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罪魁禍首!我國科學家首次解析出非洲豬瘟病毒的精細三維結構

發布時間:2019-11-14 11:42:15 來源:經濟日報 責任編輯:caobo

研究團隊手持非洲豬瘟病毒的精細三維結構模型介紹有關情況。 本報記者 沈 慧攝

非洲豬瘟的防控是全球性難題,對于有效預防和治療相關病毒的藥物或疫苗需求緊迫。近日,我國科學家宣布:首次解析出了“罪魁禍首”——非洲豬瘟病毒的精細三維結構,這為開發效果佳、安全性高的新型非洲豬瘟疫苗奠定了堅實基礎。

非洲豬瘟的防控是全球性難題,對于有效預防和治療相關病毒的藥物或疫苗需求緊迫。近日,我國科學家傳來好消息:首次解析出了非洲豬瘟病毒的精細三維結構,相關論文發表在國際頂級學術期刊《科學》上。這是科學家們第一次完完整整地看清非洲豬瘟病毒的模樣,相關研究揭示了非洲豬瘟病毒多種潛在的保護性抗原和關鍵抗原表位信息,發現了4個潛在的疫苗靶位。“這為開發效果佳、安全性高的新型非洲豬瘟疫苗奠定了堅實基礎。”研究團隊負責人、中國科學院院士饒子和說。

古老又神秘的病毒

“這是一個世界性難題。”談及非洲豬瘟,中國科學院生物物理研究所研究員王祥喜如是評價。

作為一類古老的病毒,非洲豬瘟病毒自1921年在非洲肯尼亞首次發現,至今約有100年的流行歷史。非洲豬瘟,即由非洲豬瘟病毒引起的家豬、野豬的一種急性、熱性、高度接觸性動物傳染病。無論什么品種、什么年齡的豬,均可感染,發病率和死亡率高達100%。鑒于其巨大的殺傷力,世界動物衛生組織將其列為法定報告動物疫病。

近百年來,非洲豬瘟病毒從非洲傳播至歐洲、南美洲、亞洲等多個國家,最近一年,傳播速度更是明顯加快,病毒蔓延呈愈演愈烈之勢。國際動物健康組織通報的數據顯示,2019年1月至2019年10月期間,曾爆發或者正在爆發非洲豬瘟疫情的國家有26個,包含13個歐洲國家、10個亞洲國家和3個非洲國家,其中亞洲幾個國家的疫情尤為嚴重。

中國亦未幸免。2018年8月3日,農業農村部新聞辦公室通報我國首例非洲豬瘟疫情,隨后,病毒很快傳播到全國大部分地區。據估計,非洲豬瘟流行病給全世界的養豬業已造成了20億美元的經濟損失。

“這是一種烈性傳染病。”根據王祥喜的介紹,非洲豬瘟病毒擁有一套獨特的宿主和生態循環,病毒可由帶毒野豬傳染給家豬,造成家豬疫病的爆發,基本兩天就可以殺死一頭豬。

然而,面對洶涌來襲的疫情,現實有些蒼白:因為對于非洲豬瘟病毒的認知十分有限,直到目前,科學家們尚未研發出有效疫苗,撲殺生豬仍是眼下控制疫情最有效的方法。

“我們不知道這種病毒的生命周期,也不知道病毒感染以后引起機體免疫應答的機制是什么,就連這個病毒長什么樣,它有多少種蛋白,以及是怎樣入侵、復制的,都不知道。”王祥喜說。

由此帶來的問題是,因為缺少系統理論的指導,非洲豬瘟疫苗研發只能“摸著石頭過河”,防控技術也只能“摸黑行進”。“自1978年首次被擊中到消滅它,西班牙花了33年的時間,這是一場持久戰。”王祥喜稱。

酷似俄羅斯套娃的“大塊頭”

困難,阻擋不住中國科學家前進的腳步。

我國是全世界最大的豬肉生產和消費國,生豬產業在國民經濟發展和人民生活中具有不可替代的重要作用。應國家之所需,解國家之所難,中國科學院生物物理研究所饒子和/王祥喜團隊和哈爾濱獸醫研究所步志高團隊聯合上海科技大學等單位,于2018年12月針對非洲豬瘟病毒展開了從基礎科研到臨床檢測以及高效疫苗多方面的聯合攻關研究。

有志者事竟成。研究團隊成功分離出國內正在爆發的非洲豬瘟病毒流行株,在上海科技大學電鏡平臺上連續開展了4個月高質量的數據收集,獲得了超過100TB的海量數據,首次得到了近原子分辨率的非洲豬瘟病毒結構。

通過研究他們發現,非洲豬瘟病毒由基因組、核心殼層、雙層內膜、衣殼和外膜5層組成,是一個正二十面體的“大塊頭”。這個看起來外形有點像“俄羅斯套娃”的“大塊頭”,包含3萬余個蛋白亞基,它們組裝成了直徑約為260納米的球形顆粒。這是饒子和等人目前解析出的近原子分辨率結構的最大病毒。

究竟有多大?王祥喜給出了一組對比數據:甲肝病毒直徑30納米,寨卡病毒直徑50納米,乙型腦炎病毒直徑50納米,單純皰疹病毒直徑125納米,非洲豬瘟病毒直徑260納米。“就像人有高矮,病毒也有大小。從比較中可以看出,非洲豬瘟病毒是一個尺度巨大、復雜的病原體。”王祥喜說。

這些看起來有些枯燥乏味的基礎研究最終的指向是應用。面對近百年來首次進入我國的非洲豬瘟病毒,我國科學家通過共同努力首戰告捷。解析非洲豬瘟病毒精細結構,這是基礎研究領域的重大研究成果,也是饒子和領導的研究團隊繼2003年SARS后,又一次在關鍵時刻為國家疾病防控貢獻知識力量,更是基礎研究面向國家重大戰略需求的一個成功范例。

助力新型疫苗研發

對于這個古老而又神秘的病毒,如今研究團隊有了更為深層次的認識:對其新鑒定出多種結構蛋白,揭示了非洲豬瘟病毒多種潛在的保護性抗原和關鍵抗原表位信息,闡述了結構蛋白復雜的排列方式和相互作用模式,提出了非洲豬瘟病毒可能的組裝機制。

“非洲豬瘟病毒在常溫下可以存活數月,其中一個重要原因是病毒結構很穩定。”研究團隊分析發現,病毒的表面絕大部分由主要衣殼蛋白p72的三維結構組成,而p72的三聚體是主要的保護性抗原之一,也是新型疫苗設計的主要靶標。

“我們在這結構下發現了4個潛在的非常重要的抗原表位,可以為未來設計新型疫苗提供很好的線索。”王祥喜認為,科學家們對病毒結構的解析,為揭示非洲豬瘟病毒入侵宿主細胞以及逃避和對抗宿主抗病毒免疫的機制提供了重要線索,也給非洲豬瘟病毒研究打開了一扇門。

在哈爾濱獸醫研究所所長步志高看來,這是國際上首次解析非洲豬瘟病毒結構,現在科學家們“看到”了病毒全貌,修正了此前的部分錯誤判斷,今后的疫苗研發將更具針對性。

不過,對疫苗研發來說,這僅是萬里長征走完了第一步。步志高透露,疫苗研發通常需要經歷實驗室研究、產業化工藝研究、臨床試驗3個階段。“目前,我國的非洲豬瘟病毒疫苗研發工作正等待專業機構評議通過,經農業農村部批準后,新型非洲豬瘟疫苗有望開展臨床試驗。”步志高說。

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