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H7N9那些事
发布时间:2016-11-18   浏览:243  

导语:禽流感病毒在气温低时比较活跃,所以夏天禽流感比较少见,一到冬天气温降低,禽流感就又卷土重来了。

又是一年冬末,去年这个时候在全国肆虐的H7N9又挥之不散的如期而至。1月23日,北京确证第一例人感染H7N9的病例。上海、浙江、广东等地均发现多例禽流感病情。

“禽流感病毒在气温低时比较活跃,所以夏天禽流感比较少见,一到冬天气温降低,禽流感就又卷土重来了。”参与去年H7N9病毒鉴别的Life Technologies公司科学家徐艳辉向经济观察网记者解释。

“疾控中心每个人都在加班,大家对于病毒的传染性和毒性都不清楚,心里都非常紧张。虽然病毒已经经过灭活处理,但紧张还是难免的。”徐艳辉描述当时国家疾控中心的紧张气氛。

有了SARS教训,对于疫情防控特别重视,需要在短时间内查明病因并控制疫情。徐艳辉在接到通知后,第一时间带着Life最先进的测序检测平台Ion Torrent PGM赶到了国家疾控中心并安装好,这是目前全球最先进检测最快的半导体基因测序平台。由于国家疾控中心在昌平,交通不便加上疫情紧急,为了节省时间,大家在国家疾控中心加班加点的工作。

收集病毒样本

甲流病毒是一种RNA病毒,由8条核酸构成,其中决定病毒致病性的主要是HA和NA序列。HA是血凝素、NA是神经氨酸酶。HA主要是帮助病毒吸附到细胞上,NA是释放一种神经氨酸酶,让病毒毒素能够传递出去,这两种序列对于细胞的毒力作用最为关键。因此,在鉴别甲流时也是主要鉴别这两种序列,并以此命名。其中H有16种型别,N有9种型别。

国家疾控中心从H7N9高发的华东地区采集病毒样本,通过咽喉试纸的方法收集患者呼吸道中的病毒。在收集了病毒之后,为了得到更多的病毒样本,先要进行病毒增毒。疾控中心的科学家将病毒接种在9-11日的鸡胚中,35°C培养48-72小时,然后在P3实验室(生物安全防护三级实验室)对病毒进行灭活处理并提取核酸,整个实验室完全密封,室内处于负压状态,从而使实验室内部的气体不会跑到外面而造成污染,是用于病毒实验的最高防护级别。

解读病毒基因

在对病毒进行增毒后,然后就是提取病毒的DNA,然后利用PCR(聚合酶链式反应)的方法对病毒基因进行扩增,以鉴别病毒的基因到底是哪一种。PCR技术是二十世纪80年代末生命科学领域最重要的发明,他让人们获取基因,并进行一系列基因水平的超作成为了可能,成为现代生物学的基础手段,深刻影响着整个生物学领域,包括基因治疗、转基因、癌症治疗等一系列高新技术的发展。

关于PCR技术的发明,有着一个非常有意思的故事,1983年4月的一天,美国生物化学家Mullis在开车去乡下别墅时,被马路两边成排的路灯吸引,成排的路灯像极了DNA的双螺旋链上的碱基,由此他突发灵感想到了聚合酶链式反应(PCR),解决了长期困扰他的DNA模版不足的问题。他很快将这一想法进行实验研究,发明了PCR技术。PCR技术可以通过酶和温度的控制,在体外模拟体内环境,实现了DNA在体外的快速准确扩增,能将一段特定的DNA序列复制数千至数百万倍。这项划时代的技术极大的推动了生命科学研究的发展,使得基于微量DNA(例如可以仅是一根头发)提取的研究成为可能。

1991年,美国Invitrogen(Life Technologies公司的前身)推出的第一款DNA克隆试剂盒TA上市,这款产品可以让分子生物学家非常简便的利用PCR仪进行基因扩增,这款产品为Invitrogen带来了900万美元的收入。1999年,Invitrogen上市,市值超过4.81亿美元。

这家1987年由三位年轻人以10万美元起步在加州圣迭戈车库中创办的公司,十年后取得了巨大的成功,依据优秀的产品质量,Life公司的许多产品成为了整个行业的金标准,他与全球各国的生物企业以及卫生部门都有着很好的合作,卫生系统很多的检测产品都是Life推出的,这也是为什么H7N9爆发后,疾控中心选择与其合作的原因。80年代,从加州的车库了走出了一大批伟大的公司,他们共同的特点是用科技改变世界,苹果改变了我们的生活而Life正在改变我们的生命,虽然我们很少关注但确实在发生,转基因食品鉴定、流感检测、癌症治疗,以及去年上半年轰动全球的好莱坞影星安吉丽娜.茱莉切除乳腺事件,都与Life的技术有关。

