非洲猪瘟肆虐,全球研究人员正在竞相研制猪瘟疫苗,但猪疫苗的研制首先需要明确猪瘟病毒的结构。中国科研人员日前发表《科学》论文,率先解析了该病毒的三维结构,领先全球,并为猪瘟疫苗的开发奠定坚实基础。

  “非洲猪瘟有上百年历史,但是人们对它的了解非常肤浅,甚至不知道病毒长什么样?有多少种蛋白?此次科学研究首次揭开了猪瘟病毒的面纱,报道了猪瘟病毒有5层的结构,鉴定出多种结构蛋白,并提出可能的组装机制,这能让更多的病毒学家和免疫学家共同努力,对后续疫苗的研制有指导作用。”中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员对第一财经记者表示。

  人类解析的最大病毒颗粒

  10月17日,中国科学院生物物理研究所饶子和、王祥喜团队和哈尔滨兽医研究所歩志高团队合作在国际学术期刊《科学》(《Science》)上发表了题为《Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viral assembly(非洲猪瘟病毒结构及装配机制)》的学术论文,该研究成功分离出国内正在爆发的非洲猪瘟病毒流行株。

  近百年来,非洲猪瘟病毒首次进入我国,在我国科学家的共同努力下,首战告捷,解析了非洲猪瘟病毒精细结构,这是基础研究领域的重大研究成果,也是饶子和院士领导的研究团队继2003年SARS后,又一次在关键时刻为国家疾病防控贡献知识力量,更是基础研究面向国家重大战略需求的一个成功的范例。

  应国家之所需,饶子和、王祥喜团队和歩志高团队联合上海科技大学、清华大学、微生物所、武汉病毒所、南开大学等单位,于2018年12月开始对非洲猪瘟病毒颗粒和相关抗原分子从基础科研到临床检测以及高效疫苗多方面的联合攻关研究。

  由于该病毒的尺度巨大,数据收集是一个特别巨大的挑战,上海科技大学的生物冷冻电镜平台予以该项目巨大的支撑。上科大在冷冻电镜平台机时特别紧张的情况下,为该项目放行,对研究数据的采集提供了极大的支持。

  中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员向第一财经记者介绍称,该项目的数据收集累计使用机时达到50-60机时,获得了20-30 T的海量数据,并采用单颗粒三维重构的方法首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构,阐明了非洲猪瘟病毒独有的5层(外膜、衣壳、双层内膜、核心壳层和基因组)结构特征。

  上科大刘志杰教授对第一财经记者表示:“非洲猪瘟病毒是目前人类解析过的近原子分辨率结构的最大病毒颗粒。”据了解,病毒颗粒包含3万余个蛋白亚基,组装成直径约为260纳米的球形颗粒。刘志杰告诉第一财经记者,该项目的特殊性在于,由于猪瘟病毒颗粒大,需要耗费大量时间收集海量数据,而冷冻电镜的机时又是特别宝贵的。“考虑到这项工程对于民生具有密不可分的关系,上科大毫不犹豫地贡献出宝贵的机时。”刘志杰对第一财经记者表示。

  “猪瘟病毒的研究主要面临两方面的挑战。首先是因为病毒很复杂,不管在病毒学和结构生物学上都面临瓶颈,要把病毒完全的纯化出来,收集颗粒,优化算法,技术方面的挑战很大。”王祥喜告诉第一财经记者,“其次是这个病毒对生物安全要求极其高,需要P3以上的实验室才能操作,对研究环境条件比较苛刻,有些国家如果没有爆发疫情,是无法引进该病毒的,就做不了,比如埃博拉病毒也是一样的。”

  为猪瘟疫苗研制奠定基础

  该研究新鉴定出非洲猪瘟病毒多种结构蛋白,搭建了主要衣壳蛋白p72等原子模型,揭示了非洲猪瘟病毒多种潜在的保护性抗原和关键抗原表位信息,阐述了结构蛋白复杂的排列方式和相互作用模式,提出了非洲猪瘟病毒可能的组装机制,为揭示非洲猪瘟病毒入侵宿主细胞以及逃避和对抗宿主抗病毒免疫的机制提供了重要线索,为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。

  据第一财经记者了解,农业部下属农科院正在积极进行疫苗研制方面的工作。今年8月,我国宣布了针对非洲猪瘟疫苗研制工作的最新进展,一株双基因缺失弱毒活疫苗已完成实验室安全评估与有效实验,突破了规模化生产技术瓶颈,近期已向农业农村部提出了生物安全评价申请,并即将进入临床试验阶段。

  非洲猪瘟病毒是一类古老的病毒,早在1921年在非洲肯尼亚首次发现,至今有约100年的历史。近百年来,非洲猪瘟病毒从非洲传播至欧洲、南美洲、亚洲等多个国家。所有品种和年龄的猪均可感染,发病率和死亡率高可达100%。世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病,我国也将其列为一类动物疫病。

  近一年来,非洲猪瘟病毒传播速度明显加快,呈现愈演愈烈趋势,据国际动物健康组织通报数据显示,2019年1月至2019年10月期间,曾爆发或者正在爆发非洲猪瘟疫情的国家有26个,包含13个欧洲国家、10个亚洲国家和3个非洲国家,其中亚洲几个国家的疫情尤为严重。

  2018年8月3日农业农村部新闻办公室通报我国首例非洲猪瘟疫情,随后病毒很快传播到全国大部分地区,已经造成超过千亿人民币的经济损失。目前紧迫需要研发有效的疫苗和防疫手段,用于控制及预防非洲猪瘟疫情。

  我国是全世界最大的猪肉生产和消费国,生猪产业在国民经济发展和人民群众生活中具有不可替代的重要作用,做好非洲猪瘟病毒的基础研究,做好非洲猪瘟的防控工作是我国传染病相关领域科学家的一份责任与义务。

  全球企业和相关机构也都在努力攻克非洲猪瘟。为提升生猪养殖场的管理水平,避免猪瘟进一步蔓延扩散,全球最大的猪疫苗厂商勃林格殷格翰近期上线了一款非洲猪瘟管理小程序ASF COMBAT。养猪场可以通过这个小程序更好地评估和检测猪场的生物安全水平,检查生物安全措施。

  勃林格殷格翰大中华区总裁高齐飞(Felix Gutsche)日前在上海接受第一财经记者专访时表示:“我们一直在帮助国内的研究机构,利用勃林格殷格翰的全球网络,把国内的研究机构跟世界上其他国家的研究机构联系在一起,让全球该领域的科学家可以协同工作,共同探索对抗非洲猪瘟的解决方案。”