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哥大CII如何通過分子手段診斷病原體,應對全球傳染病?

2020-02-10 10:36
動脈網
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2020年春節,因突如其來的新型冠狀病毒肺炎而變得寂寥冷清,沒有了往年的走親串戶,也少了許多團圓的盛宴,各方力量紛紛加入到這場抗疫大戰中。

傳染病史是與生物的出現及進化史同在,占據了從史前到現代人類疾病的大半江山,其可怕之處便在于病毒傳播速率極快,人們感染病情急重,在無醫療控制條件下,能夠迅速波及大片區域甚至全球。同時,隨著全球化的發展,疾病的傳播也變得越來越快,感染范圍越來越廣。

正因如此,一場新型傳染病的爆發絕非一國之憂,此次武漢肺炎疫情發生后便得到了全球眾多醫療專業人士的關注,在國際流行病學領域有著“病毒獵手”之稱的美國哥倫比亞大學教授伊恩·利普金(Walter Ian Lipkin)就是其中之一。

利普京教授是全球首個使用分子手段診斷病原體的科學家,有著超過30年的診斷、微生物發現和疫情應對的經驗。在他看來,“科學無國界,尤其在全球化時代,積極應對、預防各類傳染病威脅是各國科學家的共同使命。”

此般理念之下,利普京教授在過往數十年間一直置身于世界疫情爆發的最前線,包括1999年的紐約西尼羅病毒疫情、2003年的中國SARS疫情、2012年至2016年的中東MERS疫情、2016年的美國寨卡疫情以及2017年的印度腦炎疫情。

除抗疫一線科學家外,利普京教授還有另一重身份,那就是美國哥倫比亞大學感染與免疫研究中心(the Center for Infection and Immunity,以下簡稱“哥大CII”)主任。該研究中心隸屬于哥倫比亞大學密爾曼公共衛生學院,是世界知名的生物防御和新發傳染病研究中心,也是全球唯一一家學術性質的世界衛生組織診斷研究中心。

自2001年成立以來,哥大CII便一直致力于全球公共衛生健康研究,率先使用分子遺傳手段來發現新微生物,從而迅速確定傳染性病原體。同時,該研究中心還制定了四大綜合性措施,以防御全球性瘟疫的爆發。

新型傳染病疫情應對

應對傳染病爆發至關重要的一點就是要在疾病監測和爆發管理方面采取規范化方案。為此,哥大CII在超過40個國家及地區開展了醫療合作項目,并持續推進移動診斷實驗室的開發,以構建具有凝聚力的全球公共衛生系統網絡,對新出現的傳染病威脅做出即時響應。

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移動診斷(來源:哥大CII官方網站)

在此情況下,哥大CII組織內部的傳染病專業研究人員在過往多起傳染病疫情爆發應對策略的制定方面發揮了不小的作用。1999年,該機構首先確定了西尼羅河病毒是當年紐約市腦膜炎爆發的原因;2003年,該機構首次推出嚴重急性呼吸綜合癥(SARS)的敏感診斷試驗;2012年,該機構成為了協助確定中東呼吸綜合癥(MERS)來源的唯一學術中心。

病原體識別和診斷

若要實現應對和管理潛在的傳染病威脅,重點之一便是具備快速識別疾病病原體的能力,而這恰巧就是哥大CII的專長所在。該研究中心擁有全球領先的分子微生物學設施,并率先通過使用分子遺傳手段來發現新微生物,從而得以迅速確定傳染性病原體。

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病原體識別和診斷(來源:哥大CII官方網站)

據了解,醫療人員在確定病原體時通常會使用一項稱為聚合脢連鎖反應(PCR)的技術,將零散的DNA“放大”到足夠大的樣本以供研究,但前提是醫務人員需要憑借經驗來確定自己要找何種類型的病原體。而基于第二代測序原理,哥大CII先后發明了無需依靠經驗猜測的兩款新型診斷和監測平臺——VirCapSeq-VERT和BacCapSeq。

