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消化道中微生物群落的兴衰
共生微生物及多细胞真核宿主,构成了一个高度整合的系统,称为共生有机体。
共生微生物栖息在宿主上皮细胞和外部环境之间的界面处,对宿主的发育、养分吸收和疾病的发生起着积极的调节作用。 微生物群是一个动态的群落,随着宿主的生命周期而变化。 比起宿主的遗传差异,环境异质性对解释人类微生物组成的许多个体间的差异更为重要。
微生物群落随着时间的不同在各个组织之中发生变化。 婴儿肠道中的微生物成分是由饮食决定的,这取决于婴儿是喂母乳还是配方奶。 药物和抗生素的使用对宿主肠道菌群的形成起着重要作用,这会导致群落的显著变化,增加了原本罕见的微生物类群的数量。 特定疾病的发生(如癌症、肥胖、糖尿病或者炎症性肠病)与特定的微生物特征有关。
宿主与其共生微生物之间的相互作用在青年期和成年期达到了平衡,从而抵御包括病原体在内的多种外部因素的侵害。 对这种体内平衡的干扰可能来自环境、饮食和接触抗生素等药物的变化。 也可能来自于宿主内部的内在因素,即衰老过程中发生的大量改变,包括细胞衰老、炎症和癌症。 宿主内部微生物—微生物的相互作用原则上也会导致宿主—微生物群失衡,进而导致宿主衰老。
宿主的免疫系统可以通过选择性地清除病原体使共生体茁壮成长。 在衰老过程中,免疫功能障碍和全身性炎症导致宿主和微生物群之间细菌群落组成失衡。 在人体中,年轻阶段的微生物群富含具有免疫调节功能的细菌类群,而与年老阶段的细菌群落则含有丰富的病原体,(如图)。
从图中可知,宿主衰老过程中肠道微生物群分类多样性随之减少,导致一些与年龄相关的微生物物种的种群规模增大,增加了新的潜在致病性微生物菌株的进化机会。
了解宿主衰老过程中肠道中微生物群的动态变化,将对未来的针对衰老的治疗性干预提供重要信息。 基因工程微生物已经被证实可以作为一种治疗策略来弥补基因和代谢缺陷,并有可能改善宿主的健康。 共生微生物已被提出作为癌症免疫治疗的治疗靶点,未来还有可能作为旨在对抗衰老过程中发生的代谢功能障碍的干预措施。
(1)大肠杆菌的代谢类型是____________。 人体肠道中的大肠杆菌与人之间种间关系属于_____________;人体为大肠杆菌提供_____________,大肠杆菌为人体提供维生素K。
(2)肠道中的微生物群落在不断演替着。人体从年轻阶段到年老阶段的衰老过程中,肠道中微生物群落发生的变化是________________。
(3)不同肠道微生物的物种利用肠道中资源的幅度不尽相同,从而在肠道微生物群落中占据了不同的_________。 综合文中内容和所学知识分析,肠道优势菌群的形成是_____________对其选择的结果。
(4)针对肠道微生物的干预措施,能否对抗人体衰老?请简述你的观点及理由___________。
科研人员对我国某自然保护区地震导致山体滑坡30年后,恢复群落和未受干扰的原始林群落不同植被类型的生物量进行了研究。
(1)科研人员在两个群落中________选取多个样地,收获全部植物,按照________分类后,测定生物量,结果如下图。 图中_______(填“S1”或“S2”)代表恢复群落生物量。
(2)地震导致山体滑坡后,原有植被虽不存在,但还可能存在植物的种子、可能发芽的地下茎或植物根系等,在这一基础上形成恢复群落的过程为______演替。伴随这一演替过程,群落的物种_______逐渐增加。未受干扰的原始林群落具有较好的垂直结构,有利于提高__________利用率。
(3)恢复群落植被的总生物量只有原始林群落的______%,这是由于山体滑坡后群落的_______能力较弱,在短时间内难以恢复到原状。
乙型肝炎病毒感染是全球性的公共卫生问题,在我国造成的疾病负担更为严重。
(1)筛查乙肝病毒感染目前最常用的是检测乙肝病毒的五项血清标志物,下图所示为某孕妇乙肝五项检查报告单。
序号:检测项目 | 结果 | 单位 | 参考值 | 乙肝病毒标志物意义 |
1. 乙肝表面抗原 | »225. 000↑ | ng/mL | 0~0. 2 | 体内是否存在乙肝病毒 |
2. 乙肝表面抗体 | 0. 000 | mIU/mL | 0~10 | 机体是否具有保护性 |
3. 乙肝e抗原 | 0. 021 | PEIU/mL | 0~0. 5 | 病毒是否在复制并具有传染性 |
4. 乙肝e抗体 | »2. 070↑ | PEIU/mL | 0~0. 2 | 病毒的复制是否受到抑制 |
5. 乙肝核心抗体 | »3. 975↑ | PEIU/mL | 0~0. 9 | 是否感染过乙肝病毒 |
由报告单可知,此人的病情最可能为____________. ,若此人具有较强的传染性,检查报告中阳性项目还应包括____________(填序号)。
