我國科學(xué)家全球首次解析非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)為疫苗研發(fā)提供重要依據(jù)

中國科學(xué)院生物物理研究所饒子和、 王祥喜團(tuán)隊和哈爾濱獸醫(yī)研究所歩志高團(tuán)隊聯(lián)合上海科技大學(xué)、清華大學(xué)等單位，針對非洲豬瘟病毒顆粒和相關(guān)抗原分子， 去年12月開啟從基礎(chǔ)科研到高效疫苗多方面聯(lián)合攻關(guān)研究。 10 月17 日，研究成果 “非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及裝配機(jī)制” 在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 《科學(xué)》（Science）上在線發(fā)表。

今年疫情波及三大洲

非洲豬瘟是一種由非洲豬瘟病毒（ASFV）引起的急性、熱性、接觸性動物疫病， 所有品種和年齡的豬均可感染， 發(fā)病率和病死率達(dá)100%。 該病毒耐酸不耐堿、耐冷不耐熱， 世界動物衛(wèi)生組織將其列為法定報告動物疫病， 我國將其列為一類動物疫病。 由于非洲豬瘟病毒基因類型多，免疫逃逸機(jī)制復(fù)雜，可逃避宿主免疫細(xì)胞的清除， 目前國內(nèi)外均缺乏有效疫苗。

自1921 年在非洲肯尼亞首次發(fā)現(xiàn)至今，該病毒已有近百年歷史，從非洲傳播至歐洲、南美洲、亞洲。近一年來，傳播速度明顯加快，國際動物健康組織通報數(shù)據(jù)顯示，今年1月至10 月，曾暴發(fā)或正在暴發(fā)疫情的國家和地區(qū)有26 個，其中歐洲13個、亞洲10 個、非洲3 個，亞洲的疫情尤為嚴(yán)重。 需要指出的是，非洲豬瘟不是人畜共患病，不會感染人。

團(tuán)隊“泡”在上海近五個月

冷凍電子顯微成像技術(shù)是解析亞細(xì)胞和生物大分子高分辨三維結(jié)構(gòu)的有力手段。 從今年2 月4 日除夕開始， 饒子和院士及其團(tuán)隊就“泡”在了上海科技大學(xué)。 “在生物冷凍電鏡機(jī)時特別緊張的情況下，上科大為我們大開綠燈， 團(tuán)隊得以在生物電鏡中心連續(xù)開展了近5 個月高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集， 累計獲得了7萬余張合計超過100TB 的高質(zhì)量顯微照片， 完整病毒顆粒接近6.5 萬顆。 ”饒子和表示。

上海科技大學(xué)生物電鏡中心300kV 場發(fā)射透射電子顯微鏡

據(jù)介紹， 生物電鏡中心是該校重大基礎(chǔ)科學(xué)平臺設(shè)施之一， 具有較為全面的冷凍電鏡數(shù)據(jù)圖像采集、存儲和高性能計算處理系統(tǒng)，目前已經(jīng)形成為科研團(tuán)隊提供完備的電子顯微成像技術(shù)支撐和服務(wù)能力， 在非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)解析這一重大成果的獲得中發(fā)揮了不可替代的作用。

功夫不負(fù)有心人， 研究團(tuán)隊首次在冷凍電鏡下得到了高分辨率的非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)。 這是一種正二十面體的巨大病毒，由基因組、核心殼層、雙層內(nèi)膜、衣殼和外膜組成，病毒顆粒包含3 萬余個蛋白亞基，組裝成直徑約260 納米的球形顆粒， 這也是目前解析近原子分辨率結(jié)構(gòu)的最大病毒顆粒。

病毒結(jié)構(gòu)有點像套娃

非洲豬瘟病毒的結(jié)構(gòu)有點像俄羅斯套娃， 外層衣殼保護(hù)著內(nèi)層蛋白和核酸結(jié)構(gòu)。 該病毒形態(tài)遠(yuǎn)大于一般病毒， 這也為科研人員的結(jié)構(gòu)觀測增添了不少難度——每張照片只能容下1 個完整病毒顆粒， 需要通過精挑細(xì)選才能獲得理想的電鏡圖片。上海科技大學(xué)iHuman 研究所所長劉志杰補(bǔ)充說，由于體積過大，病毒柔性也大， 因此團(tuán)隊只能采用非常規(guī)單顆粒三維重構(gòu)的方法。 “饒院士團(tuán)隊還升級了結(jié)構(gòu)解析程序軟件， 以適應(yīng)解析該病毒的特殊需求。 ”

該研究新鑒定出非洲豬瘟病毒多種結(jié)構(gòu)蛋白， 搭建了主要衣殼蛋白p72 等原子模型， 揭示了非洲豬瘟病毒多種潛在的保護(hù)性抗原和關(guān)鍵抗原表位信息， 闡述了結(jié)構(gòu)蛋白復(fù)雜的排列方式和相互作用模式，提出了非洲豬瘟病毒可能的組裝機(jī)制， 為揭示非洲豬瘟病毒入侵宿主細(xì)胞以及逃避和對抗宿主抗病毒免疫的機(jī)制提供了重要線索， 也為開發(fā)效果佳、 安全性高的新型非洲豬瘟疫苗奠定了堅實基礎(chǔ)。

觀全貌告別“盲人摸象”

“這是國際上首次解析非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)， 對國家經(jīng)濟(jì)安全意義重大。 ”劉志杰評價，“以前對非洲豬瘟病毒的了解，更像是‘盲人摸象’。 如今‘看到’了病毒全貌，修正了此前的部分錯誤判斷， 之后的疫苗研發(fā)可以更有針對性。 ”

饒子和院士多年來一直聚焦新發(fā)再發(fā)重大傳染病相關(guān)的病毒和細(xì)菌方面的研究并取得了多項重要研究成果。 他的團(tuán)隊曾于2003 年在國際上率先攻克SARS 病毒中的關(guān)鍵蛋白結(jié)構(gòu)， 為我國成功控制SARS疫情做出了重要貢獻(xiàn)。 在他看來，生豬產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活中具有不可替代的作用， 做好非洲豬瘟病毒的基礎(chǔ)研究和防控工作， 是我國傳染病相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家的責(zé)任與義務(wù)。