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流感病毒与古病毒研究的新信息

发布人:  发布时间:2020年04月30日 13:01:49  浏览量:

(一)流感病毒研究的新进展

1.研究流感病毒机理及结构的新成果

发现甲型流感病毒细胞内复制机制。

2006126,由日美等国科学家组成的一个国际研究小组,在《自然》杂志上报告说,他们发现了包括H5N1型高致病性禽流感病毒在内的甲型流感病毒,在细胞内复制的机制。

季节性流感病毒、1918年西班牙大流感病毒和H5N1型禽流感病毒,都属于甲型流感病毒家族。这种类型的病毒进入细胞后,将其遗传物质RNA(核糖核酸)转变为感染性物质,然后释放出去感染其他细胞。此前,科学家一直不了解该病毒进行细胞内复制的过程。

此次,研究人员先模拟甲型流感病毒的三维图像。然后他们观察发现,甲型流感病毒共有8RNA片段,其中7个片段围绕另一个片段。在病毒传播过程中,这8个片段是作为整体在细胞内进行复制的。专家认为,发现甲型流感病毒的复制机制,可以有针对性地开发治疗甲型流感的药物。

⑵发现流感病毒的分子结构细节。

20071月,有关媒体报道,美国马里兰州贝塞斯达的国家健康中心,与弗吉尼亚州立大学,共同组成的研究小组,运用空前细致的成像技术,成功地观察到流感病毒的内部细节。

这一研究小组,通过对季节性的H3N2流感A病毒株进行的研究,实现了对于同一类型五种不同的流感病毒粒子的区分,并且能采录到每种流感病毒的分子分布情况。这一突破性进展,对于今后发现高致病性的流感病菌,以及分析研究抗体是如何和病毒相互作用,使其失去活动能力的机制提供潜在的帮助。而且,这一发现,还能帮助科学家了解病毒是如何找到易得病的细胞,并进入其中发生感染的。

研究人员表示:能够对这些流感病毒成像,就可以帮助我们,在发生大规模流感爆发之前做好准备。这项发现,能让我们对敌人有更好的了解。

研究分析流感病毒的一个最主要的困难在于,没有两个病毒颗粒的结构是完全一样的,它们之间彼此不同。例如骨髓灰质炎病毒有一个各自不同的外壳。

研究小组利用电子X断层层析成像技术(ET)得到了以上的发现。ET是一种新型的,三维的成像技术。它的基本原理,与我们比较熟悉的临床成像技术,计算机化轴向层面X射线分层造影一样,但是ET使用的是微尺度上电子显微镜。

⑶研制出甲型H1N1病毒三维模型。

20095月,新加坡生物信息研究所的研究小组,在美国《生物学指南》杂志上发表论文说,他们在获得首例人感染甲型H1N1流感病毒样本后,用两周时间研制出了与该病毒有关的一种关键蛋白质的三维结构模型。它有助于科学家准确判定受病毒感染的部位,并推进下一步抗病毒药物和抗病毒疫苗的研制工作。

甲型H1N1流感病毒表面密布两种蛋白质——血细胞凝集素(H)和神经氨酸酶(N)。新加坡研究人员通过分子三维结构计算等方法,研制出了该病毒表面的神经氨酸酶的三维结构模型。

研究人员依据病毒粒子外部蛋白质(病毒壳包核酸)的区别,对所有H1N1病毒进行分类。他们表示,H1N1病毒粒子的外部蛋白质(H1N1病毒名称中“H”所代表的部分),具有较强的穿透力,它的蛋白质可轻易侵入健康的细胞中。而其“N”所代表的部分,主要起到了病毒繁殖的作用,此外,在繁殖过程中,病毒自身还会依据所处环境的变化发生变异。

专家表示,所谓的猪流感,即甲型H1N1主要由H1N1病毒引起,禽流感则主要由H5N1病毒引起,其他普通的季节性的流感,主要由H3N2病毒引起。甲型H1N1病毒粒子“N”部分的结构与禽流感病毒H5N1的相关部位十分相似。

通过三维模型分析,研究人员发现,与H5N1型禽流感病毒,以及1918年西班牙流感病毒相比,甲型H1N1流感病毒表面的神经氨酸酶的结构,已发生重大变化,而且它的“N”部分的结构与禽流感病毒H5N1的相关部位十分相似,更接近于禽流感病毒的神经氨酸酶结构。

