苗主要是指减毒或灭活的细菌和病毒。注射疫苗的主要目的是让机体产生对该疫苗的记忆细胞，当下次相同的抗原再次入侵，机体可以通过更快地产生更多的抗体迅速消灭抗原。从这可以看出疫苗的作用跟免疫系统的调节密不可分的。

【例1】（原创）疫苗对于预防传染病具有重要意义。已知用某种灭活病毒可作为某传染病的疫苗，请回答下列问题：

（1）在制备该疫苗时，将纯化的某种病毒在特定的______中培养、增殖，再用专门的灭活剂将其杀死，使病毒保留__________性，而失去__________性。

（2）灭活病毒进入实验动物体内可刺激B淋巴细胞，使之增殖、分化形成浆细胞并产生相应的_____________；当____________病毒再次入侵时，机体能产生更强的特异性免疫反应，包括___________________。

（3）但不是所有的传染病都可以通过疫苗进行有效预防，比如流感病毒，原因是_______________________________________。

（4）灭活的病毒在单克隆抗体技术中的作用是________________________________________，除此之外还可以使用物理方法如_________和化学方法如_________等。

【解析】该题考查的内容包含了疫苗的制备，免疫调节以及灭活的病毒在动物细胞融合过程中的作用。（1）病毒是寄生在活细胞生活的生物，它不能像其他细胞类生物一样独立生活，其生存离不开活细胞。病毒被灭活剂灭活之后它就失去了侵染性，但这些病原体的抗原结构并未被破坏，因此仍然具有抗原性。（2）浆细胞的功能是能分泌出抗体。当相同的病毒再次入侵的时候，因第一次免疫产生了记忆细胞，记忆细胞会迅速作出反应。当相同病毒侵染靶细胞时，需细胞免疫将靶细胞裂解释放出病毒，最后通过体液免疫产生抗体将病毒消灭。（3）二次免疫针对的是相同的抗原，当抗原发生了变化，第一次免疫产生的记忆细胞就不再识别该抗原。流感病毒的遗传物质是RNA，是单链结构，容易发生变异，因此即使接种疫苗，过一段时间由于病毒发生变异，免疫系统也不再识别变异的病毒。（4）灭活的病毒在动物细胞融合过程中可以作为诱导因素，在单克隆抗体技术中促进B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。除此之外，还可以使用物理方法如电击、离心、振动和聚乙二醇（PEG）等化学方法。

【答案】（1）活细胞 抗原 侵染（感染） （2）抗体相同 细胞免疫与体液免疫 （3）流感病毒遗传物质是RNA，单链结构，易发生变异 （4）作为诱导因素，促进B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合 电击、离心、振动 聚乙二醇（PEG）

二、第二代疫苗与基因工程

基因工程疫苗是指使用DNA重组生物技术，把天然的或人工合成的遗传物质定向插入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中，使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗。第二代疫苗制备的成功与基因工程技术密切相关。

【例2】（2015·上海市宝山区高三第二次考试·改编）接种疫苗是对乙肝最有效的治疗方法。目前治疗性乙肝疫苗主要为基因工程疫苗。已知慢性肝炎患者因为体内缺乏IL-2、IFN-γ等细胞因子，导致机体免疫功能下降。为了有效治疗慢性肝炎，采用“双质粒”基因疫苗，其构建、生产过程如图。

（1）为增加目的基因-1的数目，可以使用_____技术，但前提是必须知道基因的已知序列，目的是___________。

（2）若能构成有效表达的重组质粒1，可选择限制酶SnaBⅠ和BglⅡ，比使用单一的限制酶，其优点是________________________________________________________。两种限制酶切割pCDNA质粒前后，游离的磷酸基团的个数分别是________。

（3）在重组质粒导入酵母细胞之前，需用_________处理，使其称为________细胞。为了能成功表达出乙肝病毒的蛋白质，不使用细菌，而使用酵母细胞作为受体细胞，可能原因是______________________________。

（4）将酵母细胞接种到含有________的____________（培养基物理状态）培养基中培养，筛选含有重组质粒的酵母细胞从而收集提纯获得乙肝病毒的蛋白质。 “筛选”是生物技术中不可缺少的一部分。下列各项中不需要经过“筛选”的是 （ ）

A. 单倍体育种中接种到培养基上进行离体培养的F1的花药

B. 基因工程育种中目的基因导入植物受体细胞操作后发育而成的植株

C. 多倍体育种中经适宜浓度的秋水仙素处理后的幼苗

D. 植物体细胞杂交过程中，原生质体融合后获得的各种两两融合的细胞

（5）从题中可知，利用IL-2、IFN-γ联合基因构建重组质粒-2的目的是___________________________________________________________________________________。

【解析】本题考查了基因工程的步骤、限制酶，微生物培养等相关知识。意在考查学生从图表中获得有效信息的能力，考查学生理解、应用知识解决实际问题的能力。

（1）为了增加目的基因的数目，一般可以使用PCR技术。PCR技术的原理是DNA复制，但是与之不同之处在于PCR技术不仅需要耐高温的DNA聚合酶，也需要一段引物，而设计引物就必须知道目的基因的一段碱基序列。

