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中国科学家全球首次解析非瘟病毒结构 为疫苗研发提供重要依据

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发布时间:2019-10-21 11:10
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 “非洲猪瘟”是不少养殖户的一场噩梦,自去年8月3日农业农村部新闻办公室通报我国首例疫情以来,已造成超千亿元经济损失。研发有效疫苗,迫在眉睫。好消息是,中国科学院生物物理研究所饶子和/王祥喜团队和哈尔滨兽医研究所歩志高团队联合上海科技大学、清华大学等单位,针对非洲猪瘟病毒颗粒和相关抗原分子,去年12月开启从基础科研到高效疫苗多方面联合攻关研究。10月17日,研究成果“非洲猪瘟病毒结构及装配机制”在国际顶尖学术期刊《科学》(Science)上在线发表。
  记者了解到,饶子和院士于2012年受聘上海科技大学,担任特聘教授,他本月末将来沪参加第二届世界顶尖科学家论坛,并就该项最新研究做主旨演讲。2015年阿尔巴尼生物医学奖获得者谢晓亮、2016年麦克阿瑟天才奖获得者余金权等多位知名华人科学家也将亮相本次论坛。
  今年疫情波及三大洲
  非洲猪瘟是一种由非洲猪瘟病毒(ASFV)引起的急性、热性、接触性动物疫病,所有品种和年龄的猪均可感染,发病率和病死率达100%。该病毒耐酸不耐碱、耐冷不耐热,世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病,我国将其列为一类动物疫病。由于非洲猪瘟病毒基因类型多,免疫逃逸机制复杂,可逃避宿主免疫细胞的清除,目前国内外均缺乏有效疫苗。
  自1921年在非洲肯尼亚首次发现至今,该病毒已有近百年历史,从非洲传播至欧洲、南美洲、亚洲。近一年来,传播速度明显加快,国际动物健康组织通报数据显示,今年1月至10月,曾爆发或正在爆发疫情的国家和地区有26个,其中欧洲13个、亚洲10个、非洲3个,亚洲的疫情尤为严重。需要指出的是,非洲猪瘟不是人畜共患病,不会感染人。
  团队“泡”在上海近五月
  冷冻电子显微成像技术是解析亚细胞和生物大分子高分辨三维结构的有力手段。从今年2月4日除夕开始,饶子和院士及其团队就“泡”在了上海科技大学。“在生物冷冻电镜机时特别紧张的情况下,上科大为我们大开绿灯,团队得以在生物电镜中心连续开展了近5个月高质量的数据收集,累计获得了7万余张合计超过100TB的高质量显微照片,完整病毒颗粒接近6.5万颗。”饶子和表示。
  上海科技大学生物电镜中心300kV场发射透射电子显微镜
  据介绍,生物电镜中心是该校重大基础科学平台设施之一,具有较为全面的冷冻电镜数据图像采集、存储和高性能计算处理系统,目前已经形成为科研团队提供完备的电子显微成像技术支撑和服务能力,在非洲猪瘟病毒结构解析这一重大成果的获得中发挥了不可替代的作用。
  功夫不负有心人,研究团队首次在冷冻电镜下得到了高分辨率的非洲猪瘟病毒结构。这是一种正二十面体的巨大病毒,由基因组、核心壳层、双层内膜、衣壳和外膜组成,病毒颗粒包含3万余个蛋白亚基,组装成直径约260纳米的球形颗粒,这也是目前解析近原子分辨率结构的最大病毒颗粒。
  病毒结构有点像套娃
  非洲猪瘟病毒的结构有点像俄罗斯套娃,外层衣壳保护着内层蛋白和核酸结构。该病毒形态远大于一般病毒,这也为科研人员的结构观测增添了不少难度——每张照片只能容下1个完整病毒颗粒,需要通过精挑细选才能获得理想的电镜图片。上海科技大学iHuman研究所所长刘志杰补充说,由于体积过大,病毒柔性也大,因此团队只能采用非常规单颗粒三维重构的方法。“饶院士团队还升级了结构解析程序软件,以适应解析该病毒的特殊需求。”
  该研究新鉴定出非洲猪瘟病毒多种结构蛋白,搭建了主要衣壳蛋白p72等原子模型,揭示了非洲猪瘟病毒多种潜在的保护性抗原和关键抗原表位信息,阐述了结构蛋白复杂的排列方式和相互作用模式,提出了非洲猪瘟病毒可能的组装机制,为揭示非洲猪瘟病毒入侵宿主细胞以及逃避和对抗宿主抗病毒免疫的机制提供了重要线索,也为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。
  观全貌告别“盲人摸象”
  “这是国际上首次解析非洲猪瘟病毒结构,对国家经济安全意义重大。”刘志杰评价,“以前对非洲猪瘟病毒的了解,更像是‘盲人摸象’。如今‘看到’了病毒全貌,修正了此前的部分错误判断,之后的疫苗研发可以更有针对性。”
  饶子和院士多年来一直聚焦新发再发重大传染病相关的病毒和细菌方面的研究并取得了多项重要研究成果。他的团队曾于2003年在国际上率先攻克SARS病毒中的关键蛋白结构,为我国成功控制SARS疫情做出了重要贡献。在他看来,生猪产业在国民经济发展和人民群众生活中具有不可替代的作用,做好非洲猪瘟病毒的基础研究和防控工作,是我国传染病相关领域科学家的责任与义务。

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