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標題:    中國團隊獲首張非洲豬瘟病毒結構高清圖,為新型疫苗提供線索     點閱:234   10/18/2019 3:39:45 PM

中國團隊獲首張非洲豬瘟病毒結構高清圖,為新型疫苗提供線索

非洲豬瘟病毒(ASFV),一種巨大、復雜而古老的DNA病毒。大約100年前,它在非洲肯尼亞被首次確定,而在2018年8月3日,中國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。

動物疾病防控領域的頂級專家、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所所長步志高將非洲豬瘟病毒稱為“令人敬畏的對手”。2018年12月,步志高團隊和擅長病毒蛋白質結構解析的中國科學院院士饒子和、王祥喜研究員團隊,聯合上海科技大學、清華大學、微生物所、武漢病毒所、南開大學等單位,開始對非洲豬瘟病毒顆粒和相關抗原分子從基礎科研到臨床檢測以及高效疫苗多方面展開聯合攻關研究。

非洲豬瘟,

北京時間10月18日凌晨,團隊的第一項成果發表在國際頂級學術期刊《科學》(Science):《非洲豬瘟病毒結構及裝配機制》(Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viral assembly)。饒子和、王祥喜、歩志高為共同通訊作者。

“非洲豬瘟是一個世界難題,有近百年的流行歷史,1921年在肯尼亞首次確定,二十世紀中葉進入歐洲,1978年進入西班牙,西班牙用了33年時間消滅了它,這是一場持久戰。”在10月18日上午舉行的新聞發布會上,王祥喜如此表示。

盡管目前非洲豬瘟防控仍然沒有有效疫苗,但步志高認為,“中國在未來肯定會防控住,絕對不會是三十多年,我相信未來幾年我們會取得很大的成效。”與此同時,他將眼下的工作視作“萬里長征第一步”,“ 目前我們的疫苗取得了進展,但離比較完美的疫苗、離一個更好的疫苗還有很大的差距。”步志高表示,此番解析的病毒結構“已經給我們提供了很好的線索”。

非洲豬瘟近百年來首次進入中國

非洲豬瘟病毒是一類古老的病毒,早在1921年在非洲肯尼亞首次發現,至今有約100年的歷史。

非洲豬瘟即是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,所有品種和年齡的豬均可感染,發病率和死亡率高可達100%。世界動物衛生組織將其列為法定報告動物疫病,中國也將其列為一類動物疫病。

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。近一年來,非洲豬瘟病毒傳播速度明顯加快,呈現愈演愈烈趨勢,據國際動物健康組織通報數據顯示,2019年1月至2019年10月期間,曾暴發或者正在暴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。

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。而中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群眾生活中具有不可替代的重要作用。

值得注意的是,由于沒有疫苗和其他治療手段,撲殺豬是眼下控制疫情最有效的方法。論文中提到,2018-2019年期間,3000多萬頭豬已經被撲殺。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。

王祥喜在發布會上對包括澎湃新聞(www.thepaper.cn)在內的媒體介紹,科學家目前對這非洲豬瘟病毒的認知非常有限,“科學家不知道病毒的生命周期,也不知道病毒感染以后引起機體免疫應答的機制是什么,更不了解它的共進化規律,甚至不知道病毒長什么樣、包含哪些蛋白、這些蛋白分別什么作用。”

正是由于科學家面對的這個“對手”至今神秘,防控一直充滿挑戰。例如,西班牙在1978年首次被這個“對手”擊中,隨后的33年里,都被它的陰影籠罩。

中國的非洲豬瘟疫情為何如此嚴重?相比西班牙,防控條件又如何?步志高在發布會上表示,“第一、中國生豬養殖量和密度是世界之最,全球50%的生豬養殖量在中國,密度大防控難度就更大。第二,我們有一個基本的國情,中國仍然是一個發展中國家,尤其在農業、農村板塊,疾病防控的條件比起西班牙等許多國家更加不利、挑戰更加艱巨。”

但步志高同時提到,“我也相信,在國家高度的重視下,在農業農村部的有力領導組織下,在未來肯定會防控住,絕對不會是33年,我相信未來幾年我們會取得很大的成效。”

100T海量數據背后:最大病毒之一

這一殺傷力極大的病毒,在饒子和等人的這項最新成果里,呈現效果卻被大多數專家用“漂亮”來形容。

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非洲豬瘟病毒全顆粒結構

研究團隊采用單顆粒三維重構的方法首次解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結構,闡明了非洲豬瘟病毒獨有的5層(外膜、衣殼、雙層內膜、核心殼層和基因組)結構特征,病毒顆粒包含3萬余個蛋白亞基,組裝成直徑約為260納米的球形顆粒,是目前解析近原子分辨率結構的最大病毒顆粒。

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王祥喜介紹,相比之下,2015年其團隊解析的甲肝病毒(HAV)直徑為30納米, 隨后解析的寨卡病毒(ZIKA)為50納米,乙型腦炎病毒(JEV)為50納米,去年解析的單純皰疹病毒(HSV)直徑為125納米,“我們認為單純皰疹病毒包含了3000-4000個蛋白,但今年解析的非洲豬瘟病毒有260納米,這種五層結構在病毒領域是非常少見的。”

