《病原體與亞病原體研究》課件

病原體與亞病原體研究本課程將系統(tǒng)介紹病原體與亞病原體的基礎(chǔ)理論和研究方法課程概述課程目標掌握病原體基本概念及研究方法課程內(nèi)容病原體分類、致病機制、檢測技術(shù)學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)與實驗操作相結(jié)合病原體的定義與分類病原體的概念能侵入生物體并引起疾病的微生物包括細菌、病毒、真菌和寄生蟲等主要病原體類型細菌（原核生物）病毒（非細胞結(jié)構(gòu)）真菌（真核生物）寄生蟲（多細胞或單細胞）細菌病原體遺傳物質(zhì)環(huán)狀DNA，無核膜細胞結(jié)構(gòu)細胞壁、細胞膜、鞭毛生理特性二分裂繁殖，獨立代謝重要細菌病原體葡萄球菌呈球形，簇狀排列引起皮膚感染、食物中毒鏈球菌鏈狀排列球菌引起咽炎、猩紅熱肺炎球菌呈雙球菌狀態(tài)引起肺炎、中耳炎、腦膜炎病毒病原體基本結(jié)構(gòu)核酸（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)外殼特點非細胞結(jié)構(gòu)，無獨立代謝復(fù)制周期必須在活細胞內(nèi)復(fù)制遺傳物質(zhì)可為DNA或RNA，單鏈或雙鏈4重要病毒病原體流感病毒引起季節(jié)性流感，易變異冠狀病毒引起呼吸道感染，包括COVID-19艾滋病毒攻擊免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致獲得性免疫缺陷真菌病原體形態(tài)特征菌絲體或酵母型，真核結(jié)構(gòu)細胞結(jié)構(gòu)含幾丁質(zhì)的細胞壁繁殖方式產(chǎn)生孢子，有性或無性繁殖寄生蟲病原體卵期寄生蟲生命周期的起始幼蟲期多在中間宿主或環(huán)境中發(fā)育成蟲期在終末宿主中完成發(fā)育繁殖期產(chǎn)卵繼續(xù)生命周期病原體的致病機制侵入機制黏附于宿主細胞穿透組織屏障定植于特定組織毒力因子外毒素（分泌性毒素）內(nèi)毒素（細胞壁成分）酶類（破壞組織）損傷效應(yīng)直接細胞損傷誘導(dǎo)免疫病理反應(yīng)干擾宿主生理功能宿主防御機制先天性免疫物理屏障（皮膚、粘膜）吞噬細胞（中性粒細胞、巨噬細胞）補體系統(tǒng)炎癥反應(yīng)獲得性免疫特異性識別抗原T細胞介導(dǎo)的細胞免疫B細胞介導(dǎo)的體液免疫免疫記憶形成亞病原體概述亞病原體的定義比病毒更簡單的感染性因子2結(jié)構(gòu)特點缺乏完整的遺傳物質(zhì)或結(jié)構(gòu)致病特性可引起嚴重疾病，難以治療朊病毒11982年普魯西納提出朊病毒概念21997年普魯西納因朊病毒研究獲諾貝爾獎32000年至今朊病毒結(jié)構(gòu)和致病機制深入研究朊病毒相關(guān)疾病克雅氏病人類朊病毒病，快速進行性癡呆瘋牛病牛海綿狀腦病，可傳染給人類羊瘙癢病影響羊的神經(jīng)系統(tǒng)疾病類病毒類病毒的定義僅由裸露RNA組成的亞病原體無蛋白質(zhì)外殼，分子量小類病毒的分類柱狀類病毒科梭狀類病毒科環(huán)狀類病毒病毒樣顆粒結(jié)構(gòu)特征類似病毒但不含遺傳物質(zhì)疫苗應(yīng)用用作疫苗載體和免疫原藥物遞送作為基因和藥物遞送系統(tǒng)研究工具研究病毒-宿主相互作用亞病毒因子亞病毒因子的概念需要輔助病毒共同感染的病毒顆粒衛(wèi)星病毒依賴輔助病毒復(fù)制的小型病毒衛(wèi)星RNA依賴輔助病毒復(fù)制的RNA分子病原體檢測技術(shù)形態(tài)學(xué)檢查顯微鏡直接觀察病原體形態(tài)培養(yǎng)技術(shù)在特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)病原體染色技術(shù)特殊染色顯示病原體特征電子顯微鏡技術(shù)觀察超微結(jié)構(gòu)免疫學(xué)檢測方法抗原檢測免疫熒光法酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）膠體金免疫層析抗體檢測間接免疫熒光法間接ELISA免疫印跡（Westernblot）免疫組化組織切片特異性染色病原體定位組織病理學(xué)改變觀察分子生物學(xué)檢測技術(shù)核酸提取從樣本中分離病原體DNA/RNA1PCR擴增特異性引物擴增病原體基因結(jié)果分析凝膠電泳或熒光檢測基因測序確定病原體基因序列新型病原體檢測技術(shù)生物芯片技術(shù)高通量檢測多種病原體基因表達分析突變檢測質(zhì)譜技術(shù)基于蛋白質(zhì)特征指紋圖譜快速鑒定微生物不需預(yù)培養(yǎng)，節(jié)省時間病原體分離與培養(yǎng)病原體鑒定24-48h生化鑒定基于病原體代謝特性4-6h血清學(xué)鑒定基于抗原-抗體反應(yīng)2-4h分子鑒定基于核酸序列特異性病原體基因組學(xué)研究1全基因組測序解析病原體完整基因組比較基因組學(xué)分析不同菌株基因差異功能基因組學(xué)研究基因功能與表達調(diào)控病原體蛋白組學(xué)研究蛋白質(zhì)提取從病原體中分離蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分離二維電泳分離不同蛋白質(zhì)質(zhì)譜鑒定確定蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)功能分析研究蛋白質(zhì)生物學(xué)功能病原體代謝組學(xué)研究氨基酸脂類碳水化合物核苷酸其他病原體與宿主相互作用1表面識別病原體表面分子與宿主受體結(jié)合2侵入細胞通過內(nèi)吞或直接穿透膜進入3細胞內(nèi)復(fù)制利用宿主資源進行復(fù)制4細胞離開細胞裂解或出芽方式釋放病原體免疫逃逸機制抗原變異改變表面抗原逃避抗體識別分子擬態(tài)模擬宿主分子避免被識別免疫抑制抑制宿主免疫反應(yīng)潛伏感染在宿主細胞中建立潛伏狀態(tài)病原體耐藥性研究1基因突變?nèi)旧w基因突變產(chǎn)生耐藥性水平基因轉(zhuǎn)移質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的耐藥基因傳遞3生物膜形成形成保護性生物膜阻礙藥物滲透新發(fā)病原體新發(fā)病原體的特點跨種族傳播能力強適應(yīng)性強快速適應(yīng)新宿主和環(huán)境全球性影響可迅速傳播造成大范圍流行監(jiān)測系統(tǒng)需建立全球預(yù)警和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)人畜共患病原體狂犬病毒犬類傳播，致命神經(jīng)系統(tǒng)疾病禽流感病毒禽類傳播，可引起嚴重呼吸道感染萊姆病螺旋體蜱蟲傳播，多系統(tǒng)癥狀病原體傳播途徑空氣傳播飛沫和氣溶膠傳播接觸傳播直接接觸或間接接觸傳播水源傳播污染水源導(dǎo)致的傳播食物傳播食品污染導(dǎo)致的傳播媒介傳播通過生物媒介傳播病原體預(yù)防與控制消毒與滅菌物理方法（高溫、輻射）化學(xué)方法（酒精、含氯消毒劑）生物方法（酶制劑）隔離措施標準預(yù)防（手衛(wèi)生）接觸隔離（防護服、手套）空氣隔離（負壓房間）飛沫隔離（口罩）疫苗研究與開發(fā)疫苗類型滅活疫苗減毒活疫苗亞單位疫苗核酸疫苗研發(fā)流程實驗室研究動物實驗臨床試驗審批上市質(zhì)量控制生產(chǎn)工藝驗證安全性評價有效性評估穩(wěn)定性研究抗病原體藥物病原體快速診斷技術(shù)即時檢測技術(shù)現(xiàn)場快速檢測試劑結(jié)果獲取時間短（15-30分鐘）操作簡便，無需專業(yè)設(shè)備便攜式檢測設(shè)備微流控芯片技術(shù)便攜式PCR儀手持式測序儀應(yīng)用場景臨床急診疾病暴發(fā)現(xiàn)場資源有限地區(qū)病原體基因工程基因重組技術(shù)利用限制性內(nèi)切酶和連接酶基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9系統(tǒng)精確修飾基因基因表達系統(tǒng)病原體蛋白在異源系統(tǒng)中表達功能驗證基因敲除或過表達驗證基因功能病原體生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫建設(shè)病原體基因組和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建序列分析工具同源性比對和進化分析軟件結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測工具網(wǎng