中国医学科学院:新冠病毒科技攻关, 积累、速度和质量缺一不可!

发布时间:2020-03-23  来源:中国中医科学院   

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回望几十天艰苦卓绝的战“疫”历程,医务人员的义无反顾可歌可泣,普通百姓的理解配合值得赞扬。在阻击疫情的战场上,社区防控和医学救治之外,科学研究同样是一条重要战线;在这条战线上,确定病原、建立动物模型,是开展所有后续研究的“基础工事”。

近日,健康报记者采访了中国医学科学院的相关机构,探究构筑科研战场“基础工事”背后的故事。

“50个小时拿出全部数据”

1月2日,从武汉发来的不明原因肺炎患者的肺泡灌洗液样本紧急运抵北京。

国家卫生健康委向中国医学科学院病原生物学研究所等几家单位下达任务,要求即刻展开应急科技攻关,启动背靠背病原学确证研究,找出导致不明原因肺炎疫情的“幕后真凶”。

“面对新发突发传染病,确定病原是展开应急科研工作的首要任务,不能确定病原,后面的工作都将无的放矢。”

中国医学科学院病原生物学研究所研究员、病原体鉴别实验室副主任任丽丽说,此次国家卫生健康委指定了4家平行检测检测机构,背靠背开展病原鉴定工作,得出一致结论,才能作为确定病原的依据。

“突发公共卫生事件应急科技支撑是病原所的重要工作职能之一,每当面对重大新发突发传染病,医科院病原所都会义不容辞地承担起探寻病原的应急科研支撑任务”。

此次新冠肺炎疫情来袭,同样如此。

几家单位开始在这些样本里抽丝剥茧,寻找可能存在的致病病原。“几家检测单位拿到的是相同的样本,来自相同的患者,目的就是看大家能否找到相同的答案。”任丽丽说,医科院病原所向中国医学科学院递交了军令状,50个小时之内,拿出样本中可能存在的病原微生物的基因组数据。

“我们采用的是宏基因组测序分析技术,通过无偏移扩增,来探查这些样本中到底有哪些可能与疾病有关的病原。”

任丽丽说,“这种技术的优势是可以拿到大量的数据,只要能够检测出微生物,就能很好地拼接出它的基因组数据;但劣势是针对此类病原发现应急任务设计的完备方案比较累人,完成一次分析,需要研究人员约10个小时持续不间断地建库测序”。

“必须提交经过验证的病毒基因组数据”

“我们第一次拿到患者的样本已经是夜里,立即连夜在P3实验室开始处理样本,提取核酸,开始测序工作”任丽丽说,为了在第一时间完成样本的基因测序工作,所有参与项目的科研人员几乎都是几十个小时没合眼,无缝衔接。

“每一个样本的数据量都很大,我们在所有样本的数据中都看到了同一种冠状病毒的基因组序列,基于高质量测序,我们直接就拼接出了这种冠状病毒的全基因组序列,经过深入分析,发现它是一种从未见感染过人类的新型冠状病毒。”

任丽丽表示“从建库、上机测序到下机数据分析,直到给出最终报告,全部在不到50个小时内完成。”,为了确保基因数据的准确性,研究团队同时还利用一代基因测序技术进行了验证,我们提交的是经过验证的病毒全基因组数据”。

人类面对一种新的病原,不仅要知道它是什么,还要知道它的基因组特点是什么,“这种新发现的冠状病毒,它的每一段基因组序列与已知冠状病毒有何差异,这些都要在报告中有详细的分析”。

“第一时间与全世界分享数据”

在国内几家科研单位的联合攻关下,1月7日,病原检测结果初步评估专家组组长、中国工程院院士徐建国向媒体表示,此次不明原因的病毒性肺炎病例的病原体初步判定为新型冠状病毒。

1月11日,国家卫生健康委宣布,中国将与世界卫生组织分享新型冠状病毒基因序列信息,在中国首次分享的5株病毒基因组序列中,有1株是医科院病原所提供的;这也为其他国家提前部署应对可能出现的新冠肺炎疫情争取了宝贵的时间。

造成此次新发突发重大传染病疫情的病原终于浮出水面。

与17年前的SARS冠状病毒耗时大半年不同,这种新型冠状病毒的“落网”,只用了不到1周。

2月11日,世界卫生组织正式将这种新型冠状病毒引起的疾病命名为“COVID-19”。

“SARS时期的小鼠模型派上了大用场”