Life公司和国家疾控中心的科学家们密切配合, 利用Life的PathAmp试剂盒将病毒样本的DNA提取出来,然后将病毒DNA打断成一个个测序所用的小片段,完成建库过程。这些属于样本前处理过程,在处理完成后。通过油包水技术(一种微处理技术),用珠子包裹上需要测序的病毒DNA,许多这样的小珠子上同时做PCR,最后将这些小珠子放置到测序仪的半导体芯片上进行测序。在第一天晚上9点左右,前期实验基本完成。然后就是让机器对样本进行过夜反应处理。第二天早上科学家们开始收集数据,在上午11点的时候,机器开始处理实验数据,下午3点就得到了实验的最终结果。在完成实验过程后,Life的生物信息科学家马上对实验数据进行分析解读。

首例H7N9感染人病例

经过大家两天时间的紧密配合,国家疾控中心得出了流感病毒的全序列。

比传统采用毛细管电泳测序的方法快了2天时间,这在疫情发生时是非常重要的。传统的毛细管技术一次只能测定一个样品,而在PGM半导体测序仪上是可以同时鉴定10-30个样品,这大大提高了检测效率,每个样本的成本也会更低。同时,PGM还能检测多种流感病毒造成的混合型感染,这样可以更好地指导临床用药。在一些不具备P3实验室的地方疾控中心,无需增毒,即可以在PGM上完成测序。

根据传统毛细管电泳和PGM半导体测序得出的结果,国家疾控中心确定此次甲流病毒为H7N9。国家疾控中心在世界顶极医学期刊《新英格兰杂志》(The New England Journal of Medicine)上发表一篇影响因子非常高的文章,报告了全球首例人感染H7N9的病例,引起了巨大轰动。之前H7N9只在水禽中发现,并未致人生病。去年底,江西又发现了同样能致人感染的H10N8疫情。据目前公布的消息显示,今年爆发的H7N9并没有发生新的变异。

基因检测走进生活

在德国大肠杆菌和H7N9病毒的检测中发挥巨大作用的半导体测序技术及其系列产品将离将很快惠及寻常百姓,正如当年的PC一样,配上专业化的软件,一个没有任何生物学背景的人在家里即可以对自己进行全基因组测序,成本可能只有数百美元。最近网上炒的火热的最强大脑“心算开根号14次方”事件,我们可以利用仪器很快的测出选手到底是否在智力基因上异于常人还是仅是一个网络炒作。

Life大中华区总裁 Gianluca 在与经济观察网记者谈到Ion Torrent测序技术时显得非常兴奋:“1990年启动的人类基因组计划(HGP)花费了30亿美元,耗时十余年绘制出了人类基因组图谱,Life为这个被誉为生命科学领域的 ‘登月计划’ 提供了测序设备。 今天,利用我们的Ion Torrent Proton测序仪, 全基因组测序只要花费千余美元,一天时间就可以完成。这样的改变难以想象。如果只是完成部分基因测序,成本甚至只需10美元或者100美元,这无疑是一场巨大的革命。”

Gianluca介绍,在过去的20年里,Life一直在引领着技术的进步,Life全球的研发人员有1500名,占全部1万名员工的15%,去年在研发上投入的费用超过3亿美元,占其总收入38亿美元的8%。在研发上的高投入,保证了Life产品的持续创新。

“我们收购了一批优秀的公司,将最好的技术整合起来,这让我们成为全球为数不多的几家能提供生命科学全方位解决方案的公司,而别的公司通常只掌握某种技术。Ion Torrent公司是Life在2010年收购的,我们坚信他们的技术是革命性的,所以我们斥资7.2亿美元买下了它。”

Life应用科学部孙筱清博士介绍, 基因决定着人体性状,基因突变会造成疾病,目前已知的所有癌症都与基因突变有关。现在目前癌症治疗的大多数手段之所以收效甚微,是因为在不确定患者到底是哪种基因突变的情况下,就采用相通的治疗方式,“每个人的基因不一样,对同种药物的反应可能完全不同,所以笼统治疗收效甚微,对医疗资源是一种很大的浪费。”而基于个人基因测序,根据不同人的基因特点选择不同的治疗方式,即个性化医疗则是未来医疗的发展方向。

“安吉丽娜.茱莉基于个人基因测序,发现家族带有乳腺癌易感基因,进而提前切除双侧乳腺的做法就是个性化医疗的最好案例,说明大家已经慢慢接受这种治未病的方式了。”

“未来随着造价的不断降低,应用软件的完善,半导体测序技术完全可以像电脑一样得到普及。它不仅可以探知致病基因,还可以检测你是否聪明这样的特征基因。”Life科学家王建新认为半导体测序技术可以让高端的生物技术走入每一个的生活,这终将是一场新的技术革命。


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