(2)乙肝病毒是带有包膜的复杂DNA病毒,下图是乙肝病毒结构示意图,以及注射过乙肝疫苗的健康人在遇到乙肝病毒后的免疫过程。 据图回答:
图中可以用于提取制成乙肝疫苗的成分是________。注射过乙肝疫苗的健康人产生了________(细胞甲)和乙肝抗体,在遇到乙肝病毒后,细胞甲迅速________产生_________(细胞乙),所产生的抗体不仅可以阻止________,还可以凝集抗原,诱导细胞丙__________。
癌症是当前严重危害人类健康的重大疾病。研究人员利用与癌细胞在某些方面具有相似性的诱导多能干细胞(iPSC)进行了抗肿瘤的免疫学研究。
(1)癌细胞膜表面存在异常的蛋白质分子,可作为________激发机体的_______系统发挥清除作用。
(2)研究人员进行的系列实验如下:
免疫组小鼠:每周注射1次含失去增殖活性的iPSC悬液,连续4周;
空白组小鼠:每周注射1次不含失去增殖活性的iPSC的缓冲液,连续4周。
实验一:取免疫组和空白组小鼠的血清分别与iPSC、DB7(一种癌细跑)和MEF(一种正常体细胞)混合,检测三种细胞与血清中抗体的结合率,结果见下表:
细胞与抗体的 细胞 结合率(%) 血清 | iPSC | DB7 | MEF |
免疫组 | 77 | 82 | 8 |
空白组 | 10 | 8 | 9 |
①比较表中iPSC与两组小鼠血清作用的结果可知,免疫组的数值明显_______空白组的数值,说明____________________。
②表中DB7细胞和iPSC细胞分别与免疫组小鼠血清作用后的检测数据无明显差异,说明DB7有_________________。
③综合表中全部数据,实验结果表明_________________。
实验二:给免疫组和空白组小鼠皮下注射DB7,一周后皮下形成肿瘤. 随后空白组小鼠肿瘤体积逐渐增大,免疫组小鼠肿瘤体积逐渐缩小。由此推测:iPSC还能刺激机体产生_______免疫,通过_______细胞特异性清除肿瘤细胞。
(3)研究人员另取小鼠进行实验,验证了实验二的推测. 如图为实验组的实验过程及结果示意图。请在图中选择A或B填入④处,从C~F中选择字母填入①~③处①_______;②_________;③__________;④______ 。
(4)该系列研究潜在的应用前景是iPSC可以用于________________。
甲、乙、丙三人在一次社区健康日活动中检测出血糖超标,为弄清是否患糖尿病,依据规范又进行了进一步检测。图1、图2所示为空腹及餐后测定的血糖及胰岛素浓度(糖尿病血糖浓度标准为:空腹≥7. 0mmol/L,餐后2h≥11. lmmol/L)。请回答下列问题:
(1)正常人进食后需糖浓度上升,细胞分泌胰岛素增多。胰岛素可促进______,可抑制_______。
(2)一次性摄入糖过多也会导致血糖超标,但是一段时间后血糖会维持在正常的范围内。简述这种稳态得以维持的内分泌调节原理是__________。
(3)据图1初步判断_____是糖尿病患者,判断依据是___________。糖尿病患者常因血糖浓度升高致细胞外液渗透压升高,刺激位于_____的渗透压感受器,最终在________产生渴感,表现为多饮。
(4)进一步检查发现,乙体内存在某种异常抗体。结合图1和图2分析,推测乙产生糖尿病症状的原因是_______________。
(5)目前我国有近1亿的糖尿病患者存在像患者甲的症状,请为这些患者列举具体的应对糖尿病的措施:____________________。
药物成瘾已成为不容忽视的医学和社会问题。科研人员针对兴奋性神经递质谷氨酸在药物成瘾中的作用机制进行了研究。下图是谷氨酸突触示意图。请回答相关问题。
(1)如图所示,突触前神经元受到刺激后,突触小泡与突触前膜融合,释放谷氨酸到_________,与突触后膜上的________结合,这种受体是________,开放后导致钠离子内流,使突触后与药物成瘾相关的神经元产生兴奋。同时,谷氨酸与突触后膜上的NMDA受体结合,可以将Mg2+ 从通道移出,Ca2+ 内流后________催化生成NO,通过_______(填写跨膜运输方式)到突触前神经元,增强药物成瘾的效应。这一过程属于_______(正/负)反馈调节。
(2)为研究吗啡和人工合成大麻素(HU210)联合使用对谷氨酸传递效率的影响,科研人员利用两种成瘾药物在大鼠中进行了相关实验,结果如下图。
①由甲组实验结果可知,注射吗啡能___________。1小时后再注射HU210,突触后神经元_________。
②与甲组相比,乙组实验结果显示:注射HU210之后再注射吗啡引起的_________均有所降低,说明先注射HU210再注射吗啡可以减少吗啡作用的效果。
③实验结果表明:__________对突触传递的影响明显不同。