病毒毒株為疫苗研制、抗病毒藥物的篩選以及快速檢測(cè)試劑的研發(fā)等奠定了基礎(chǔ)。
近日，安徽省疾病預(yù)防控制中心應(yīng)用宏轉(zhuǎn)錄組基因測(cè)序新冠肺炎病例樣本，順利分離到2株新冠病毒毒株。這是繼廣東、上海、浙江、北京、湖北之后，第六家分離出新冠病毒毒株的省級(jí)疾控中心。
這無(wú)疑又是一個(gè)好消息。但很多普通民眾也許不明就里，病毒毒株具體是如何分離的，為什么多地疾控部門都要做此項(xiàng)工作，分離出病毒毒株又意味著什么呢？
分離毒株有三條途徑
什么是病毒毒株？
“簡(jiǎn)單說(shuō)，毒株就是從含有病毒的樣本中分離，然后在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)出來(lái)的病毒。”20日，南方醫(yī)科大學(xué)三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室主任趙衛(wèi)教授在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。
趙衛(wèi)介紹，以新型冠狀病毒為例，樣本一般是從新冠肺炎病人肺泡灌洗液或痰液等樣本中提取的，因?yàn)槠渲饕趾θ梭w的呼吸器官，致使下呼吸道和肺泡中病毒含量比較高，所以樣本來(lái)源優(yōu)先選取這些部位。這些樣本成分非常復(fù)雜，除了含有新型冠狀病毒，還有很多其他的微生物。要研究新冠病毒的生物學(xué)特性，就需排除其他雜質(zhì)和微生物的污染，對(duì)其進(jìn)行分離、純化，以保證其是新冠病毒的純的培養(yǎng)物。
談及病毒毒株具體是如何分離的，趙衛(wèi)表示，一般來(lái)講，分離病毒毒株有組織細(xì)胞培養(yǎng)法、動(dòng)物接種和雞胚接種三種方式。動(dòng)物接種方式是指把病毒接種到動(dòng)物體內(nèi)，如小鼠腦內(nèi)，可根據(jù)動(dòng)物細(xì)胞的敏感性選擇不同的接種部位，但小鼠是活的動(dòng)物，會(huì)抓傷、咬傷操作者；而雞胚接種可以培養(yǎng)的病毒種類相對(duì)較少。所以這兩種方式一般不是最優(yōu)和首要之選。
“組織細(xì)胞培養(yǎng)法就是把含有病毒的樣本材料接種到不同的細(xì)胞中，如肌肉、肝臟、肺的細(xì)胞等，不同病毒的細(xì)胞嗜性不同，即病毒對(duì)不同細(xì)胞的感染能力和效率有很大的差異，比如新冠病毒主要感染和破壞肺細(xì)胞，這有助于研究病毒的致病機(jī)理。”趙衛(wèi)說(shuō)，這一方法可以采用包括人體細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞，簡(jiǎn)便易行，安全性相對(duì)較高，是目前最常用的病毒分離培養(yǎng)方法。
分離難度與病毒特性有關(guān)
“病毒毒株是不是好分離，與病毒本身的特性有關(guān)。從報(bào)道看，新冠病毒的毒株分離應(yīng)該不是很困難，比較容易在多種細(xì)胞中培養(yǎng)，而且收獲病毒的滴度很高。”趙衛(wèi)說(shuō)，以其參與過(guò)的SARS冠狀病毒毒株分離為例，由于SARS冠狀病毒對(duì)多種細(xì)胞敏感，把病毒樣本接種到細(xì)胞之后，病毒在細(xì)胞里能很快生長(zhǎng)，可迅速獲得大量的病毒顆粒。
確實(shí)，成功分離出新型冠狀病毒毒株的浙江省疾控中心微生物檢驗(yàn)所所長(zhǎng)張嚴(yán)峻介紹，他們從病人痰液標(biāo)本里面，把新型冠狀病毒毒株處理了以后，接種到相應(yīng)的細(xì)胞里，讓這個(gè)病毒在細(xì)胞里能夠生長(zhǎng)。兩天后，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)培養(yǎng)物進(jìn)行鑒定，病毒已經(jīng)在細(xì)胞里增殖，說(shuō)明這個(gè)病毒培養(yǎng)分離已經(jīng)成功了。
“一個(gè)有資質(zhì)的、高潔凈度、無(wú)污染的實(shí)驗(yàn)室和保證安全的標(biāo)準(zhǔn)操作程序是整個(gè)分離培養(yǎng)流程的關(guān)鍵點(diǎn)。”趙衛(wèi)表示，在病毒毒株分離過(guò)程中要保證絕對(duì)的無(wú)菌環(huán)境操作，排除各種雜菌和其他微生物的污染。