新型冠状病毒被基本确认为此次疫情的病原后,后续科研攻关的方向随之确定,构建动物模型成为所有科研工作的基础。

基因测序显示,新型冠状病毒与SARS冠状病毒具有很高的同源性,也被科学界称为“2号SRAS冠状病毒”。

“我们团队根据生物信息学与结构生物学分析推测,新型冠状病毒很可能与SARS冠状病毒一样,通过人ACE2蛋白入侵机体。”中国医学科学院医学实验动物研究所副所长刘江宁说,这一推测很快得到了科学研究的验证,医学实验动物研究所此前的动物模型资源积累和沉淀就派上了大用场。

“秦川的猴子发烧了没有?”刘江宁说,2003年非典疫情期间,亲自主持科研攻关工作的时任国务院总理温家宝,就向工作人员询问这句话。

医科院动研所所长秦川,正是当时非典动物模型科研项目的负责人,她率领团队研制了国际第一个恒河猴模型,并研制了SARS病毒受体ACE2人源化的转基因小鼠。

刘江宁说,构建动物模型,就是通过各种科学技术手段,使动物患上与人类相似的疾病,可以将其想象为在实验室中研制出来的病人,来再现疾病发生、发展和转归的整个过程,以对疾病的发病过程和机制进行系统研究。

“猴子发烧了,动物模型构建成功了,后续感染机制、传播途径、疫苗研发等一系列科研项目才能正常运转。”

刘江宁将动物模型比作一条高速路,一头连着实验室,一头连着临床。“所有实验室内研究的药物、疫苗等走向临床,完成动物实验都是必经之路”。

正是因为非典以来历次传染病动物模型攻关中的积累,医科院动物模型科研团队在秦川的带领下,陆续完成了一下各项工作:

1月10日,完成了受体人源化小鼠、病原敏感SPF恒河猴、动物模型特异的病原检测试剂、生物安全条件下的表型高通量实时分析技术等一系列技术准备,通过与中国疾控中心病毒病所及院内相关所院合作。

1月29日,建立小鼠模型。

2月14日,建立恒河猴模型。

2月18日,率先通过科技部组织的专家鉴定,突破了疫苗和药物从实验室走向临床应用的技术瓶颈。

刘江宁说,此次应急科研攻关能够快速启动,得益于国家传染病防治重大专项、中国医学科学院医学与健康科技创新工程、中央级公益性科研院所基本科研业务费、修缮购置专项等项目长期以来的资助和支持,使医科院动研所积累了“家底”,创建了现代化的突发传染病动物模型应急研制体系,保存有这种特殊小鼠模型的种子,“否则可能会贻误战机”。

SARS期间,医科院动研所成功研制了SARS冠状病毒人源化受体转基因小鼠模型。SARS疫情结束后,该所在繁衍保存少量SARS冠状病毒人源化受体转基因小鼠“种子”的同时,将更多的受精卵、胚胎等资源交由社会化液氮冷冻保存。

刘江宁介绍,在相关科研中,使用量最大的是人源化受体转基因小鼠模型。疫情发生后,科研团队一方面提取复苏液氮冷冻保存的受精卵和胚胎,并进行社会化繁育;一方面利用现有少量活体人源化转基因小鼠“种子”展开应急科研攻关。

“千万别被猴子抓伤了”

“生物安全实验室也是疫情防控的战场,而且可能是最危险的战场。”刘江宁说,构建动物模型的所有操作都要在生物安全三级实验室内完成,科研人员要在实验室内对感染后的动物进行各种处理,感染、拍胸片、采样、解剖,都会频繁接触高浓度的病毒,“生病的动物行为焦躁,特别是猴子,它不会老老实实让你操作,一旦被抓伤、咬伤是很危险的”。

刘江宁介绍,构建动物模型是一项探索性的工作,几乎不允许出错,一旦选错了动物,动物模型失败,整个科研攻关的进程都会被耽误。因此,这是一项多种技术集成的工作,需要研发适合动物的检测试剂和分析技术,动物模型研究是一个多专业联合作战的团队,包括实验动物学、兽医学、病理学、病毒学、免疫学、影像学、基因工程技术等各个专业。

“有遗憾是在所难免的”

“我们也有遗憾,种子的数量还是太少。”刘江宁说,每天都有许多科学家在寻求这种实验动物,包括国际最大的小鼠研究机构杰克逊研究所都在寻求我们的资源,更多的科研需求无法及时得到满足,社会化冷冻保存的资源,要过一段时间才能经过繁育后大批量供应。

动物模型关系到国家生物安全、人民生命健康。

刘江宁建议,在医学实验动物资源这种战略保障领域,我国应建立国家中心,长期稳定地支持资源建设和创新,“资源决定了科研的深度和广度,决定了疫苗和药物转化的效率,也决定了应急科研的效率,这样才能确保有备无患”。


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