但是,值得注意的是,以前针对神经氨酸酶开发的流感疫苗,对预防甲型H1N1流感病毒效果不大,而达菲和乐感清对甲型H1N1流感病毒有一定疗效。

研究者表示,甲型H1N1病毒的三维模型研制成功后,有利于科学家、医学家深入研究H1N1病毒的结构特性,并找到更加有效的治疗方案。

⑷开发流感病毒预测模型。

20142月,德国科隆大学和美国哥伦比亚大学组成的一个联合研究小组,在《自然》杂志上发表的研究成果表明,他们建立了一种新的预测模型,有望帮助人们预判未来流感病毒的特征。

研究小组认为,流感病毒每年都有新变化,如果能提前预测下一次流感病毒的进化方向,就能提前研制出更有针对性的疫苗。研究人员说,流感病毒的进化是个复杂的过程,其本质是不同毒株间的相互竞争,目的就是能更有效地感染人类,而如果能预判哪种毒株将在下次竞争中获胜,就能提前对可能流行的新病毒变种进行预防。

研究人员选取了甲型H3N2流感病毒作为实验对象,世界卫生组织等机构对这种季节性流感进行了长达60多年的跟踪记录,每一年的毒株情况都有详细信息。

研究人员发现,这种常见的流感病毒每年都会进化,而这一进化过程也遵循适者生存原则,一方面病毒要有创新性,通过变异来避开人类的免疫,另一方面还要更好地保持病毒自身的特性,这样的毒株是最有竞争力的。

按照创新性竞争力这两个标准,研究人员结合物理学和计算机科学,详细分析了历年甲型H3N2病毒的基因组特征,确认了一些有助于判断病毒进化方向的指标,从而建立了流感病毒预测模型,能够预测下一年可能流行的毒株种类。

不过,研究人员也承认,与其他生物进化一样,病毒的变异过程极为复杂,这一研究只是提供了新思路。

⑸研制成功首个流感A病毒外壳模型

201528,每日科学网报道,英国牛津大学研究员泰勒·雷迪领导的一个研究小组,结合X射线晶体学、核磁共振波谱、低温电子显微镜和脂质组学等多方面数据,首次构建了一个流感A病毒外壳的完整模型。这一方法,称为粗粒度分子动力学模拟,能生成不同温度和脂类成分的轨迹,揭示出构成膜的各种成分特征。该成果有助于人们更好地理解病毒如何在野外生存,并找出战胜它们的新方法。

据报道,在模拟运行中,病毒最初是个73纳米的松散脂质球,然后这个球会在300纳秒内,变成一个更小的59纳米的病毒。这一时间对人类来说几乎无法觉察,约占整个模拟时间的1/15。然后,病毒的突刺蛋白,分别嵌入到脂质外膜里,再给整个系统加入溶剂。

雷迪说:在最近的论文中,这只是包裹在一滴水中的一个病毒。但在我们放入另一种有趣的分子,比如治疗药剂时,才会发生真正有趣的事。根据他们的模拟,病毒的突刺蛋白会从它的膜上突出来,伸展出去,而不是紧密聚集在一起。这是流感A病毒与宿主细胞之间相互作用的关键力量,取决于能与受体结合的突刺蛋白的数量。

雷迪说:如果分离的突刺蛋白与Y武器’——二价抗体能够适配,可以将这一信息用在治疗设计中,将两个抗原同时与其结合,以加强协作。

研究人员还观察到,福斯曼醣脂具有防止蛋白质聚集和减缓蛋白质扩散的功能。雷迪指出,由于醣脂对生物物理性质的影响,把它们纳入未来的病毒模拟非常重要。把醣脂作为广义的糖类,或许掩盖了抗体到达流感病毒外膜上的M2质子通道的可能,而这一通道,是以金刚烷衍生物为基础的一般抗流感药物的预定标靶。