趙衛(wèi)強(qiáng)調(diào)，不是隨便一個(gè)實(shí)驗(yàn)室都具有分離培養(yǎng)新型冠狀病毒的資質(zhì)，要有這個(gè)資質(zhì)，至少要有三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，而且實(shí)驗(yàn)室人員資質(zhì)、工作流程、污染物的處理都要通過(guò)嚴(yán)格的審核，同時(shí)對(duì)于每一種高致病性病毒分離培養(yǎng)活動(dòng)，都要專門向國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)提出申請(qǐng)，經(jīng)過(guò)審核批準(zhǔn)后才能開(kāi)展特定的分離和培養(yǎng)活動(dòng)。而且實(shí)驗(yàn)活動(dòng)結(jié)束后，按照國(guó)家規(guī)定，要對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行封閉、上交等，以防泄露。
“一般來(lái)講，只有當(dāng)傳染病患者有一些特別之處，比如有些人癥狀特別重，才需要把其體內(nèi)病毒分離出來(lái)與其他病毒株做比較，以了解導(dǎo)致重癥的原因，否則就沒(méi)有必要分離那么多病毒株。”趙衛(wèi)說(shuō)，這是因?yàn)榘ㄐ鹿诓《驹趦?nèi)的高致病性病原微生物對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員威脅大，在工作中一旦發(fā)生泄露，危害很大，需要盡可能減少非必要的操作。
至于不同地方都在做這項(xiàng)工作的原因，趙衛(wèi)解釋，病毒毒株生物學(xué)特性除了和時(shí)間有關(guān)，也就是說(shuō)病毒在不同傳播時(shí)期可能會(huì)發(fā)生變異外，病毒流行還有一定的地域性。過(guò)去人員流動(dòng)不是那么頻繁，不同地區(qū)的病毒在基因特征上往往有地域烙印，現(xiàn)在人員交流多，地域特征不是那么明顯了，但不同地區(qū)病毒株的生物學(xué)特征依然是一個(gè)重要的研究方向。
毒株有助疫苗和藥品研發(fā)
“分離出病毒毒株，意味著我們已經(jīng)擁有了疫苗的種子株。用其制作疫苗株并通過(guò)檢測(cè)后，就可以制備疫苗。”中國(guó)工程院院士、國(guó)家衛(wèi)健委高級(jí)別專家組成員李蘭娟說(shuō)，病毒毒株為疫苗研制、抗病毒藥物的篩選以及快速檢測(cè)試劑的研發(fā)等奠定了基礎(chǔ)。
確實(shí)，張嚴(yán)峻表示，分離得到病毒毒株對(duì)疫情的預(yù)防、控制以及病人的治療都有重大意義。第一，有了病毒毒株以后，首先可以研制疫苗，如果疫苗研制成功，相當(dāng)于徹底降服了這個(gè)惡魔；第二，可以做一些藥物的研發(fā)，對(duì)病人進(jìn)行治療，作為新的病毒，該病現(xiàn)在還沒(méi)有特效藥；而就目前短期意義來(lái)說(shuō)，有了病毒毒株之后，可以研發(fā)一些快速診斷的試劑，比如在15分鐘到半個(gè)小時(shí)內(nèi)出結(jié)果，這樣對(duì)醫(yī)院的臨床診斷和治療都有極大的幫助，對(duì)疫情的控制也有非常大的影響。
趙衛(wèi)表示，分離出病毒毒株，也就是獲得了新冠病毒的純的培養(yǎng)物，可以用于了解病毒的致病機(jī)理，如病毒是通過(guò)什么樣的途徑侵入到人體當(dāng)中，在人體細(xì)胞中是怎樣繁殖的、不同部位細(xì)胞的感染效率差異、產(chǎn)生細(xì)胞因子風(fēng)暴的詳細(xì)機(jī)制和干預(yù)手段等。
以傳統(tǒng)的滅活疫苗為例，趙衛(wèi)解釋，是將新冠病毒大量培養(yǎng)后，進(jìn)行滅活但盡可能保留抗原性，再純化制備成疫苗，如果疫苗進(jìn)入健康人體內(nèi)，可激發(fā)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生出針對(duì)新冠病毒的免疫力，就可以預(yù)防這種疾病了。“但現(xiàn)實(shí)中，往往會(huì)出現(xiàn)疫苗誘導(dǎo)機(jī)體免疫力不夠充分，不能起到保護(hù)人體的作用，這也是疫苗研發(fā)的難點(diǎn)之一。”趙衛(wèi)說(shuō)。
