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新冠病毒是如何确定的?科赫法则具体内容是啥?科赫法则存在什么局限?
新冠病毒的确定
2019年年底,一场毫无征兆的疫情悄然而至,目前我国的疫情控制相当给力,但全球仍处于水生火热之中。这次疫情的病原体是如何确定的呢?
我国科学家对患者样品进行电子显微镜、RT-PCR和Illumina和Nanopore高通量测序分析,检测到了新型冠状病毒的存在,并且成功的分离到了病毒颗粒,证明了它们在培养皿里仍然能够侵染人上皮细胞。为了验证此病毒对人的易感性(当然不能拿人做实验),科学家在老鼠细胞里转入一个人类的ACE2蛋白(新冠病毒受体),病毒顺利侵染了这些老鼠细胞。通过上述一系列实验确定了引发本次疫情的是一种新冠病毒,命名为SARS-CoV-2,将新型冠状病毒感染的肺炎命名为COVID-19。
那么,要确定一个疾病的病原体,需要遵循什么原则呢?
科赫法则,毋庸置疑,从名称上可以看出是罗伯特·科赫(1843~1910年)及其学派提出来的,该法则用以验证细菌与病原体的关系,被后人奉为传染病病原鉴定的金科玉律。在实际历史中,科赫的导师雅各布亨勒(1809-1885)在其1840年发表的《病理学研究》里就已经提出科赫法则的核心内容,由于条件限制,并没有将理论付诸实践。在这之后巴斯德研究炭疽和以及勒夫勒研究白喉的过程中,都遵循了科赫法则且写进了论文中,而完整清晰的科赫法则在1884年才被科赫提出来。科赫法则这一名称让我们永久的记住了德国的伟大细菌学家科赫,却掩盖了背后多个学者的光辉。
科赫法则是科赫在其结核杆菌的研究工作中系统提出来。当时全球1/7的死亡病因源于结核,1881-1882年间,科赫成功的分离了结核杆菌,1882年3月24日,在柏林生理学会上,听众们见证了这一伟大的瞬间,结核杆菌的发现使科赫登上了荣誉的巅峰,1905年因此而获得诺贝尔奖。科赫对科赫法则的另一重要贡献是发明了微生物的固体培养方法,使得微生物分离培养成为可能(谁,开创了微生物纯培养技术?)。
1. 在病株罹病部位经常可以发现可能的病原体,但不能在健康个体中找到
2. 病原菌可被分离并在培养基中进行培养,并记录各项特征
3. 纯培养的病原菌应该接种至与病株相同品种的健康植株,并产生与病株相同的病征
4. 从接种的病株上以相同的分离方法应能再分离出病原,且其特征与由原病株分离者应完全相同
让我们再看看新冠病毒的确定过程,中国科学家在利用电子显微镜、RT-PCR和测序方法检测到了这种病毒,符合法则1;成功分离出了病毒颗粒且证明在培养皿里仍然能够侵染人上皮细胞,符合法则2;在老鼠细胞里转入ACE2蛋白,病毒就可以侵染这些老鼠细胞,间接符合法则3和4。
科赫法则是传染病病原鉴定的金科玉律。如今,我们从微生物的角度重新审视科赫法则,你觉得它存在什么问题呢?
法则第一条,病例中都会出现,健康者体内不存在。这个判断有点武断,有些病原菌或病毒是条件致病,并且和寄主的身体状态有关。例如,如今存在许多新冠病毒的无证感染者,健康者体内也可以有病原体。
法则第二条和第四条,需要从寄主分离出微生物并得到纯培养。这一条在很多情况下难以实现,一是我们已经意识到目前绝大多数微生物都是不可培养的,现有条件下无法获取纯培养;二是如果我们想研究过去的疾病案列,微生物可能早已消失,例如想要研究中世纪欧洲的黑死病,这样也是无法获取微生物样品进行培养的。
法则第三条,接种到健康而敏感的宿主,疾病会复发。这个也需要考虑到宿主的状态(遗传、免疫力、营养等等)以及外界条件,有些人天生免疫力强;有些疾病没有动物模型进行实验,例如像新冠这种人类的疾病,是不能拿人直接做实验接种病毒的,因此宿主实验只能用其他生物代替;还有一种情形,一种病原体可能会导致不同的疾病,出现不同的病状。
科赫法则是一个充分不必要条件,在实际应用时需要灵活对待。时代在进步,科学在发展,科赫法则需要一定的修改和完善,在如今基因组时代,我们完全不用去分离菌种,仅仅通过基因组分析或者目的基因的直接监测(核酸检测),就能快速的判断我们体内是否被感染,也能通过残留的DNA分析,去探索黑死病的病因。
参考资料
1. 浙江大学王立铭教授,《新型冠状病毒肺炎,几个你会关心的科学问题》
2. Zhu N, Zhang D, Wang W, et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. New England Journal of Medicine, 2020
3. Maxime Schwartz, Annick Perrot,《巨人的对决》, 海天出版社