研究人员说,研究膜外壳的结构动力学,还有助于人们进一步理解病毒在不同环境下的存活时间,比如在淡水河中。以往研究显示,河水中出现的A型流感病毒,会让水鸟同时暴露在流感病源和当地人排出的含有抗病毒混和物的排泄物中,潜在地提高了流感病菌的抗药性。他们的模拟,能显示病毒在微秒级时间内的稳定性,但对评估长期稳定性来说是个挑战。

雷迪指出:虽然从运行分子动力学模拟,到监测跨年度时间,还有很长的路要走,但我们现在有了一个观察流感A病毒行为的硅芯片平台,在观察期内,或许有某些因素会增加它的不稳定性。他们的数据可以免费获得,希望其他研究群体也能利用这一模型,并帮助分析改进它。

2.研究流感病毒传播的新发现

发现咳嗽往往包含大量流感病毒。

20095月,有关媒体报道,新加坡国立大学附属医院微生物学部门医师朱利安·唐说,普普通通一次咳嗽会产生3000个微小飞沫。根据以前研究总结的鼻腔分泌物的病毒数量,并假设咳嗽飞沫直径在15微米之间,这意味着一次咳嗽会包含大量流感病毒。1微米相当于1米的一百万分之一,或1毫米的千分之一。

专家建议,你下次在咳嗽或打喷嚏的时候,千万别忘了捂住口鼻,因为你咳嗽一声会喷出多达两万个病毒,这足以传染很多人,尤其是那些没有接种疫苗的人。

朱利安·唐说:“根据这一研究的数据,并假设每次咳嗽会产生3000个飞沫,这样一来,每次咳嗽所包含的流感病毒数量可达195个至1.95万个之间。这3000个飞沫指的是可在空气中长时间悬浮的飞沫,即所谓的飞沫核。咳嗽时可能也会产生较大的、携带流感病毒的飞沫,它们落到地面上的时间相对较快,一般对流感在空气中传播的作用不大。

不过,专家在多少飞沫,可构成流感病毒的感染剂量问题上,尚存在异议。以前的研究发现,110个有机病毒体,即可导致病毒性出血热,10100个可导致病毒性脑炎。不过根据朱利安·唐的解释,很多因素会影响流感病毒的感染剂量,如人群所吸入飞沫的数量,吸入人群是否接种过疫苗等。

专家称,空中传播的流感,多发生在距离病毒携带者一米范围之内,同时,如果不小心与被感染物体(如玩具)有过直接接触,病毒同样会传播给他们。朱利安·唐说,戴口罩可有效降低这些传染病的传播。咳嗽时,用手或纸巾紧紧捂住嘴,同样可以。因为这相当于给病毒传播设立了一道屏障,避免病毒喷出去。

首次发现在海洋哺乳动物中感染甲流病毒2013-05-17

2013515,美国加州大学戴维斯分校的一个研究小组,在《科学公共图书馆·综合卷》上报告说,他们在海象身上发现了甲型H1N1流感病毒,这对海洋哺乳动物来说,还是首次发现。

研究人员说,2009年至2011年间,他们采集了生活在美国海岸边,10种不同海洋哺乳动物的鼻拭子标本。

经检测,研究人员在两头海象身上发现了甲流病毒,另在28头海象身上发现甲流病毒抗体,这说明或许有更多的海象接触到甲流病毒。两头被检测出甲流病毒的海象均没有表现出患病症状,这说明它们可能感染甲流病毒,但不会发病。

海象所染甲流病毒的来源还是个谜。研究人员表示,20102月两头海象从陆地进入大海前,它们的甲流病毒检测还呈阴性,但当它们5月从海里返回时,检测结果却呈阳性。这些海象身上有标记,并被卫星跟踪,在海中不太可能与人直接接触。研究人员因此推测,海象接触到甲流病毒或许在上岸前。

研究人员建议,可能与海洋哺乳动物接触的人员应佩戴防护装备,以免受病毒感染。

3.流感病毒检测与防治的新成果

⑴发明禽流感病毒快速检测法。

20071月,日本大阪府立公共卫生研究所的专家高桥和郎宣布,他们开发出能在10分钟内检测出禽流感病毒的新方法。

研究人员介绍说,他们利用禽流感病毒的核蛋白结构有别于人类流感病毒的特点,研制出只同禽流感病毒核蛋白结合的抗体,从而开发出新的检测方法。

在使用这种新方法之前,需从感染禽流感的鸟类或患者体内采样,并设法让试样中可能存在的病毒增殖,接着把这种试样与含有新型抗体的制剂结合在一起,只需10分钟,就能检测出试样中是否有禽流感病毒。

