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武汉新型冠状病毒相关的科普介绍 精选

已有 12073 次阅读 2020-1-10 08:46 |个人分类:科普|系统分类:科研笔记

武汉新型冠状病毒相关的科普介绍

写在前面

日前,就武汉不明原因的病毒性肺炎疫情病原学鉴定进展问题,新华社记者采访了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。他表示,专家组认为,本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。本文将在这次访谈的基础上进行进一步的科普拓展。

问题一:目前,武汉不明原因的病毒性肺炎疫情病原学鉴定有什么进展?

  徐建国:截至2020年1月7日21时,实验室检出一种新型冠状病毒,获得该病毒的全基因组序列,经核酸检测方法共检出新型冠状病毒阳性结果15例,从1例阳性病人样本中分离出该病毒,电镜下呈现典型的冠状病毒形态。
专家组认为,本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。

本文拓展:发现和鉴定新病毒以及确定新病毒与疾病的关系是预防、诊断和治疗新发病毒性传染病的首要任务。传统意义上有很多用于发现新病毒的方法, 如病毒分离、核酸检验、血清学试验等,但它们都有一定的局限性。高通量测序技术突破了传统技术方法的局限,可以直接以标本中所有的遗传物质为研究对象,从而能够快速地鉴定出标本中存在的病毒。

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图1 基于鸟枪法的宏转录组测序流程示意图。

(A)样本收集 (B)样本的初步处理 (C)标本核酸的提取 (D)测序文库的构建 (E)高通量测序 (F)测序序列的信息分析

问题二:本次病原学鉴定是如何组织开展的?

徐建国:组织实验室采用基因组测序、核酸检测、病毒分离等方法对病人的肺泡灌洗液、咽拭子、血液等样本进行病原学检测。

本文拓展:基因组测序一般先将样本制成匀浆并进行过滤,取上清用于RNA提取;提取的RNA在进行去除DNA和核糖体RNA后,通过体外随机引物反转录进行建库;测序在二代或三代高通量测序平台进行。测序数据经过质量控制,去除宿主基因组序列后进行拼接,此次病原学鉴定应该同时使用了二代和三代测序平台,才能短时间内获得病毒的全基因组序列(本过程需要2~3天)。

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图2 三代测序技术在读长、准确性、时间、通量、花费方面的比较

获得病毒全基因组序列后,通过设计引物进行PCR反应,可以对样本的核酸进行检测,来确定样本中是否含有该病毒的核酸(本过程1~2天即可)。肺泡灌洗液、咽拭子、血液等宿主来源并包含病毒的物质称病料,病毒分离时,传代细胞系、原代细胞是常用的分离方法,动物接种、鸡胚接种必要时也可用于病毒分离。分离成功的病毒,首选细胞培养的方式进行扩增,动物、鸡胚和组织也可用于病毒扩增培养,培养后的纯病毒可用于鉴定、分型、感染特性和致病特性等研究(该过程时间一般较长,但由于有SARS的经验,顺利的话3~5天)。

问题三:确认病原需要哪些程序?

徐建国:确认引起某流行性疾病的病原,通常要满足以下几点:(1)可疑病原须在病人中均有发现,在病人临床样本中可检测到病原核酸;(2)从病人临床样本中可成功分离到病原;(3)分离的病原感染宿主动物后可引起相同的疾病症状。而病人恢复期血清中该病原的抗体滴度有4倍升高,可帮助确定病原。

从病人中发现病原的核酸、基因组和抗体证据,短期内可以完成。病原的分离和致病性鉴定等科学研究,则需要数周时间。针对一种新发病原体的特效药物和疫苗研发可能需要数年时间来完成。

本文拓展:该新型病毒的研究目前已经完成了病原的分离,致病性鉴定及特效药物及疫苗研发等工作才刚开展。

问题四:下一步还要开展哪些工作?