（2）采用单一的限制酶切割目的基因和质粒，会形成相同的黏性末端，在用DNA连接酶连接不同DNA片段过程中，会出现目的基因与目的基因或质粒与质粒之间自身环化的现象，还可能造成目的基因反向接入到质粒中，影响目的基因的正确表达。游离的磷酸基团是指在DNA中处于两端，没有形成磷酸二酯键的磷酸基团。由于DNA分子两条链是反向平行的，因此一段DNA分子，两端各有一个游离的磷酸基团。pCDNA质粒切割之前是环状的DNA分子，没有游离的磷酸基团，而当两种限制酶切割形成两条DNA片段，总共含有4个游离的磷酸基团。

（3）酵母细胞属于微生物细胞，可以用Ca2+处理，使其处于感受态细胞的状态，易于吸收周围环境中的DNA分子。细菌是原核生物，而酵母菌是真核生物，细菌中缺少内质网和高尔基体等用于加工蛋白质的细胞器，乙肝病毒基因不能在细菌中成功表达出蛋白质而在酵母菌中可以。

（4）标记基因的作用是筛选含有目的基因的细胞，本题中的标记基因是氨苄青霉素抗性基因，因此可以将酵母菌放在含氨苄青霉素的培养基中进行培养。因需要从培养液中提取获得乙肝病毒的蛋白质，所以适宜用液体培养基。A项中单倍体育种中所需花粉不需经过筛选。B项基因工程育种过程都要经过检测与鉴定。C项多倍体育种，秋水仙素作用不会100%造成染色体数目翻倍，因此需经过筛选。D项植物体细胞杂交需对杂种细胞进行筛选。

（5）根据题中提示IL-2、IFN-γ的作用，利用质粒2目的是表达IL-2、IFN-γ等细胞因子，注射给慢性乙肝患者，弥补患者体内IL-2、IFN-γ分子不足，提高机体的免疫功能。

【答案】（1）PCR 设计引物 （2）防止目的基因、质粒发生自身环化或者防止目的基因反向接入到质粒中 0，4（3）Ca2+感受态 细菌细胞中无内质网和高尔基体等加工蛋白质的细胞器 （4）氨苄青霉素 液体 A （5）表达IL-2、IFN-γ等细胞因子，注射给慢性乙肝患者，弥补患者体内IL-2、IFN-γ分子不足，提高机体的免疫功能。

三、第三代疫苗与遗传信息的表达

DNA疫苗又称核酸疫苗或基因疫苗，是指将编码某种蛋白质抗原的重组真核表达载体直接注射到动物体内，使外源基因在活体内表达，产生的抗原激活机体的免疫系统，从而诱导特异性的体液免疫和细胞免疫应答。

【例3】（2012·上海市高考压轴卷·改编）20世纪90年代开始兴起的DNA疫苗被称为是第三次疫苗革命。DNA疫苗是直接将控制合成保护性抗原的基因，通过体外与质粒重组，再直接注射进入人体而使人体获得免疫力的一种疫苗。下图是某病毒DNA疫苗获取及预防传染病的机制示意图。（A、B、C表示物质。甲、乙、丙表示细胞。①②表示生理过程）

（1）该DNA疫苗是指图中的__________，它的构建需要用到的酶有____________________。DNA疫苗能引起机体引起免疫反应的机理是____________________________。

（2）重组质粒能整合到人体染色体DNA上的原因是_______________________________________________。

（3）过程①的名称是________，所需的原料是_____________，A物质到达细胞质需穿过_______层膜。（4）过程②除了需要A物质作为模板之外，还需要提供的条件有________________________________________。

（5）如需体外获得大量图中的物质C，可利用_______技术来获得，该方法获得的物质C的优点是_______________________________。

【解析】本题把基因工程与人体免疫、遗传信息传递过程结合起来考查。（1）从图中可以看出，DNA疫苗是指注射到人体中的重组质粒。重组质粒的构建需要用到限制酶切割目的基因与质粒，再用DNA连接酶连接起来。DNA疫苗能引起机体发生免疫反应是因为它能在人体细胞中成功表达抗原蛋白，从而激发机体产生免疫反应。（2）重组质粒能整合到人体染色体DNA上原因是重组质粒化学本质是DNA，具有与人体DNA相同的结构。（3）过程①是由DNA表达出RNA，这过程称为转录，需要4种游离的核糖核苷酸作为原料。RNA合成之后需通过核孔运输到细胞质中完成翻译，经过核孔不是经过膜，所以经过0层膜。（4）过程②是RNA形成蛋白质过程称为翻译，除了A物质提供模板外，还需要tRNA、ATP、20种氨基酸，酶，核糖体（rRNA）等条件。（5）物质C是抗体，单克隆抗体的优点是特异性强，灵敏度高，可大量制备。

【答案】（1）重组质粒 限制酶和DNA连接酶 DNA疫苗在机体中表达出抗原蛋白，激发机体产生免疫反应

（2）重组质粒化学本质是DNA，具有与人体DNA相同的结构（3）转录 四种游离的核糖核苷酸 0 （4）tRNA、ATP、20种氨基酸、酶、核糖体 （5）单克隆抗体 特异性强，灵敏度高，可大量制备

总之，疫苗知识在命题中的应用，不仅可以让学生了解生物科技的发展状况以及科技发展对医疗等领域的贡献，还可以培养学生在新情景中分析问题，解决问题的能力。

（作者单位：江苏省苏州市高新区吴县中学）