专家指出,以往的很多快速检测法,不能区分禽流感病毒和人类流感病毒;聚合酶链式反应,虽能区分这两种病毒,但需要特殊的检测设备,检测时间则为半天至一天。专家还表示,实验显示,新检测法所用抗体,对各种禽流感病毒毒株都有反应,也可以精确测出H5亚型高致病性禽流感病毒。研究人员将尽快开始下一阶段实验,以期最终能够不经病毒增殖过程,直接对试样进行检测。

⑵发现甲型H1N1流感病毒首次出现抗药性。

2009629,瑞士罗氏制药公司证实,丹麦国内一名甲型H1N1流感患者,对这家公司生产的抗流感药物达菲,已经产生抗药性。这是首次检测到甲型H1N1流感病毒,对达菲的抗药变异。

罗氏制药公司发言人说,这名患者在接受治疗过程中,体现出对达菲的抗药性,公司眼下正研究应对措施。他认为,针对达菲的临床实验显示,体现出对这种药物抗药性的病例比例,应在0.5%以内,虽然丹麦出现首例抗药变异,但公司对这种发展早有预期。当前状况并不意味着其他甲型H1N1流感病毒已经产生抗药性。

英国葛兰素史克公司生产的乐感清和罗氏制药公司的达菲胶囊,被认为是能有效抑制甲型H1N1流感病毒的抗流感药物。丹麦卫生部门介绍,发现这名患者有抗药性后,院方在治疗过程中用乐感清替代达菲,没有再发现新抗药性。患者状况稳定,已没有流感症状。

(二)古病毒研究的新进展

1.古病毒机理研究的新成果

大胆假设远古病毒参与了人类进化。

20043月,俄罗斯媒体报道,该国科学院分子遗传学研究所副所长维亚切斯拉夫认为,远古时代生命力极强的各种病毒,直接参与了猿向人转变的过程。

维亚切斯拉夫指出,人和猿的基因很相似,它们都能编码蛋白质,但病毒却改变了人进化过程中基因之间的关系、分布和消耗时间。在人和猿体内都存在各种不同的被认为很古老的病毒基因,但在人体基因中这些病毒基因的数量比猿基因中的数量多一个数量级。由此可以假设,几百万年前,人类的祖先受各种病毒的袭击后,最具有生命力的病毒基因便留在了人的基因中,改变了基因调节机制。久而久之,这些极具生命力的病毒直接影响了猿转变成人的进程。

同时,维亚切斯拉夫表示,他并不反对美国学者提出的遗传变异假设。他认为,变异是人类进化中不可否认的事实,科学家迟早能揭开遗传变异之谜。

2.古病毒复活研究的新进展

⑴从3万年冻土中复活长达1.5微米的大病毒

20143月,法国马赛大学米歇尔·克拉弗里,与成塔尔·阿贝热尔夫妻档进化生物学家领导的一个研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表研究成果称,他们复活了一种埋藏在西伯利亚冰层中达3万年之久的巨大病毒,它居然还具有传染性。还好,其目标仅仅是阿米巴虫,但是研究人员推测,一旦地球上的其他冰层融化,将造成远古病毒的大回归,这将对人类健康构成潜在威胁。

在各种病毒中,巨病毒的块头名列前茅,常寄生在水生阿米巴虫体内。这种新近解冻的病毒,有1.5微米长,堪比一个小型细菌的大小。该研究小组此前曾发现过其他一些巨病毒。并未参与该项研究的,加拿大温哥华市大不列颠哥伦比亚大学病毒学家柯蒂斯·萨特尔表示:这个研究小组,又一次让我们对巨病毒的多样性大开眼界。

两年前,该研究小组得知,科学家从埋藏于俄罗斯西伯利亚具有3万年历史的永久冻土中复活了一种古老植物。克拉弗里说:如果能够复活一种植物,那么我想是否也能够复活一种病毒。利用俄罗斯科学家从该国东北部冻原地下30米深处采集的永冻土样本,他们以阿米巴虫(这些病原体的典型目标)为诱饵寻找巨病毒。随着阿米巴虫的死亡,研究人员在其体内发现了一种巨病毒粒子。这说明该病毒仍具有复制及感染能力。不过研究人员表示,这种病毒对人和其他动物无害。

