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科技为人类构筑抗疫“防火墙”

来源:河北日报编辑:综合管理部
时间:2021-02-19浏览次数:

导读:新冠肺炎疫情不期而至,刷新了人类对病毒的认知,也极大地改变了人们的生活方式。2020年以来,在抗击新冠肺炎疫情这场特殊的战役里,科技为人类构筑起一道抗疫的防火墙。如今面对疫情,我

新冠肺炎疫情不期而至,刷新了人类对病毒的认知,也极大地改变了人们的生活方式。2020年以来,在抗击新冠肺炎疫情这场特殊的战役里,科技为人类构筑起一道抗疫的“防火墙”。如今面对疫情,我们更有能力、更有信心把病毒威胁再一次“扼杀在摇篮里”。

中国疾病预防控制中心传染病预防控制所P3实验室传递窗口,工作人员正在接收刚刚从浙江省疾控中心运抵的疫苗生产用新型冠状病毒毒株。新华社发

 

病毒毒株——

我国学者第一时间成功分离

2020年1月7日晚,中国疾控中心从武汉不明原因肺炎临床样本中成功分离出新型冠状病毒。1月11日,中国向全球分享新冠病毒全基因组序列信息。

河北省药学会药学科普专委会主任委员、河北医科大学第二医院西院区药学部主任刘焕龙介绍,分离出病毒毒株,也就意味着获得了新冠病毒纯的培养物,可以用于了解病毒的致病机理,如病毒是通过什么样的途径侵入到人体当中,在人体细胞中是怎样繁殖的、不同部位细胞的感染效率差异、产生细胞因子风暴的详细机制和干预手段等。

“简单来说,分离到的毒株相当于我们在和病毒的战争中抓了一个俘虏,我们不但要让它‘开口说话’,帮助我们识别它们,还要让它成为我们的帮手,帮助我们研究出最终战胜病毒的武器。”刘焕龙解释。

病毒学专家、美国加州大学圣迭戈分校医学院教授Robert Naviaux曾公开表示,由中国国家病原微生物资源库发布的,由中国疾病预防控制中心成功分离出的第一株病毒(新型冠状病毒武汉株01)毒株信息和电镜照片,让人们清楚地了解了病毒的基本信息,其同步发布的引物探针序列使得更加准确的检测手段得以快速开发。

没过多久,2020年1月24日,浙江省疾控中心新型冠状病毒检测团队经过不懈努力,成功分离出新型冠状病毒毒株。分离到的毒株滴度高,为新型冠状病毒疫苗研制、抗病毒药物的筛选以及快速检测试剂的研发奠定了基础。1月27日,广东省疾病预防控制中心成功分离出广东省第一株新型冠状病毒(2019-nCoV)毒株,这是从一例病例的肺泡灌洗液中分离出来的,使用了vero-E6传代细胞系。

“中国科学家的快速研究进展和信息共享,一方面对人类认识病毒,为病毒命名具有重要作用。另一方面,全基因组序列的完成对开发新的快速检测方法、设计靶向药物、开发疫苗都具有非常重大的意义。”Robert Naviaux公开表示。

检测筛查——

优化技术加快检测速度

对于新冠肺炎患者的诊断是实施救治的第一步。而核酸检测诊断是目前最为准确的新型冠状病毒诊断方法。

“生物体的遗传物质分为两种,DNA和RNA。”河北医科大学第四医院感染性疾病科主任兼医院感染管理科主任邢亚威介绍,DNA具有双螺旋链状结构,更加稳定,而RNA是单链结构,冠状病毒就是RNA病毒,更加容易变异适应人体。诊断病人是否感染了新型冠状病毒,最主要的方法是检测病人或者疑似病例身上是否存在病毒的遗传物质。

但是在病人样本中能够提取出来的RNA含量有限,所以就需要有一种方法可以快速检测病毒样品中的核酸含量。

而聚合酶链式反应(PCR)能快速特异扩增任何已知目的基因或DNA片段,并能轻易让皮克(pg)水平起始DNA混合物中的目的基因,扩增达到纳克、微克、毫克级的特异性DNA片段。因此,PCR技术一经问世就被迅速而广泛地用于分子生物学的各个领域。

2020年1月16日,PCR诊断试剂优化完成,武汉市对全部69所二级以上医院发热门诊就医和留观治疗的患者进行主动筛查。

在北京,中国疾控中心2020年1月4日成功研制出灵敏度高的高特异性PCR检测试剂,截至当年1月23日全国累计使用检测试剂3万余人份;在武汉,中国科学院武汉病毒研究所等专业机构于2020年1月10日初步研发出检测试剂盒,武汉市立即组织对在院收治的所有相关病例进行排查。

在病毒序列全基因组公布的基础上,不同的研发机构开始发力,针对核酸、抗原、抗体不同的检测对象,选择了多种技术路线开发一系列新冠病毒快速检测产品。

此外,在检测类别、方便程度、检测耗时等方面也不断突破。去年2月底,由清华大学、四川大学联合相关企业研发,可同时检测包括新冠病毒在内的6种呼吸道病毒的检测产品通过国家药监局的审批,并向境外捐助。武汉大学还研发出可同时检测10大类40种常见呼吸道病毒的新方法,该方法可以监测病毒的突变……经技术的优化,核酸检测分析过程能够实现样品制备、反应、分离、检测基本操作均集成到一块微米尺度的芯片上,自动完成分析全过程。

