来源:《细胞》网站 发布时间:2011-12-19 16:02:30
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《细胞》刊登中文文章介绍中国传染病研究

    图注: 一种叫Miniopterus schreibersii的蝙蝠(普通长翼蝠)。潘烈文、 Malik Peiris和同事们2005年在这种蝙蝠中发现了第一种蝙蝠冠状病毒。图片提供: C. T. Shek、 香港特别行政区政府鱼农自然护理署。

人口稠密的中国农村地区需要随时提高警惕并且利用现代科技来阻止新传染病的流行。但在发展中国家的一些地区,困难并不仅仅是在科技上的。
 
在过去的十多年间,一些住在中国农村地区的农民受到了一种能引起高热、血小板减少并有时伴以大出血的致命感染。根据疾病的临床表现,医生们假定这是由细菌嗜吞噬细胞无形体所引起的无形体病。但是在2009年,德州大学医学中心研究员兼中国疾病控制预防中心(CCDC)的访问学者于学杰却发现了一些不寻常的现象。无形体病在西方国家很少导致死亡,但在中国十个病人里几乎有三个会死于这个疾病。
 
于教授是一位擅长细菌培养的微生物专家。CCDC本来邀请于来帮助他们分离无形体细菌,但是于的直觉却让他决定去寻找病毒。他把病人的白细胞接种到一种来自狗的叫DH82的细胞来培养病毒。他是幸运的;病毒对寄主都很挑剔,只在特殊的条件下才能繁殖。当看到病变的细胞时,他马上想到,“哗,我们找到病毒了!”
 
这个证据有力表明了这种流行性疾病并不是无形体病。当于有了足够的病毒颗粒,他用电子显微镜来观察病毒的形态、随后又测序了病毒的基因组。他找到了一种新的属于布尼亚病毒科的叫做SFTSV (Severe Fever with Thrombocytopenia Syndrome Virus,高热伴血小板综合症病毒) 的白蛉属病毒,并在今年的《新英格兰医学杂志》发表了这项成果。自2010年9月起,有171位病人被诊断为SFTSV,其中36人死于这种感染。
 
于和他在CCDC的同事们在相对短的时间里能遵循直觉并对病毒作出了分析,这个例子受到了大家的称颂。他使用的技术即便在十年前也很难在中国找到。而且这些技术目前在很多发展中国家和地区也还没有普及,大力推行用更好的和更经济的诊断技术来发现新的病毒是一个当务之急。
 
在二十世界60年代,因为在药物研发和公共卫生上的成功,喜形于色的公众健康官员们宣布传染性疾病已经被征服。但是在过去的三十多年里,出现了差不多一百种新的能引起人类发病的病毒,其中接近75%是从动物传播到人类的。在人类和野外生物密切接触却缺乏诊断技术的普及的发展中国家和地区,很多正经历着环境的迅速变化,怎样能通过更便宜更好的技术来阻止全球范围的疾病大传播迫在眉睫。
 
试探
 
Malik Peiris,一位曾因为发现SARS冠状病毒而闻名于世的香港大学的微生物学家,目前正致力于测序蝙蝠传播的病毒。他已经通过用基因测序仪来寻找新的病原的方法发现了几种新的冠状病毒。蝙蝠常常是潜在致命病毒的优良储主,比如可以在马和人类中导致类似流感症状的Nipah 病毒。生态学家们捕捉到了蝙蝠以后用棉签从蝙蝠口中提取微生物样本,并把样本送到Peiris的实验室。实验室随即采取利用同科引物的多重PCR或者直接测序的方法来寻找新的病原。
 
如果测序结果符合数据库中的某种信息,计算机会自动分析同源性的百分比。研究者们随后需要尽可能证明分离出来的病毒的确是病原,并且能满足科赫法则。根据这个法则,病毒需要出现在所有的病例中;病毒可以从病人样品中分离出来并得到纯培养;纯培养的病毒如果接种到健康的人或动物能导致同样的疾病;从新病人中能同样发现原来的病原。
 
在能致人发病的病毒方面,深度基因测序已经帮助科学家们找到了包括在南非发现的出血热Lujo 病毒和能让器官移植病人致病的Dandenong病毒。
 
但是,高通量测序仍然需要谨慎使用,Peiris认为。
 
“使用深度测序来发现病原是强度非常大和非常昂贵的,如果用这种办法来处理每一个样本,效果不会好”,他说。在测序之前,研究人员需要先排除可能的已知病原,从而确定他们面对的是一种新的病原。而在那之前,一线的医务工作者们还需要认识到疾病的不寻常并要求检测。
 
“这是一种试探”,香港大学微生物学助理教授也是Peiris课题组成员的潘烈文说。“你尝试测序尽可能多的序列并希望能够找到一些是不来自于宿主的。”
 
但是经常,从病人样本做的测序和数据库里任何人,细菌或病毒的都不一样。
 
“这就像一个黑盒子了,”潘说。虽然基因组学的革命使得海量的序列正在以破纪录的速度往数据库中输入,世界上大多数的生物- 特别是病毒- 还没有被测序。在这类情况下,生物信息学家们就得在黑暗中摸索各种密码学的方法去寻找规律- 比如某些双核苷酸和三核苷酸出现的频率。
 
