新冠疫情讓公眾對病毒及其致病機制的興趣大幅提升。為了提高人們對病毒傳播與預防的科學認知，傳遞病毒學知識成為科普的重要方向。然而，在生物課堂中，如何向學生展示病毒感染等微觀過程卻是一個長期存在的難題。
微觀教學的挑戰與突破
現代科學教育更強調“眼見為實”。相比傳統的課本圖解，吸引學生注意力的動態視覺內容和影片正逐漸成為教學的主流。然而，病毒通常太小，難以透過學校常見的光學顯微鏡直接觀察，需要昂貴且專業化的裝置來實現視覺化。這一障礙長期限制了病毒相關知識的直觀教學。
最近，日本東京理科大學的竹村正治教授帶領的團隊，在《微生物學與生物教育雜誌》上發表了一項開創性研究。他們首次透過光學顯微鏡捕捉到了病毒感染的全過程，並製作了一段高質量影片，將病毒感染的動態畫面呈現給學生。這一研究的關鍵在於選用了特殊的“巨型病毒”——Mimivirus（擬菌病毒）。
Mimivirus：病毒教學的新希望
Mimivirus與大多數病毒不同，其顆粒體積足夠大，能夠被光學顯微鏡觀察到，因此成為展示病毒感染過程的理想材料。研究人員利用Mimivirus感染了一種微生物——變形蟲（Acanthamoeba），並詳細記錄了整個感染過程。然而，由於變形蟲在液體培養基中會持續運動，直接觀察較為困難。為此，團隊創新性地使用了含有凝膠狀瓊脂的改良培養基，既穩定了變形蟲的運動，又允許病毒在此環境中完成感染過程。
影片清晰展示了感染的多個階段：健康的變形蟲細胞最初活躍地遊動，但隨著感染的發生逐漸減緩，最終完全靜止。在停止運動後，細胞內部逐漸形成“病毒顆粒工廠”（virion factory），這些工廠開始生成大量新的病毒顆粒。最後，受感染的細胞因膜破裂而死亡，釋放出大量新生成的病毒。
前沿教學的應用
研究團隊製作的影片在東京理科大學的生物課堂中首次播放，吸引了學生的廣泛興趣。許多學生透過影片直觀地瞭解了病毒的感染過程，一些學生甚至改變了對病毒的傳統印象，開始從更科學的角度重新認識病毒的生物學意義。
竹村教授表示：“我們首次成功地實現了病毒感染全過程的動態、連續視覺化，這包括病毒的增殖、釋放以及宿主細胞的死亡等重要事件。”
安全性與教育價值
值得注意的是，研究團隊嚴格遵守生物安全準則，所有實驗均在高標準實驗室內進行，學生僅透過觀看影片學習，不直接接觸任何實驗材料。這種方式不僅保證了安全性，還為教育者提供了一種低成本、高效率的教學工具。
竹村教授進一步強調，這段影片有助於學生深入理解病毒的增殖機制及其對宿主細胞命運的影響，同時揭示了病毒在生態系統中的重要角色。
他補充道：“透過這樣的教學手段，學生能夠更清楚地認識到病毒不僅是致病因子，也是生態系統中不可忽視的生物學組成部分。”
科學教育的未來
這一研究為生物教學注入了新的活力，也為未來的科學傳播和教學探索了新途徑。透過Mimivirus這樣的模型病毒，學生可以直觀學習病毒的生物學特性，激發對微生物世界的興趣。
正如竹村教授所言：“科學教育的核心在於啟發和引導。透過這種形式，複雜的微觀過程也能變得生動而易於理解。”
https://journals.asm.org/doi/10.1128/jmbe.00138-24
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