中国团队获首张非洲猪瘟病毒结构高清图,为新

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小编:中国团队获首张非洲猪瘟病毒结构高清图,为新型疫苗提供线索流行了近百年、去年以来在亚洲日益凶猛的非洲猪瘟的病原体,近日终于被中国科学家首次在近原子分辨率下“看见”,

中国团队获首张非洲猪瘟病毒结构高清图,为新型疫苗提供线索 流行了近百年、去年以来在亚洲日益凶猛的非洲猪瘟的病原体,近日终于被中国科学家首次在近原子分辨率下“看见”,这也为新型猪瘟病毒疫苗的研发带来一丝曙光。

北京时间10月18日凌晨,中国科学院饶子和院士、王祥喜研究员团队和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所所长步志高团队合作在国际顶级学术期刊《科学》(Science)发表论文:《非洲猪瘟病毒结构及装配机制》(Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viral assembly)。当天上午,关于该成果的新闻发布会在京举行。

非洲猪瘟病毒(ASFV),一种巨大、复杂而古老的DNA病毒。大约100年前,它在非洲肯尼亚被首次确定,而在2018年8月3日,中国农业农村部新闻办公室通报我国首例非洲猪瘟疫情,随后病毒很快传播到全国大部分地区。

动物疾病防控领域的顶级专家步志高将非洲猪瘟病毒称为“令人敬畏的对手”。2018年12月,步志高团队和擅长病毒蛋白质结构解析的饶子和、王祥喜团队,联合上海科技大学、清华大学、中科院微生物所、武汉病毒所、南开大学等单位,开始对非洲猪瘟病毒颗粒和相关抗原分子从基础科研到临床检测以及高效疫苗多方面展开联合攻关研究。

“非洲猪瘟是一个世界难题,有近百年的流行历史,1921年在肯尼亚首次确定,二十世纪中叶进入欧洲,1978年进入西班牙,西班牙用了33年时间消灭了它,这是一场持久战。”在10月18日上午举行的新闻发布会上,王祥喜如此表示。

尽管目前非洲猪瘟防控仍然没有有效疫苗,但步志高认为,“中国在未来肯定会防控住,绝对不会是三十多年,我相信未来几年我们会取得很大的成效。”与此同时,他将眼下的工作视作“万里长征第一步”,“ 目前我们的疫苗取得了进展,但离比较完美的疫苗、离一个更好的疫苗还有很大的差距。”步志高表示,此番解析的病毒结构“已经给我们提供了很好的线索”。

非洲猪瘟近百年来首次进入中国

非洲猪瘟病毒是一类古老的病毒,早在1921年在非洲肯尼亚首次发现,至今有约100年的历史。

非洲猪瘟即是由非洲猪瘟病毒引起的家猪、野猪的一种急性、热性、高度接触性动物传染病,所有品种和年龄的猪均可感染,发病率和死亡率高可达100%。世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病,中国也将其列为一类动物疫病。

近百年来,非洲猪瘟病毒从非洲传播至欧洲、南美洲、亚洲等多个国家。近一年来,非洲猪瘟病毒传播速度明显加快,呈现愈演愈烈趋势,据国际动物健康组织通报数据显示,2019年1月至2019年10月期间,曾暴发或者正在暴发非洲猪瘟疫情的国家有26个,包含13个欧洲国家、10个亚洲国家和3个非洲国家,其中亚洲几个国家的疫情尤为严重。

2018年8月3日,农业农村部新闻办公室通报我国首例非洲猪瘟疫情,随后病毒很快传播到全国大部分地区。而中国是全世界最大的猪肉生产和消费国,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重要作用。

值得注意的是,由于没有疫苗和其他治疗手段,扑杀猪是眼下控制疫情最有效的方法。论文中提到,2018-2019年期间,3000多万头猪已经被扑杀。据估计,非洲猪瘟流行病给全世界的养猪业已造成了20亿美元的经济损失。

王祥喜在发布会上对包括澎湃新闻在内的媒体介绍,科学家目前对这非洲猪瘟病毒的认知非常有限,“科学家不知道病毒的生命周期,也不知道病毒感染以后引起机体免疫应答的机制是什么,更不了解它的共进化规律,甚至不知道病毒长什么样、包含哪些蛋白、这些蛋白分别什么作用。”

正是由于科学家面对的这个“对手”至今神秘,防控一直充满挑战。例如,西班牙在1978年首次被这个“对手”击中,随后的33年里,都被它的阴影笼罩。

中国的非洲猪瘟疫情为何如此严重?相比西班牙,防控条件又如何?步志高在发布会上表示,“第一、中国生猪养殖量和密度是世界之最,全球50%的生猪养殖量在中国,密度大防控难度就更大。第二,我们有一个基本的国情,中国仍然是一个发展中国家,尤其在农业、农村板块,疾病防控的条件比起西班牙等许多国家更加不利、挑战更加艰巨。”

但步志高同时提到,“我也相信,在国家高度的重视下,在农业农村部的有力领导组织下,在未来肯定会防控住,绝对不会是33年,我相信未来几年我们会取得很大的成效。”

100T海量数据背后:最大病毒之一

这一杀伤力极大的病毒,在饶子和等人的这项最新成果里,呈现效果却被大多数专家用“漂亮”来形容。

非洲猪瘟病毒全颗粒结构

研究团队采用单颗粒三维重构的方法首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构,阐明了非洲猪瘟病毒独有的5层(外膜、衣壳、双层内膜、核心壳层和基因组)结构特征,病毒颗粒包含3万余个蛋白亚基,组装成直径约为260纳米的球形颗粒,是目前解析近原子分辨率结构的最大病毒颗粒。