)絡(luò)分析病原體-宿主相互作用網(wǎng)絡(luò)分析病原體進化與適應(yīng)病原體與環(huán)境因素氣候變化的影響溫度升高擴大媒介分布范圍降雨模式改變影響傳播途徑極端天氣事件增加疾病暴發(fā)風(fēng)險生態(tài)環(huán)境變化的影響森林砍伐增加人畜接觸機會城市化加速疾病傳播生物多樣性減少破壞自然屏障病原體流行病學(xué)調(diào)查準備確定調(diào)查目標和方法數(shù)據(jù)收集臨床信息和樣本采集實驗室檢測病原體分離和鑒定數(shù)據(jù)分析確定傳播途徑和風(fēng)險因素控制措施實施針對性防控策略病原體實驗室生物安全BSL-1基本防護適用于低風(fēng)險病原體BSL-2初級屏障適用于中等風(fēng)險病原體BSL-3負壓實驗室適用于通過氣溶膠傳播的病原體BSL-4最高防護適用于致命且無疫苗或治療的病原體病原微生物實驗室質(zhì)量控制結(jié)果報告準確、及時、規(guī)范的報告過程監(jiān)控實驗操作和環(huán)境監(jiān)測質(zhì)控樣品陽性和陰性對照4標準操作程序詳細文件化的操作規(guī)程病原體樣本庫建設(shè)樣本收集標準化采集程序信息完整記錄倫理審批與知情同意樣本保存超低溫凍存（-80°C或液氮）凍干保存定期活力檢測信息管理電子數(shù)據(jù)庫建設(shè)樣本編碼系統(tǒng)信息安全保障病原體研究倫理倫理審查研究方案必須通過倫理委員會審查生物安全確保實驗不會造成生物安全風(fēng)險隱私保護保護研究對象個人信息和樣本數(shù)據(jù)雙重用途研究評估潛在誤用風(fēng)險病原體研究新技術(shù)單細胞測序技術(shù)分析單個病原體細胞的基因組和轉(zhuǎn)錄組器官類器官培養(yǎng)模擬體內(nèi)微環(huán)境研究病原體感染冷凍電鏡技術(shù)高分辨率觀察病原體結(jié)構(gòu)病原體與腸道微生態(tài)微生態(tài)平衡正常菌群維持腸道健康生態(tài)位競爭益生菌與病原體爭奪資源2屏障功能微生物形成保護屏障免疫調(diào)節(jié)腸道菌群調(diào)節(jié)局部免疫功能病原體與腫瘤致癌病原體幽門螺桿菌（胃癌）人乳頭瘤病毒（宮頸癌）乙型肝炎病毒（肝癌）EB病毒（淋巴瘤）致癌機制直接DNA損傷病毒基因整合慢性炎癥免疫抑制病原體與自身免疫疾病分子模擬理論病原體抗原與自身抗原相似免疫激活病原體感染激活自身反應(yīng)性T細胞組織損傷免疫系統(tǒng)攻擊自身組織病原體與慢性疾病慢性感染特點長期持續(xù)存在，癥狀輕微2慢性炎癥持續(xù)低水平炎癥反應(yīng)組織損傷累積長期損傷導(dǎo)致器官功能下降4代謝紊亂影響宿主代謝pathway病原體基因治療載體構(gòu)建利用病毒或非病毒載體基因遞送將治療基因?qū)氚屑毎虮磉_在靶細胞中表達功能蛋白疾病治療糾正基因缺陷或賦予細胞新功能病原體與干細胞研究干細胞感染模型模擬人體發(fā)育過程中的感染研究病原體對干細胞分化的影響分析組織特異性感染機制病原體對干細胞的影響干細胞自我更新能力改變分化方向的異常調(diào)控基因表達譜的改變應(yīng)用前景疾病發(fā)病機制研究新型治療策略開發(fā)抗感染藥物篩選病原體體外模型細胞培養(yǎng)模型單層細胞或細胞懸液三維組織模型模擬組織結(jié)構(gòu)和微環(huán)境器官芯片微流控技術(shù)構(gòu)建的器官功能單元人體芯片連接多個器官芯片模擬系統(tǒng)間相互作用病原體動物模型病原體組學(xué)研究病原體與宿主表觀遺傳學(xué)DNA甲基化甲基轉(zhuǎn)移酶添加甲基基團影響基因表達而不改變序列病原體可改變宿主DNA甲基化模式組蛋白修飾乙?；?、甲基化等修飾改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)與可及性病原體可干擾宿主組蛋白修飾非編碼RNAmicroRNA調(diào)控基因表達長非編碼RNA參與表觀調(diào)控病原體可編碼或誘導(dǎo)非編碼RNA病原體診斷標準化結(jié)果解釋與報告統(tǒng)一的報告格式和解釋標準標準操作流程詳細的實驗步驟和質(zhì)量控制參考材料與方法標準菌株和參考方法診斷標準與閾值明確的陽性判斷標準病原體研究前沿進展人工智能應(yīng)用AI輔助病原體檢測和藥物設(shè)計合成生物學(xué)設(shè)