芯片上的病毒王国
 
核酸芯片的可靠和高精度正在使病毒猎手们能够以比高通量测序更快和更经济的办法去发现新病原。当今最好的测序技术也需要一天时间来处理数据,哥伦比亚大学Mailman公共医学院的流行病学Ian Lipkin教授说。
 
“根据芯片的价格和密度,在不远的将来你可能在几小时内花15-20美元就可以调研所有已知的病毒,这是非常了不起的,”他认为。
 
八百万到一千万个探针可以排列在同一块玻璃芯片上,完全足够包含了病毒世界的全部,Lipkin 说。他目前正在和Lawrence Livermore 国家实验室的Tom Slezak合作参与一个美国国防部资助的课题,目的是开发全能的细菌和病毒芯片系统,以用于灵活地检测新出现的病毒和病毒变体等。
 
科学家们的设想是只要芯片探针的设计是好的,他们便能够在属或科的水平把未知病毒找出来。芯片技术的第一个成功的例子是SARS冠状病毒的发现。当香港的Peiris研究组正在用传统技术详细地分析 SARS时,加州大学旧金山分校的一位名叫Joseph DeRisi的年青研究员决定使用芯片。在没有培养病毒的情况下,他用芯片检测来自病人的呼吸道样本。在24小时内,他就得到了和冠状病毒家族吻合的阳性结果,并被测序结果进一步证明。DeRisi的“病毒芯片”现在是病毒猎手的常规武器。同在加州大学旧金山分校的Charles Chiu已经利用病毒芯片发现了一种猴子和人的新型腺病毒,还有目前尚未发表的一种新的出血热病毒。
 
在这方面的发展趋势目前是多系统芯片,微球体和纳米线。芯片系统可能将更加趋于小型化,比如一个芯片可以支持病原发现中包括样品制备,PCR,核酸杂交和测序在内的所有步骤。这样的结果将是芯片有一天会变得更加便携,经济和易操作,所有这些特点对于新病毒多发的发展中国家和地区都是需要的。
 
“这些都将实现也必须实现,因为我们需要能够有办法在前线进行病毒发现的工作,”Lipkin说。
 
病毒的实地搜索
 
目前大多数的测序和芯片技术在少数几个集中在西方的实验室以外几乎是一片空白。在世界新疾病的热点地区,包括中国,东南亚,印度和非洲部分地区,基本的PCR测试才是规范,如果他们被采用的话。虽然PCR可以帮助检测已知的病毒,其高度特定性使它们无法检测新病原。
 
“目前发展中国家和地区的一个大问题是对所有疾病的监控工作都做得很少,”Chiu认为,“甚至对大规模的疾病比如非洲的疟疾和结核,都只有一些便宜的检测手段,这些手段灵敏度低,特定性也差。其他的都还没有。”
 
医生们也通常只根据临床检查来诊断疾病,也不采取病毒学测试的办法来支持诊断结果。这导致多数病毒还没有被发现。“一个临床综合症必须被诊断,必须被注意,必须上报,标本必须采集,样本还必须被送到欧洲或者美国的专业实验室里,这样的话要花费很长的时间,”国立过敏和转染病中心的Heinz Feldmann说。但即便是这样,样本量可能也不足以进行高通量测序,他说。
 
在美国9/11炭疽事件之后,把生物样品寄出境还成为了一个挑战。自从SARS爆发之后,中国CCDC 已经通过与像于这样的研究员还有与美国疾病控制预防中心及其它机构的专家的合作的办法来解决这个问题。他们的国家实验室也配备了最新的高通量诊断技术,包括来自西方的测序和芯片系统。
 
由于人类与野生动物接触紧密,人口众多以及地域广阔,作为新疾病热点之一的中国在病毒检测方面仍然面临着挑战。其医疗系统是一个弱项,目前那里还只有很初步的诊断手段,实验室技术人员的训练仍然不足,医生们也还很少试图发现导致疾病的病原,纽约市健康与心理卫生部的科学家并曾经帮助CCDC改良这个系统的Jay Varma说。他认为在CCDC的病毒猎手们远离了发病人群的第一线。
 
在其它的一些发展中国家和地区,水源和电力供应不足以及腐败则让病毒猎手们事倍功半。Lipkin回忆在研究生时代,作为google.org帮助发展中国家和地区疾病监测的慈善项目的一个部分,他们曾试图在塞拉利昂建立一个基础的多重PCR系统,目的是用于发现新病毒以及建立一个快速应对突发流行病的机制。但是仪器的配件却总是给偷走。
 
“当地人会进来索要贿赂,然后就把设备的电线拿走了,我对此几乎无能为力,”Lipkin 说,“这个失败不是技术上的。”(Gayathri Vaidyanathan London,UK)(《细胞》原标题为:病毒猎手:歼敌在前线。本文的中文翻译由美国麻省理工学院Koch Institute for Integrative Cancer Research的薛文博士及Cancer Cell的杨晓虹博士提供)
 
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