《病原体与亚病原体研究》课件

病原体与亚病原体研究本课程将系统介绍病原体与亚病原体的基础理论和研究方法课程概述课程目标课程内容掌握病原体基本概念及研究病原体分类、致病机制、检方法测技术学习方法理论学习与实验操作相结合病原体的定义与分类病原体的概念主要病原体类型能侵入生物体并引起疾病的微生物细菌（原核生物）•病毒（非细胞结构）•包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等真菌（真核生物）•寄生虫（多细胞或单细胞）•细菌病原体遗传物质环状，无核膜DNA细胞结构细胞壁、细胞膜、鞭毛生理特性二分裂繁殖，独立代谢重要细菌病原体葡萄球菌链球菌呈球形，簇状排列链状排列球菌••引起皮肤感染、食物中毒引起咽炎、猩红热••肺炎球菌呈双球菌状态•引起肺炎、中耳炎、脑膜炎•病毒病原体基本结构特点核酸（或）和蛋白质外壳非细胞结构，无独立代谢DNA RNA遗传物质复制周期4可为或，单链或双链必须在活细胞内复制DNA RNA重要病毒病原体流感病毒引起季节性流感，易变异冠状病毒引起呼吸道感染，包括COVID-19艾滋病毒攻击免疫系统，导致获得性免疫缺陷真菌病原体形态特征细胞结构繁殖方式菌丝体或酵母型，真含几丁质的细胞壁产生孢子，有性或无核结构性繁殖寄生虫病原体卵期寄生虫生命周期的起始幼虫期多在中间宿主或环境中发育成虫期在终末宿主中完成发育繁殖期产卵继续生命周期病原体的致病机制侵入机制黏附于宿主细胞•穿透组织屏障•定植于特定组织•毒力因子外毒素（分泌性毒素）•内毒素（细胞壁成分）•酶类（破坏组织）•损伤效应直接细胞损伤•诱导免疫病理反应•干扰宿主生理功能•宿主防御机制先天性免疫获得性免疫物理屏障（皮肤、粘膜）特异性识别抗原••吞噬细胞（中性粒细胞、巨噬细胞）细胞介导的细胞免疫••T补体系统细胞介导的体液免疫••B炎症反应免疫记忆形成••亚病原体概述亚病原体的定义比病毒更简单的感染性因子结构特点2缺乏完整的遗传物质或结构致病特性可引起严重疾病，难以治疗朊病毒年年至今19822000普鲁西纳提出朊病毒概念朊病毒结构和致病机制深入研究123年1997普鲁西纳因朊病毒研究获诺贝尔奖朊病毒相关疾病克雅氏病疯牛病羊瘙痒病人类朊病毒病，快速进行性痴呆牛海绵状脑病，可传染给人类影响羊的神经系统疾病类病毒类病毒的定义类病毒的分类仅由裸露组成的亚病原体柱状类病毒科RNA•梭状类病毒科•无蛋白质外壳，分子量小环状类病毒•病毒样颗粒结构特征疫苗应用类似病毒但不含遗传物质用作疫苗载体和免疫原研究工具药物递送研究病毒宿主相互作用作为基因和药物递送系统-亚病毒因子亚病毒因子的概念卫星病毒需要辅助病毒共同感染的病依赖辅助病毒复制的小型病毒颗粒毒卫星RNA依赖辅助病毒复制的分子RNA病原体检测技术形态学检查显微镜直接观察病原体形态培养技术在特定培养基中培养病原体染色技术特殊染色显示病原体特征电子显微镜技术观察超微结构免疫学检测方法抗原检测抗体检测免疫荧光法间接免疫荧光法••酶联免疫吸附测定间接••ELISA（）ELISA免疫印迹（）•Western