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哥大CII如何通過分子手段診斷病原體,應(yīng)對全球傳染?

2020年春節(jié),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(zhàn)中。

傳染病史是與生物的出現(xiàn)及進化史同在,占據(jù)了從史前到現(xiàn)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(yī)療控制條件下,能夠迅速波及大片區(qū)域甚至全球。同時,隨著全球化的發(fā)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(fā)絕非一國之憂,此次武漢肺炎疫情發(fā)生后便得到了全球眾多醫(yī)療專業(yè)人士的關(guān)注,在國際流行病學(xué)領(lǐng)域有著“病毒獵手”之稱的美國哥倫比亞大學(xué)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(xué)家,有著超過30年的診斷、微生物發(fā)現(xiàn)和疫情應(yīng)對的經(jīng)驗。在他看來,“科學(xué)無國界,尤其在全球化時代,積極應(yīng)對、預(yù)防各類傳染病威脅是各國科學(xué)家的共同使命!

此般理念之下,利普京教授在過往數(shù)十年間一直置身于世界疫情爆發(fā)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(xué)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(xué)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(xué)密爾曼公共衛(wèi)生學(xué)院,是世界知名的生物防御和新發(fā)傳染病研究中心,也是全球唯一一家學(xué)術(shù)性質(zhì)的世界衛(wèi)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(wèi)生健康研究,率先使用分子遺傳手段來發(fā)現(xiàn)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(fā)。

新型傳染病疫情應(yīng)對

應(yīng)對傳染病爆發(fā)至關(guān)重要的一點就是要在疾病監(jiān)測和爆發(fā)管理方面采取規(guī)范化方案。為此,哥大CII在超過40個國家及地區(qū)開展了醫(yī)療合作項目,并持續(xù)推進移動診斷實驗室的開發(fā),以構(gòu)建具有凝聚力的全球公共衛(wèi)生系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),對新出現(xiàn)的傳染病威脅做出即時響應(yīng)。

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移動診斷(來源:哥大CII官方網(wǎng)站)

在此情況下,哥大CII組織內(nèi)部的傳染病專業(yè)研究人員在過往多起傳染病疫情爆發(fā)應(yīng)對策略的制定方面發(fā)揮了不小的作用。1999年,該機構(gòu)首先確定了西尼羅河病毒是當年紐約市腦膜炎爆發(fā)的原因;2003年,該機構(gòu)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(gòu)成為了協(xié)助確定中東呼吸綜合癥(MERS)來源的唯一學(xué)術(shù)中心。

病原體識別和診斷

若要實現(xiàn)應(yīng)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(lǐng)先的分子微生物學(xué)設(shè)施,并率先通過使用分子遺傳手段來發(fā)現(xiàn)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(wǎng)站)

據(jù)了解,醫(yī)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(yīng)(PCR)的技術(shù),將零散的DNA“放大”到足夠大的樣本以供研究,但前提是醫(yī)務(wù)人員需要憑借經(jīng)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(fā)明了無需依靠經(jīng)驗猜測的兩款新型診斷和監(jiān)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(nèi)得到結(jié)果。同時,該技術(shù)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(jié)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(jù)《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(fā),以及麻疹等疫苗可預(yù)防病毒的周期性爆發(fā),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(wèi)生系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(fā)展至今,該機構(gòu)已研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)蝙蝠都是大量冠狀病毒的主要攜帶體。

人畜共患疾病監(jiān)測

據(jù)世界衛(wèi)生組織定義,傳染病是由細菌、病毒、寄生蟲或真菌等在內(nèi)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(jù)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(xiàn)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(gòu)成的潛在威脅。

對此,哥大CII研究人員領(lǐng)導(dǎo)部署了野外實驗室項目,重點監(jiān)視野生動植物和家畜中的病毒,以了解和初步預(yù)測疾病是在哪個時間點、通過哪種途徑,從一種物種轉(zhuǎn)移到另一種物種上。同時,科學(xué)家們還將對動物棲息地的變化進行調(diào)查,以了解病毒的進化和發(fā)現(xiàn)新型病原體。

全球研究和培訓(xùn)項目

創(chuàng)新傳染病研究離不開人才的持續(xù)培養(yǎng)和全球的資源協(xié)作。哥大CII目前已在19個國家培養(yǎng)了逾30位傳染病發(fā)現(xiàn)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(lián)合實驗室,對已發(fā)現(xiàn)的病原體進行監(jiān)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(fā)。

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專業(yè)研究人員的培養(yǎng)(來源:哥大CII官方網(wǎng)站)

此次武漢疫情爆發(fā)后,利普京教授時隔17年再次來到中國,帶領(lǐng)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,F(xiàn)在可能低估了感染人數(shù),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(xué)家和分子生物學(xué)家米什拉博士(Nischay Mishra)近日對紐約當?shù)孛襟wGathomist也表示,盡管世界衛(wèi)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(xiàn)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(xù)蔓延的關(guān)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(nèi)開發(fā)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(qū)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(nèi)就可以在中國投入使用。

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