官方資料顯示,VirCapSeq-VERT平臺能夠通過少許唾液、組織或脊髓液檢測中包含其中的所有病毒,而且可以同時分析21組樣本,并在48小時內得到結果。同時,該技術也能找出新型或突變的病毒,只要40%的基因符合已知病毒的基因即可。

BacCapSeq平臺則含有420萬個遺傳探針,每個探針都能結合特異的序列以檢測所有307種致病菌的特征DNA,以及抗生素耐藥性和毒性的生物標志物。據《mBio》期刊介紹,該平臺是世界上首個可以同時篩查所有已知的人類致病菌,及其毒性和抗生素耐藥性標志物的診斷平臺。

利普京教授曾在受訪中表示:“全球每年有近300萬人死于急性下呼吸道感染等傳染性疾病,兒童和老年人尤為突出。而禽流感、MERS和SARS等新型病毒的爆發,以及麻疹等疫苗可預防病毒的周期性爆發,對全球健康安全造成極大的威脅。新平臺的推出將成為識別病毒和遏制疫情的重要工具。"

同時,基于全球公共衛生系統網絡的搭建,哥大CII研究人員每年從世界各地收集逾4萬個生物樣本,利用先進的病毒檢測方法來篩查病原體威脅,并建立用于疾病機理研究的動物模型。發展至今,該機構已研究發現蜱傳細菌和病毒在人類疾病中的影響,進一步證實了中東MERS病毒起源于蝙蝠的理論,以及發現在世界范圍內蝙蝠都是大量冠狀病毒的主要攜帶體。

人畜共患疾病監測

據世界衛生組織定義,傳染病是由細菌、病毒、寄生蟲或真菌等在內的致病微生物所引起,疾病可直接或間接地在人與人之間傳播。而人畜共患疾病是動物的傳染病,在傳播給人類時也可引起疾病。

據悉,人類的新型傳染病中有超過七成都被認為可能源自于動物,尤其是野生動物。自從出現西尼羅河病毒、SARS和H1N1(豬流感)以來,公眾則更加意識到人畜共患疾病和動物傳染病所構成的潛在威脅。

對此,哥大CII研究人員領導部署了野外實驗室項目,重點監視野生動植物和家畜中的病毒,以了解和初步預測疾病是在哪個時間點、通過哪種途徑,從一種物種轉移到另一種物種上。同時,科學家們還將對動物棲息地的變化進行調查,以了解病毒的進化和發現新型病原體。

全球研究和培訓項目

創新傳染病研究離不開人才的持續培養和全球的資源協作。哥大CII目前已在19個國家培養了逾30位傳染病發現及診斷的研究人員,并與中國、孟加拉及沙特等國合作建立了聯合實驗室,對已發現的病原體進行監視,識別新型傳染性微生物,建立新診斷平臺,以及進行藥物和疫苗的開發。

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專業研究人員的培養(來源:哥大CII官方網站)

此次武漢疫情爆發后,利普京教授時隔17年再次來到中國,帶領哥大CII的紐約團隊共同研制新型冠狀病毒肺炎的測試試劑。他在受訪時談到:“此次疫情與非典肺炎相比,致死率較低,但傳播力較強,傳染速度和擴散面積超過后者,原因尚不清楚。現在可能低估了感染人數,高估了致死率。因為患者沒有癥狀也可以傳染,存在隱形感染者。”

紐約團隊成員之一、病毒學家和分子生物學家米什拉博士(Nischay Mishra)近日對紐約當地媒體Gathomist也表示,盡管世界衛生組織報告指出此次新型病毒最主要的傳播渠道是有癥狀的患者,但在中國及其它國家都出現了無癥狀個體傳播的案例,因此從這類沒有癥狀的患者中檢測出病毒成為了遏制病毒持續蔓延的關鍵。

米什拉博士還透露道,團隊目前正與身在中國的利普京教授時刻連線,爭取在未來幾周內開發出一種檢測試劑,不僅能夠確診武漢肺炎患者的新型病毒,還可以識別和區分其它類型的流感病毒。若試驗順利的話,試劑在30到45天之內就可以在中國投入使用。

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