blot胶体金免疫层析•免疫组化组织切片特异性染色•病原体定位•组织病理学改变观察•分子生物学检测技术核酸提取扩增PCR1从样本中分离病原体特异性引物扩增病原体基因DNA/RNA基因测序结果分析确定病原体基因序列凝胶电泳或荧光检测新型病原体检测技术生物芯片技术质谱技术高通量检测多种病原体基于蛋白质特征指纹图谱••基因表达分析快速鉴定微生物••突变检测不需预培养，节省时间••病原体分离与培养病原体鉴定24-48h4-6h生化鉴定血清学鉴定基于病原体代谢特性基于抗原抗体反应-2-4h分子鉴定基于核酸序列特异性病原体基因组学研究全基因组测序1解析病原体完整基因组比较基因组学分析不同菌株基因差异功能基因组学研究基因功能与表达调控病原体蛋白组学研究蛋白质提取从病原体中分离蛋白质蛋白质分离二维电泳分离不同蛋白质质谱鉴定确定蛋白质序列和结构功能分析研究蛋白质生物学功能病原体代谢组学研究病原体与宿主相互作用表面识别1病原体表面分子与宿主受体结合侵入细胞2通过内吞或直接穿透膜进入细胞内复制3利用宿主资源进行复制细胞离开4细胞裂解或出芽方式释放病原体免疫逃逸机制抗原变异分子拟态免疫抑制改变表面抗原逃避抗模拟宿主分子避免被抑制宿主免疫反应体识别识别潜伏感染在宿主细胞中建立潜伏状态病原体耐药性研究基因突变染色体基因突变产生耐药性1水平基因转移质粒、转座子介导的耐药基因传递生物膜形成3形成保护性生物膜阻碍药物渗透新发病原体新发病原体的特点跨种族传播能力强适应性强快速适应新宿主和环境全球性影响可迅速传播造成大范围流行监测系统需建立全球预警和监测网络人畜共患病原体狂犬病毒禽流感病毒莱姆病螺旋体犬类传播，致命神经系统疾病禽类传播，可引起严重呼吸道感染蜱虫传播，多系统症状病原体传播途径接触传播空气传播直接接触或间接接触传播飞沫和气溶胶传播水源传播污染水源导致的传播媒介传播食物传播通过生物媒介传播食品污染导致的传播病原体预防与控制消毒与灭菌隔离措施物理方法（高温、辐射）标准预防（手卫生）••化学方法（酒精、含氯消毒剂）接触隔离（防护服、手套）••生物方法（酶制剂）空气隔离（负压房间）••飞沫隔离（口罩）•疫苗研究与开发质量控制研发流程生产工艺验证•疫苗类型实验室研究•安全性评价•灭活疫苗•动物实验•有效性评估•减毒活疫苗•临床试验•稳定性研究•亚单位疫苗•审批上市•核酸疫苗•抗病原体药物病原体快速诊断技术即时检测技术便携式检测设备应用场景现场快速检测试剂微流控芯片技术临床急诊•••结果获取时间短（分钟）便携式仪疾病暴发现场•15-30•PCR•操作简便，无需专业设备手持式测序仪资源有限地区•••病原体基因工程基因重组技术利用限制性内切酶和连接酶基因编辑技术系统精确修饰基因CRISPR-Cas9基因表达系统病原体蛋白在异源系统中表达功能验证基因敲除或过表达验证基因功能病原体生物信息学数据库建设病原体基因组和蛋白质数据库构建序列分析工具同源性比对和进化分析软件结构预测蛋白质结构和功能预测工具网络分析病原体宿主相互作用网络分析-病原体进化与适应病原体与环境因素气候变化的影响生态环境变化的影响温度升高扩大媒介分布范围森林砍伐增加人畜接触机会••降雨模式改变影响传播途径城市化加速疾病传播••极端天气事件增加疾病暴发风险生物多样性减少破坏自然屏障••病原体流行病学数据收集调查准备临床信息和样本采集确定调查目标和方法实验室检测病原体分离和鉴定控制措施数据分析实施针对性防控策略确定传播途径和风险因素病原体实验室生物安全BSL-1基本防护适用于低风险病原体BSL-2初级屏障适用于中等风险病原体BSL-