邢亚威表示,随着零星散发病例的出现,强大的检测能力为集中扑灭疫情提供了有效的甄别手段,进而让突发的疫情得以迅速疏解,助力中、高风险地区短时间恢复常态化。

疫苗研发——

我国位列全球第一方阵

面对这场近百年来最严重的全球大流行疫情,疫苗研发成为全球科学家与病毒“赛跑”的主赛场。

“疫苗发挥作用的核心机理是‘免疫应答反应’。”河北省免疫学会理事、河北省人民医院风湿免疫科主任张风肖说,它的源头来源于病原体,把病原体通过灭活、人工减毒或利用基因重组等方法弱化,当弱化的病原体第一次和人体遭遇的时候,人体免疫系统会发现病毒,并制备“特异性武器”,也就是抗体,来歼灭病原体,这个过程便是“免疫应答”。

张风肖解释,打败病原体后,免疫系统会记录病原体的特征,保留战胜病原体的“武器图纸”。病原体再次入侵人体时,人体凭借免疫系统保留的“武器图纸”快速生产出大批量“武器”,在病原体还未来得及大量扩增前将其消灭掉,这种保留“武器图纸”的能力,叫作“免疫记忆”。

“正是基于免疫系统的存储‘武器图纸’的能力,人们如果将新冠肺炎病毒的特征信息以疫苗的形式提前交给免疫系统,免疫系统就会事先有所准备。当真正遇到新冠肺炎病毒时,就可以在病毒还没大量繁殖时,及时发现并消灭它们。”张风肖说,这就是疫苗的原理,也是许多科研团队夜以继日开展的攻关课题。

新冠肺炎疫情发生以来,我国从灭活疫苗、重组蛋白疫苗、腺病毒载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗和核酸疫苗等5种不同技术路线,同步推进新冠肺炎疫苗的研发。

“虽然分支五路,但他们有着同一个目标,就是将新冠病毒表面具有特异性的刺突蛋白(Spike Protein),又称S蛋白的特征传递给免疫系统,从而刺激机体产生专门对付新冠病毒的特异性抗体。”专家指出。

据世界卫生组织网站发布的数据显示,截至2020年12月29日,全世界共有232种新冠疫苗处于活跃研发状态,其中60种进入临床试验阶段。在处于三期临床试验的15种疫苗中,中国占据了5种,分别是:中国医药集团有限公司的“中生武汉”和“中生北京”灭活疫苗、北京科兴中维生物技术有限公司的灭活疫苗、军事科学院联合康希诺公司研发的腺病毒载体疫苗、中国科学院微生物研究所和安徽智飞龙科马共同研发的新冠重组蛋白疫苗。

2021年元旦来临之前,国药生物北京公司的新冠灭活疫苗获批附条件上市,这也是中国首个获批上市的新冠肺炎疫苗。

专家介绍,所谓灭活疫苗,简单说就是先把病毒毒株分离出来,就像选“种子”似的,得选一个好“种子”;之后再进行繁殖培养,比如放大几十倍、几百倍等;然后再把这些活病毒杀死,使其失去感染性和复制力,但同时保留它刺激人体产生免疫应答的部分功能,最后经过纯化等工艺变成疫苗。

但灭活疫苗的缺点是免疫反应持续时间较短,需要多次接种。面对有效性的“短板”,我国新冠肺炎灭活疫苗的研发通过技术创新进行了优化。

“单是灭活这一项,国药集团中生生物在研发时就同时推动了四五种不同灭活剂的灭活效果研究。”国药集团中生生物董事长杨晓明曾公开表示,公司研发人员通过对时间、温度、剂量的控制进行了大量的工艺和工程上的创新,在分秒必争的情况下获得最优解,以提升新冠肺炎灭活疫苗的有效率。

动物模型——

再现疾病动态过程

疫苗和药物都要经过特殊的“病人”的检验,才能用到真正的病人身上。而实验室里研制的新冠“病人”就是动物模型。

国务院联防联控机制科研攻关组积极推动了动物模型的研发和应用,将其作为五个攻关方向之一,组织国内的优势单位,充分利用在非典、高致病性禽流感和中东呼吸综合征等历次研究中有基础的单位,第一时间建立了动物模型,为科学家认识疾病、病原体、传播途径、药物筛选、疫苗研发等发挥了重要的作用。

中国医学科学院已经建立了表达人病毒受体的人源化转基因小鼠模型,也建立了恒河猴模型,中国科学院也建立了恒河猴模型,这些最早成功并经过鉴定的动物模型,使我国率先突破了药物和疫苗从实验室走向临床的关键技术瓶颈,再现了疾病发生发展的动态过程,加深了我们对新冠病毒的认识。

据介绍,目前动物模型在三方面发挥了作用:明确病毒传播途径,用于药物的筛选,验证疫苗的有效性。

“毋庸置疑,这场与病毒的搏斗,让我们看到了科技带来的巨大勇气和希望。”专家表示。

来源:河北日报

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