病毒學(xué)標(biāo)志性成果！中國(guó)科學(xué)家揭開(kāi)非洲豬瘟病毒的神秘面紗
?非洲豬瘟病毒主要衣殼蛋白p72的三維結(jié)構(gòu)
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對(duì)吃肉群眾來(lái)說(shuō)，“非洲豬瘟”是一種熟悉又陌生的病毒。說(shuō)它熟悉，因?yàn)榻荒陙?lái)，我們經(jīng)常能在各種“吃不起豬肉”的報(bào)道上見(jiàn)到它；說(shuō)它陌生，是因?yàn)槿藗儗?duì)它的了解依然很少，因此防控也就成了一大難題，截至目前，包括中國(guó)在內(nèi)的全世界各國(guó)還沒(méi)有一個(gè)批準(zhǔn)上市銷售使用的非洲豬瘟疫苗。
現(xiàn)在，科學(xué)家終于知道這個(gè)家伙長(zhǎng)啥樣了！中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所饒子和/王祥喜團(tuán)隊(duì)和哈爾濱獸醫(yī)研究所步志高團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上?？萍即髮W(xué)、清華大學(xué)、微生物所、武漢病毒所、南開(kāi)大學(xué)等單位聯(lián)合攻關(guān)研究，在不到1年的時(shí)間里解析了非洲豬瘟病毒精細(xì)結(jié)構(gòu)，為開(kāi)發(fā)效果佳、安全性高的新型疫苗奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。10月18日凌晨（北京時(shí)間），相關(guān)論文在《Science》上發(fā)表。
? 新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)（圖片來(lái)源：張文韜攝制）
非洲豬瘟為啥是世界性難題？
非洲豬瘟是家豬和野豬中發(fā)生的一種急性、熱性、高度接觸性動(dòng)物傳染病，所有品種和年齡的豬均可感染，發(fā)病率和死亡率高可達(dá)100%，自1921年在肯尼亞被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，迄今已成為全球性的豬養(yǎng)殖防治難題。世界動(dòng)物衛(wèi)生組織將其列為法定報(bào)告動(dòng)物疫病，我國(guó)也將其列為一類動(dòng)物疫病。
?2010年8月26日，俄羅斯羅斯托夫地區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)將患有非洲豬瘟的病豬屠宰后進(jìn)行焚燒。總計(jì)大約1.45萬(wàn)頭疫豬被宰殺。（圖片來(lái)源：騰訊大秦網(wǎng)）
1.它有近百年流行史，難以控制。非洲豬瘟病毒（African swine fever virus，簡(jiǎn)稱ASFV）從非洲傳播至歐洲、南美洲、亞洲等多個(gè)國(guó)家。
2.近一年來(lái)，非洲豬瘟病毒傳播速度明顯加快。據(jù)國(guó)際動(dòng)物健康組織通報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2019年1月至2019年10月期間，曾爆發(fā)或者正在爆發(fā)非洲豬瘟疫情的國(guó)家有26個(gè)，包含13個(gè)歐洲國(guó)家、10個(gè)亞洲國(guó)家和3個(gè)非洲國(guó)家，其中亞洲幾個(gè)國(guó)家的疫情尤為嚴(yán)重。
3.病毒的傳播能力和感染能力很強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在常溫下可以存活4個(gè)月。還有獨(dú)特的宿主和生態(tài)循環(huán)：野豬——軟蜱——家豬。加大了防空的難度。
4.科學(xué)家對(duì)非洲豬瘟病毒的了解非常匱乏，可以說(shuō)還處于混沌的狀態(tài)：病毒與蛋白結(jié)構(gòu)不明，病毒的生命周期未知，機(jī)體免疫應(yīng)答機(jī)制不清，共進(jìn)化規(guī)律未解，
知己知彼，百戰(zhàn)不殆，要想徹底解決這個(gè)世界性的大難題，就需要對(duì)非洲豬瘟病毒有更深入的了解，首先要知道病毒長(zhǎng)什么樣。
解析目前最大病毒顆粒的結(jié)構(gòu)
解析非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)，科學(xué)家采用的是冷凍電鏡重構(gòu)方法，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是“冷凍分子樣品——電鏡二維成像——軟件三維重構(gòu)”。
但是這項(xiàng)工作的難度在于，非洲豬瘟病毒實(shí)在是太大了……
?2013年以來(lái)研究團(tuán)隊(duì)解析了四類三十余種全病毒原子分辨率的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)比較中可以看到非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個(gè)十分巨大、復(fù)雜的病原體（圖片來(lái)源：研究團(tuán)隊(duì)）
由于病毒顆粒大，研究團(tuán)隊(duì)需要克服三個(gè)難題：在病毒純化時(shí)，病毒太大容易產(chǎn)生形變；數(shù)據(jù)收集是一個(gè)特別巨大的挑戰(zhàn)，每次鏡頭只能容下1到2個(gè)完整病毒顆粒，需要通過(guò)精挑細(xì)選才能獲得理想的電鏡圖片；三維重建時(shí)需要優(yōu)化算法，逐級(jí)放大。