3负压实验室适用于通过气溶胶传播的病原体BSL-4最高防护适用于致命且无疫苗或治疗的病原体病原微生物实验室质量控制结果报告准确、及时、规范的报告过程监控实验操作和环境监测质控样品阳性和阴性对照标准操作程序4详细文件化的操作规程病原体样本库建设样本收集标准化采集程序•信息完整记录•伦理审批与知情同意•样本保存超低温冻存（或液氮）•-80°C冻干保存•定期活力检测•信息管理电子数据库建设•样本编码系统•信息安全保障•病原体研究伦理伦理审查生物安全隐私保护研究方案必须通过伦确保实验不会造成生保护研究对象个人信理委员会审查物安全风险息和样本数据双重用途研究评估潜在误用风险病原体研究新技术单细胞测序技术器官类器官培养冷冻电镜技术分析单个病原体细胞的基因组和转录组模拟体内微环境研究病原体感染高分辨率观察病原体结构病原体与肠道微生态微生态平衡生态位竞争正常菌群维持肠道健康益生菌与病原体争夺资源2免疫调节屏障功能肠道菌群调节局部免疫功能微生物形成保护屏障病原体与肿瘤致癌病原体致癌机制幽门螺杆菌（胃癌）直接损伤••DNA人乳头瘤病毒（宫颈癌）病毒基因整合••乙型肝炎病毒（肝癌）慢性炎症••病毒（淋巴瘤）免疫抑制•EB•病原体与自身免疫疾病分子模拟理论病原体抗原与自身抗原相似免疫激活病原体感染激活自身反应性细胞T组织损伤免疫系统攻击自身组织病原体与慢性疾病慢性感染特点长期持续存在，症状轻微慢性炎症2持续低水平炎症反应组织损伤累积长期损伤导致器官功能下降代谢紊乱4影响宿主代谢pathway病原体基因治疗载体构建基因递送基因表达疾病治疗利用病毒或非病毒载体将治疗基因导入靶细胞在靶细胞中表达功能蛋白纠正基因缺陷或赋予细胞新功能病原体与干细胞研究干细胞感染模型病原体对干细胞的影响模拟人体发育过程中的感干细胞自我更新能力改变••染分化方向的异常调控•研究病原体对干细胞分化•基因表达谱的改变•的影响分析组织特异性感染机制•应用前景疾病发病机制研究•新型治疗策略开发•抗感染药物筛选•病原体体外模型细胞培养模型单层细胞或细胞悬液三维组织模型模拟组织结构和微环境器官芯片微流控技术构建的器官功能单元人体芯片连接多个器官芯片模拟系统间相互作用病原体动物模型病原体组学研究病原体与宿主表观遗传学甲基化DNA甲基转移酶添加甲基基团•影响基因表达而不改变序列•病原体可改变宿主甲基化模式•DNA组蛋白修饰乙酰化、甲基化等修饰•改变染色质结构与可及性•病原体可干扰宿主组蛋白修饰•非编码RNA调控基因表达•microRNA长非编码参与表观调控•RNA病原体可编码或诱导非编码•RNA病原体诊断标准化结果解释与报告统一的报告格式和解释标准标准操作流程详细的实验步骤和质量控制参考材料与方法标准菌株和参考方法诊断标准与阈值明确的阳性判断标准病原体研究前沿进展人工智能应用辅助病原体检测和药物设计AI合成生物学设计人工病原体用于研究和疫苗开发纳米孔测序现场快速测序和实时监测微生物组研究病原体在微生物群落中的相互作用病原体研究案例分析研究埃博拉病毒研究结核分枝杆菌研疟疾原虫研究COVID-19究从发现到疫苗开发的致命病毒的特性与防复杂生活史与药物耐全过程控策略古老病原体与现代研药性机制究方法总结与展望60+5+课程要点关键技术系统介绍病原体基础与前沿研究分子生物学与组学技术推动研究发展∞未来方向精准诊断与个性化防治。