王祥喜介绍,相比之下,2015年其团队解析的甲肝病毒(HAV)直径为30纳米, 随后解析的寨卡病毒(ZIKA)为50纳米,乙型脑炎病毒(JEV)为50纳米,去年解析的单纯疱疹病毒(HSV)直径为125纳米,“我们认为单纯疱疹病毒包含了3000-4000个蛋白,但今年解析的非洲猪瘟病毒有260纳米,这种五层结构在病毒领域是非常少见的。”

非洲猪瘟病毒衣壳结构

就五层结构中的衣壳,研究团队获得了由17280个蛋白质组成的结构(4.1埃),王祥喜介绍道,“有12个紫色的顶点,20个黄色的三角面,30个蓝色的‘拉链’结构。”而衣壳的内表面则可以看到有很多分子间的复杂的相互作用网络,正是这些相互作用网络,决定了该病毒结构的稳定性。

非洲猪瘟病毒主要衣壳蛋白p72的三位结构,及p72三聚体在病毒表面的排列方式

至于病毒的表面,绝大部分由主要衣壳蛋白p72的三维结构组成。“因此,p72的三聚体是主要的保护性抗原之一,也是新型疫苗设计的主要靶标。我们在这结构下发现了4个潜在的非常重要的抗原表位,这4个表位可以为未来新型疫苗的设计提供很好的线索。”

值得一提的是,上述成果的得出,还有赖于步志高团队去年分离得到第一株非洲猪瘟病毒,以及上海科技大学生物电镜中心的“绿灯放行”。

王祥喜介绍,“我们和步志高团队进行合作,对病毒进行纯化和冷冻电镜制样、数据收集。在数据收集的过程中,这个尺度非常大的病毒就带来一些挑战,首先需要不停优化纯化方法,另外冷冻电镜的每张片子都只能呈现1-2个病毒颗粒。”

据上海科技大学副教务长江舸介绍,上科大生物电镜中心去年年底刚刚完成安装调试,该中心特别保障了4个月的电镜机时,完全投入到非洲猪瘟病毒的攻关,最终获得超过100T的海量数据。“即使在今年的春节期间,电镜中心的工作人员仍然和整个科研团队在马不停蹄地工作中。”

王祥喜在发布会现场总结道,此番解析的非洲猪瘟病毒颗粒结构是“直径超过200纳米的大病毒颗粒中解析分辨率是最高”。颗粒越大,即意味着解析的难度越大,“目前直径大于200纳米的,分辨率没有好于10埃,我们这次结构解析不管在技术层面上还是病毒层面上都是一个很好的突破。”

助力开发新型非洲猪瘟疫苗

这些基础研究最终指向的是非洲猪瘟疫苗的开发。

目前,欧洲、美国等国家相继有科研团队和公司宣布开发相关疫苗,但尚无成功投入使用。中国作为非洲猪瘟疫苗研究的“新手”,步志高认为大家“任重而道远”。

谈及疫苗问题,步志高表示,非洲猪瘟疫苗的挑战性可能在动物的所有疫病当中是最大的。“现阶段来讲,我们是在缺乏一个非常清晰的理论指导下来开展这个疫苗开发,仍然像过去几十年的老办法一样,就是在动物身上尝试,至于能保护的免疫机制是什么,我们还不是太清楚。”步志高认为,这方面有很多科学的问题要去探索,这样才能够给疫苗研发提供顶层的设计理论指导。

“今天我们工作是万里长征第一步,但也是非常好非常重要的一个开始。”步志高坦言,我们在疫苗方面取得了进展,但离比较完美的疫苗、离一个更好的疫苗还是有很大的差距,“有这个理论的指导,可以帮助我们未来设计更安全、更有效的疫苗,从全球范围来讲,理论的意义是非常大的。”

值得一提的是,据中国农科院9月宣布,哈尔滨兽医研究所在前期基因缺失疫苗自主研发工作的基础上,进一步筛选出一株非洲猪瘟双基因缺失弱毒活疫苗,已完成了实验室研究,突破了以原代骨髓巨噬细胞实现疫苗规模化生产的重大技术瓶颈,完成了兽药GMP条件下的中间产品制备和检验。近期已提出生物安全评价申请。

步志高在发布会现场详细介绍,疫苗的研发有其规律,第一阶段是实验室研究,第二阶段是产业化的工艺研究,第三阶段是临床试验,只有三个阶段都完成以后,疫苗才基本研发成功,随后推向应用。

哈尔滨兽医研究所在第一阶段尝试了十几种疫苗的技术方案和路线,最后遴选出在实验室阶段安全有效的候选株;同时,部分疫苗的第二阶段工作已经基本完成;下一步有望进入临床试验阶段。

“这个阶段要走下去需要专业机构按照农业农村部关于动物疫苗评价的规范,重点对它的安全性、有效性作同行评估,专业机构在仔细研究我们提交的材料以后认可了这两个方面,农业农村部就会批准我们的临床试验,新型非洲猪瘟疫苗才可以进入下一阶段。”步志高表示,“目前就处于这样一个阶段,专业机构应该在对这些数据进行认真严格的审查过程中。”

值得注意的是,未来或有更多的团队加入到进一步的研究中。

饶子和对澎湃新闻记者表示,“下面还有很多工作要做,比如结构方面的工作,除了此次解析的衣壳,还有核心壳层,这个结构我们目前才解析到8埃左右。除此之外,相关的表面蛋白都在做,现在对受体也不清楚,我觉得后面的工作还是非常之多,需要更多的团队联合攻关。”

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