經(jīng)過(guò)聯(lián)合攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)成功分離出了國(guó)內(nèi)正在爆發(fā)的非洲豬瘟病毒流行株，在電鏡平臺(tái)上連續(xù)進(jìn)行了四個(gè)月高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集，獲得了超過(guò)100T的海量數(shù)據(jù)，采用單顆粒三維重構(gòu)的方法首次解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結(jié)構(gòu)，闡明了非洲豬瘟病毒獨(dú)有的5層結(jié)構(gòu)特征，病毒顆粒包含3萬(wàn)余個(gè)蛋白亞基，組裝成直徑約為260納米的球形顆粒，是目前解析近原子分辨率結(jié)構(gòu)的最大病毒顆粒。病毒的結(jié)構(gòu)達(dá)到了8.8 ?（長(zhǎng)度單位：埃，1^10-10 m）的整體分辨率，其中點(diǎn)分辨率為0.1 ?，邊分辨率為4.7 ?，面分辨率為4.8 ?。
非洲豬瘟病毒的真面目
ASFV是一種多層包被結(jié)構(gòu)，具雙鏈DNA的大型正二十面體病毒，直徑約260 納米， 有獨(dú)特的5層（外膜、衣殼、雙層內(nèi)膜、核心殼層和基因組）結(jié)構(gòu)特征。其結(jié)構(gòu)之精巧，正像是一個(gè)“俄羅斯套娃”，即像俄羅斯套娃一樣層層嵌套，外層衣殼保護(hù)著內(nèi)層蛋白和核酸結(jié)構(gòu)。
?非洲豬瘟病毒多層結(jié)構(gòu)信息（圖片來(lái)源：研究團(tuán)隊(duì)）
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。
比如：p72蛋白三聚體是代表性的表面蛋白之一，也是主要的保護(hù)性抗原位點(diǎn)，它由四個(gè)蛋白亞基ER1-ER4組成，這可能作為未來(lái)疫苗的開(kāi)發(fā)靶點(diǎn)。p72的四個(gè)亞基在病毒表面的排列方式有所不同，具體有頭對(duì)頭、頭對(duì)尾、尾對(duì)尾三種結(jié)合方式，以適應(yīng)不同條件下的需求。
研究還闡述了結(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，正如王祥喜研究員所說(shuō)：“解析了病毒結(jié)構(gòu)，不是對(duì)這個(gè)病毒認(rèn)識(shí)的結(jié)束，而是有了一個(gè)新的開(kāi)始?！?/p>
?p72、p17和M1249L等蛋白組裝成完整的病毒（圖片來(lái)源：https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/16/science.aaz1439.full）
抗擊非洲豬瘟，科學(xué)家一直在路上
我們離戰(zhàn)勝非洲豬瘟還有多遠(yuǎn)？步志高研究員表示：“從這個(gè)精細(xì)的結(jié)構(gòu)上目前已經(jīng)獲得一些線索，可以推動(dòng)非洲豬瘟防控的相關(guān)技術(shù)和新型疫苗的研發(fā)?！钡拇_，破譯病毒結(jié)構(gòu)之后，科學(xué)家有望揭開(kāi)非洲豬瘟具有特殊穩(wěn)定性的奧秘，更有效地殺滅病毒；尋找到病毒的受體，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的藥物和疫苗……
在發(fā)布會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)，大院er聽(tīng)到了研究團(tuán)隊(duì)中的許多小故事：純化病毒時(shí)P4實(shí)驗(yàn)室的24小時(shí)工作制、電鏡團(tuán)隊(duì)沒(méi)休完婚假的年輕人、大年三十還在收集數(shù)據(jù)的堅(jiān)守……饒子和院士把這些總結(jié)為：家國(guó)情懷。
?《Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viral assembly（非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及裝配機(jī)制）》（圖片來(lái)源：https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/16/science.aaz1439.full）
我國(guó)是全世界最大的豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，生豬產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活中具有不可替代的重要作用，做好非洲豬瘟病毒的基礎(chǔ)研究，做好非洲豬瘟的防控工作是我國(guó)傳染病相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家的一份責(zé)任與義務(wù)。解析了非洲豬瘟病毒精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重大研究成果，也是饒子和院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)繼2003年SARS后，又一次在關(guān)鍵時(shí)刻為國(guó)家疾病防控貢獻(xiàn)知識(shí)力量，更是基礎(chǔ)研究面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的一個(gè)成功的范例。
注：本文轉(zhuǎn)載自科學(xué)大院。