再就是人們寄予厚望的藥物。趙衛(wèi)介紹，不管是當(dāng)前引起廣泛關(guān)注的老藥新用，還是新藥的研發(fā)，一般也要首先做體外實(shí)驗(yàn)。即在細(xì)胞模型上觀察藥物對(duì)病毒感染細(xì)胞的阻斷或干擾作用，再在動(dòng)物模型上進(jìn)行驗(yàn)證，最后才是臨床試驗(yàn)，這一切都要建立在病毒毒株的基礎(chǔ)上，所以病毒毒株的獲取對(duì)病毒病防治研究非常重要。
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研究人員繪制出 新冠病毒關(guān)鍵蛋白分子3D結(jié)構(gòu)
據(jù)新華社訊 （記者 周舟）美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)首次繪制出新型冠狀病毒一個(gè)關(guān)鍵蛋白分子的3D結(jié)構(gòu)，這種蛋白是開(kāi)發(fā)疫苗、治療性抗體和藥物的關(guān)鍵靶點(diǎn)。研究成果19日在線發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。
美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的研究人員根據(jù)中國(guó)研究人員提供的病毒基因組序列，利用冷凍電子顯微鏡重建了新冠病毒表面的刺突蛋白在原子尺度上的3D構(gòu)造，分辨率達(dá)到0．35納米。
研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒的刺突蛋白結(jié)構(gòu)與嚴(yán)重急性呼吸綜合征（SARS）冠狀病毒的刺突蛋白結(jié)構(gòu)非常相近，都將細(xì)胞表面的“血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）”作為侵入細(xì)胞的關(guān)鍵受體。
論文通訊作者、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校分子生物科學(xué)系副教授賈森·麥克萊倫說(shuō)，目前尚不清楚為何兩者在分子層面上結(jié)合得更加緊密，且這種親和力是否對(duì)病毒傳播性造成影響還需進(jìn)一步研究確認(rèn)。
麥克萊倫對(duì)新華社記者說(shuō)，他們已將這一結(jié)構(gòu)的原子坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給全球多家實(shí)驗(yàn)室，其中多數(shù)來(lái)自中國(guó)，目前已有大約25家中國(guó)實(shí)驗(yàn)室要求獲取相關(guān)資料。
麥克萊倫說(shuō)，這一成果可幫助研究人員展開(kāi)三個(gè)方面的工作。第一，展開(kāi)潛在藥物篩查，發(fā)現(xiàn)可與這種刺突蛋白結(jié)合并破壞其功能的小分子；第二，設(shè)計(jì)可以與刺突蛋白結(jié)合并抑制其功能的新型蛋白分子或抗體；第三，設(shè)計(jì)出這種刺突蛋白的變體，例如使其擁有更高表達(dá)水平或熱穩(wěn)定性，從而誘發(fā)更強(qiáng)的免疫反應(yīng)，以加快疫苗開(kāi)發(fā)。
麥克萊倫團(tuán)隊(duì)已對(duì)幾種可與SARS病毒刺突蛋白結(jié)合的單克隆抗體進(jìn)行了篩查，發(fā)現(xiàn)它們與新冠病毒沒(méi)有明顯的結(jié)合。麥克萊倫解釋說(shuō)，盡管新冠病毒與SARS病毒的刺突蛋白表面的相似性大約為75％，但如果在與抗體結(jié)合的區(qū)域恰好存在大量氨基酸差異，可與SARS病毒結(jié)合的抗體就難以與新冠病毒結(jié)合。
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