徐建国:专家组认为,本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,下一步需结合病原学研究、流行病学调查和临床表现进行专家研判。

本文拓展:冠状病毒为具有包膜的单股正链RNA病毒,在系统分类上属冠状病毒科冠状病毒属,可感染人、鼠、猪、猫、犬、禽类等脊椎动物,并引发胃肠道、呼吸道和神经系统疾病。从最早发现和报道第一种冠状病毒至今,已有超过七十年的历史,但由于过去该科中的大部分成员不引起人类的严重疾病,不具重要的公共卫生学意义,因此冠状病毒的研究一直未得到足够的重视。2003年急性呼吸道综合征(SARS)的发生和流行,对人类生命健康乃至整个公共卫生安全造成了重大损失和严重威胁,有证据显示蝙蝠是可能的储存宿主。因此,有关传染源的问题成了病毒学研究领域中的一个热点,同时也使得大家对冠状病毒的危害有了重新的认识。冠状病毒通过呼吸道分泌物排出体外,经口液、喷嚏、接触传染,并通过空气飞沫传播,感染高峰在秋冬和早春。病毒对热敏感,紫外线、来苏水、0.1%过氧乙酸及1%克辽林等都可在短时间内将病毒杀死。

国际病毒学分类委员会报告将冠状病毒科分为四个属即α、β、γ和δ属。人冠状病毒229E、人冠状病毒NL63属于α属,人冠状病毒OC43、人冠状病毒HKU1、严重急性呼吸综合征(SARS)属于β属。一般通过全基因组序列的多重比对后构建系统进化树,可以确定分类。该新型冠状病毒属于哪一种,目前暂无报道。

问题五:什么是冠状病毒?

徐建国:冠状病毒是一类主要引起呼吸道、肠道疾病的病原体。这类病毒颗粒的表面有许多规则排列的突起,整个病毒颗粒就像一顶帝王的皇冠,因此得名“冠状病毒”。冠状病毒除人类以外,还可感染猪、牛、猫、犬、貂、骆驼、蝙蝠、老鼠、刺猬等多种哺乳动物以及多种鸟类。目前为止,已知的人类冠状病毒共有六种。其中四种冠状病毒在人群中较为常见,致病性较低,一般仅引起类似普通感冒的轻微呼吸道症状。另外两种冠状病毒——严重急性呼吸综合征冠状病毒和中东呼吸综合征冠状病毒,也就是我们简称的SARS冠状病毒和MERS冠状病毒,可引起严重的呼吸系统疾病。引起此次疫情的新型冠状病毒不同于已发现的人类冠状病毒,对该病毒的深入了解需要进一步科学研究。

本文拓展:冠状病毒全基因组通常含有7个开放阅读框,每相邻两基因之间存在间隔序列,5’端为非编码区帽子结构,3’端为多聚腺苷酸非编码区;从5’端起约占据全基因组的三分之二的ORF1(包含ORF1a和1b)也称为复制酶基因,负责编码16个以上与病毒复制相关的非结构蛋白;靠近3’端的4个开放阅读框,依次编码S蛋白(spike protein)、E蛋白(envelope protein)、M蛋白(membrane protein)和N蛋白(nucleoprotein);S基因与M基因之间还含有一个非结构蛋白NS3。冠状病毒通过棘突蛋白(S)受体结合区的基因重组或突变可以实现其从野生动物到人类的宿主范围“跳跃”并导致高死亡率的疾病,如严重急性呼吸道综合征(SARS)与中东呼吸系统综合症(MERS)。虽然SARS-CoV和MERS-CoV均来源于蝙蝠,但并不是直接感染人类,而是通过中间宿主实现其跨物种传播。

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图3 冠状病毒基因组结构示意图

根据目前公开信息和数据,目前仍是处于“散发”状态。“散发”即零散发生,并非流行状态。当年SARS疫情,从首例发病的2002年11月16日,到次年1月底出现第一个“超级传播者”,大约经历了两个半月。不同病毒的演变路径不同,也很难预估此次武汉肺炎病毒会否或何时会出现“超级传播者”。本次病毒发源于海鲜市场,我们可以假设一种可能的传播路径是:水禽 — 鱼虾等 — 人。

撰文:李杰 常熟理工学院生物与食品工程学院

责编:刘永鑫 中科院遗传发育所

Reference

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  5. http://www.xinhuanet.com//2020-01/09/c_1125438971.htm

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