研究人员在显微镜下发现,它看起来是一个一端开口的厚壁椭圆形生物。阿贝热尔说,该病毒具有一种蜂窝状结构,会在宿主细胞质中完成自我复制,而不是像其他病毒那样接管细胞核。其蛋白质只有1/3与其他病毒类似。同时让研究人员感到惊讶的是,这种病毒尽管体形比其他巨病毒大,但基因数量很少,其基因组只含有500个基因。

⑵复活700年前粪便中的病毒。

201410月,美国一个研究小组,在美国《国家科学院学报》发表研究报告说,他们通过钻取包含数千年北美驯鹿粪便沉积物的冰芯,从700年前的冷冻粪便中,重新获得一种DNA病毒的完整基因和一种RNA病毒的部分基因。

半年以前,有消息报道,研究人员让一个古老的巨型细菌重获新生。现在,他们已经恢复了更多病毒的遗传物质。这次的复活物,来自冷冻的北美驯鹿排泄物。

5000多年前,北美驯鹿掠过加拿大赛尔温山顶部流冰区的灌木丛和草地。在温暖的夏季,这些动物又会聚集在亚北极地区的冰原上,抵御高温和蚊虫叮咬,并在地上留下排泄物。

基因序列检测结果显示,该RNA基因组是昆虫传播的蟋蟀麻痹病毒属的成员之一,但该DNA病毒基因更神秘:它与目前现存的病毒基因序列不同,但却属于植物传染的双生病毒的远房亲属

研究人员重建了DNA病毒,并将其引入本氏烟,即现在烟草的近亲,易受多种不同植物病毒的攻击。重新复活的病毒成功感染了注射了病毒的叶片和新叶。

研究人员表示,这种病毒可能源自北美驯鹿所吃的植物,或被它们的粪便吸引来的昆虫。该研究小组提醒说,由于气候变化,北极冰川融化速度更快,这将把古老病毒释放到环境中,其中一些可能仍具有传染性。

⑶将复活封存3万年的史前巨型病毒。

20159月,法国科研中心吉恩·米歇尔·克莱沃领导的一个研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表研究成果称,他们将复活一种迄今为止已3万年的巨型病毒,它深埋在俄罗斯东北部西伯利亚地区冰天雪地里,并借此向全球发出警告:气候变化可能让极具危险的微观病原体苏醒。

法国研究人员称,他们找到了第四种史前病毒:西伯利亚莫里病毒。此前,科学家分别于2003年和2013年发现拟菌病毒和潘多拉病毒;2013年,法国科研中心吉恩·米歇尔·克莱沃领导的实验室,成功复活了在同一地点发现的,名为西伯利亚阔口罐病毒的巨型病毒。

符合巨型资格的病毒,一般要大于半微米(千分之一毫米),西伯利亚莫里病毒达到了0.6微米。这些可以追溯到上一个冰河时代的古代史前病毒,与今天的病毒差别很大,不仅个头巨大,基因组成也更为复杂。莫里病毒的基因超过了500个,潘多拉病毒则有高达2500个基因。相比之下,现在的甲型流感病毒只有8个基因。

在让巨型病毒醒来之前,研究人员将确保这种病毒,不会对动物或人类产生威胁。克莱沃说:一小部分能够致病的病毒粒子出现在宿主中,就足够将其恢复成致病病毒。在安全实验室条件下,研究小组准备尝试把新发现的病毒,放置在单细胞虫体中进行复活实验。

克莱沃表示,气候变化导致北极和亚北极区域的变暖速度,是全球平均速度的两倍,这意味着多年的冻土,也并没有想象中那样坚不可摧。现在,西伯利亚地区被作为能源储藏地备受关注,特别是石油资源储量丰富,冰层融化加速后,必然吸引越来越多的工业开发。他警告说:如果在实施工业化过程中保障措施不到位,可能某一天,人类会唤醒被认为已经灭绝的可怕的天花病毒。