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非洲豬瘟病毒衣殼結構

就五層結構中的衣殼,研究團隊獲得了由17280個蛋白質組成的結構(4.1埃),王祥喜介紹道,“有12個紫色的頂點,20個黃色的三角面,30個藍色的‘拉鏈’結構。”而衣殼的內表面則可以看到有很多分子間的復雜的相互作用網絡,正是這些相互作用網絡,決定了該病毒結構的穩定性。

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非洲豬瘟病毒主要衣殼蛋白p72的三位結構,及p72三聚體在病毒表面的排列方式

至于病毒的表面,絕大部分由主要衣殼蛋白p72的三維結構組成。“因此,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,這4個表位可以為未來新型疫苗的設計提供很好的線索。”

值得一提的是,上述成果的得出,還有賴于步志高團隊去年分離得到第一株非洲豬瘟病毒,以及上海科技大學生物電鏡中心的“綠燈放行”。

王祥喜介紹,“我們和步志高團隊進行合作,對病毒進行純化和冷凍電鏡制樣、數據收集。在數據收集的過程中,這個尺度非常大的病毒就帶來一些挑戰,首先需要不停優化純化方法,另外冷凍電鏡的每張片子都只能呈現1-2個病毒顆粒。”

據上海科技大學副教務長江舸介紹,上科大生物電鏡中心去年年底剛剛完成安裝調試,該中心特別保障了4個月的電鏡機時,完全投入到非洲豬瘟病毒的攻關,最終獲得超過100T的海量數據。“即使在今年的春節期間,電鏡中心的工作人員仍然和整個科研團隊在馬不停蹄地工作中。”

王祥喜在發布會現場總結道,此番解析的非洲豬瘟病毒顆粒結構是“直徑超過200納米的大病毒顆粒中解析分辨率是最高”。顆粒越大,即意味著解析的難度越大,“目前直徑大于200納米的,分辨率沒有好于10埃,我們這次結構解析不管在技術層面上還是病毒層面上都是一個很好的突破。”

助力開發新型非洲豬瘟疫苗

這些基礎研究最終指向的是非洲豬瘟疫苗的開發。

目前,歐洲、美國等國家相繼有科研團隊和公司宣布開發相關疫苗,但尚無成功投入使用。中國作為非洲豬瘟疫苗研究的“新手”,步志高認為大家“任重而道遠”。

談及疫苗問題,步志高表示,非洲豬瘟疫苗的挑戰性可能在動物的所有疫病當中是最大的。“現階段來講,我們是在缺乏一個非常清晰的理論指導下來開展這個疫苗開發,仍然像過去幾十年的老辦法一樣,就是在動物身上嘗試,至于能保護的免疫機制是什么,我們還不是太清楚。”步志高認為,這方面有很多科學的問題要去探索,這樣才能夠給疫苗研發提供頂層的設計理論指導。

“今天我們工作是萬里長征第一步,但也是非常好非常重要的一個開始。”步志高坦言,我們在疫苗方面取得了進展,但離比較完美的疫苗、離一個更好的疫苗還是有很大的差距,“有這個理論的指導,可以幫助我們未來設計更安全、更有效的疫苗,從全球范圍來講,理論的意義是非常大的。”

值得一提的是,據中國農科院9月宣布,哈爾濱獸醫研究所在前期基因缺失疫苗自主研發工作的基礎上,進一步篩選出一株非洲豬瘟雙基因缺失弱毒活疫苗,已完成了實驗室研究,突破了以原代骨髓巨噬細胞實現疫苗規模化生產的重大技術瓶頸,完成了獸藥GMP條件下的中間產品制備和檢驗。近期已提出生物安全評價申請。

步志高在發布會現場詳細介紹,疫苗的研發有其規律,第一階段是實驗室研究,第二階段是產業化的工藝研究,第三階段是臨床試驗,只有三個階段都完成以后,疫苗才基本研發成功,隨后推向應用。

哈爾濱獸醫研究所在第一階段嘗試了十幾種疫苗的技術方案和路線,最后遴選出在實驗室階段安全有效的候選株;同時,部分疫苗的第二階段工作已經基本完成;下一步有望進入臨床試驗階段。

“這個階段要走下去需要專業機構按照農業農村部關于動物疫苗評價的規范,重點對它的安全性、有效性作同行評估,專業機構在仔細研究我們提交的材料以后認可了這兩個方面,農業農村部就會批準我們的臨床試驗,新型非洲豬瘟疫苗才可以進入下一階段。”步志高表示,“目前就處于這樣一個階段,專業機構應該在對這些數據進行認真嚴格的審查過程中。”

值得注意的是,未來或有更多的團隊加入到進一步的研究中。

饒子和對澎湃新聞記者表示,“下面還有很多工作要做,比如結構方面的工作,除了此次解析的衣殼,還有核心殼層,這個結構我們目前才解析到8埃左右。除此之外,相關的表面蛋白都在做,現在對受體也不清楚,我覺得后面的工作還是非常之多,需要更多的團隊聯合攻關。”






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