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#科技# 我国科学家首次解析出非洲猪瘟病毒的精细三维结构——“二师兄”病了，“罪魁祸首”长这样
非洲猪瘟的防控是全球性难题，对于有效预防和治疗相关病毒的药物或疫苗需求紧迫。近日，我国科学家宣布：首次解析出了“罪魁祸首”——非洲猪瘟病毒的精细三维结构，这为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。
非洲猪瘟的防控是全球性难题，对于有效预防和治疗相关病毒的药物或疫苗需求紧迫。近日，我国科学家传来好消息：首次解析出了非洲猪瘟病毒的精细三维结构，相关论文发表在国际顶级学术期刊《科学》上。这是科学家们第一次完完整整地看清非洲猪瘟病毒的模样，相关研究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，发现了4个潜在的疫苗靶位。“这为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。”研究团队负责人、中国科学院院士饶子和说。
1.古老又神秘的病毒
“这是一个世界性难题。”谈及非洲猪瘟，中国科学院生物物理研究所研究员王祥喜如是评价。
作为一类古老的病毒，非洲猪瘟病毒自1921年在非洲肯尼亚首次发现，至今约有100年的流行历史。非洲猪瘟，即由非洲猪瘟病毒引起的家猪、野猪的一种急性、热性、高度接触性动物传染病。无论什么品种、什么年龄的猪，均可感染，发病率和死亡率高达100%。鉴于其巨大的杀伤力，世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病。
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，最近一年，传播速度更是明显加快，病毒蔓延呈愈演愈烈之势。国际动物健康组织通报的数据显示，2019年1月~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。
中国亦未幸免。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。据估计，非洲猪瘟流行病给全世界的养猪业已造成了20亿美元的经济损失。
“这是一种烈性传染病。”根据王祥喜的介绍，非洲猪瘟病毒拥有一套独特的宿主和生态循环，病毒可由带毒野猪传染给家猪，造成家猪疫病的爆发，基本两天就可以杀死一头猪。
然而，面对汹涌来袭的疫情，现实有些苍白：因为对于非洲猪瘟病毒的认知十分有限，直到目前，科学家们尚未研发出有效疫苗，扑杀生猪仍是眼下控制疫情最有效的方法。
“我们不知道这种病毒的生命周期，也不知道病毒感染以后引起机体免疫应答的机制是什么，就连这个病毒长什么样，它有多少种蛋白，以及是怎样入侵、复制的，都不知道。”王祥喜说。
由此带来的问题是，因为缺少系统理论的指导，非洲猪瘟疫苗研发只能“摸着石头过河”，防控技术也只能“摸黑行进”。“自1978年首次被击中到消灭它，西班牙花了33年的时间，这是一场持久战。”王祥喜称。
2.酷似俄罗斯套娃的“大块头”
困难，阻挡不住中国科学家前进的脚步。
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生活中具有不可替代的重要作用。应国家之所需，解国家之所难，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步志高团队联合上海科技大学等单位，于2018年12月针对非洲猪瘟病毒展开了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。
有志者事竟成。研究团队成功分离出国内正在爆发的非洲猪瘟病毒流行株，在上海科技大学电镜平台上连续开展了4个月高质量的数据收集，获得了超过100TB的海量数据，首次得到了近原子分辨率的非洲猪瘟病毒结构。
通过研究他们发现，非洲猪瘟病毒由基因组、核心壳层、双层内膜、衣壳和外膜5层组成，是一个正二十面体的“大块头”。这个看起来外形有点像“俄罗斯套娃”的“大块头”，包含3万余个蛋白亚基，它们组装成了直径约为260纳米的球形颗粒。这是饶子和等人目前解析出的近原子分辨率结构的最大病毒。
究竟有多大？王祥喜给出了一组对比数据：甲肝病毒直径30纳米，寨卡病毒直径50纳米，乙型脑炎病毒直径50纳米，单纯疱疹病毒直径125纳米，非洲猪瘟病毒直径260纳米。“就像人有高矮，病毒也有大小。从比较中可以看出，非洲猪瘟病毒是一个尺度巨大、复杂的病原体。”王祥喜说。
这些看起来有些枯燥乏味的基础研究最终的指向是应用。面对近百年来首次进入我国的非洲猪瘟病毒，我国科学家通过共同努力首战告捷。解析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范例。
3.助力新型疫苗研发
对于这个古老而又神秘的病毒，如今研究团队有了更为深层次的认识：对其新鉴定出多种结构蛋白，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。
“非洲猪瘟病毒在常温下可以存活数月，其中一个重要原因是病毒结构很稳定。”研究团队分析发现，病毒的表面绝大部分由主要衣壳蛋白p72的三维结构组成，而p72的三聚体是主要的保护性抗原之一，也是新型疫苗设计的主要靶标。
“我们在这结构下发现了4个潜在的非常重要的抗原表位，可以为未来设计新型疫苗提供很好的线索。”王祥喜认为，科学家们对病毒结构的解析，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，也给非洲猪瘟病毒研究打开了一扇门。
在哈尔滨兽医研究所所长步志高看来，这是国际上首次解析非洲猪瘟病毒结构，现在科学家们“看到”了病毒全貌，修正了此前的部分错误判断，今后的疫苗研发将更具针对性。
不过，对疫苗研发来说，这仅是万里长征走完了第一步。步志高透露，疫苗研发通常需要经历实验室研究、产业化工艺研究、临床试验3个阶段。“目前，我国的非洲猪瘟病毒疫苗研发工作正等待专业机构评议通过，经农业农村部批准后，新型非洲猪瘟疫苗有望开展临床试验。”步志高说。
图：非洲猪瘟病毒整体结构（左：5层切面图；右：衣壳层整体结构）。 资料图
沈慧
非洲猪瘟的防控是全球性难题，对于有效预防和治疗相关病毒的药物或疫苗需求紧迫。近日，我国科学家宣布：首次解析出了“罪魁祸首”——非洲猪瘟病毒的精细三维结构，这为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。
非洲猪瘟的防控是全球性难题，对于有效预防和治疗相关病毒的药物或疫苗需求紧迫。近日，我国科学家传来好消息：首次解析出了非洲猪瘟病毒的精细三维结构，相关论文发表在国际顶级学术期刊《科学》上。这是科学家们第一次完完整整地看清非洲猪瘟病毒的模样，相关研究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，发现了4个潜在的疫苗靶位。“这为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定了坚实基础。”研究团队负责人、中国科学院院士饶子和说。
1.古老又神秘的病毒
“这是一个世界性难题。”谈及非洲猪瘟，中国科学院生物物理研究所研究员王祥喜如是评价。
作为一类古老的病毒，非洲猪瘟病毒自1921年在非洲肯尼亚首次发现，至今约有100年的流行历史。非洲猪瘟，即由非洲猪瘟病毒引起的家猪、野猪的一种急性、热性、高度接触性动物传染病。无论什么品种、什么年龄的猪，均可感染，发病率和死亡率高达100%。鉴于其巨大的杀伤力，世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病。
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，最近一年，传播速度更是明显加快，病毒蔓延呈愈演愈烈之势。国际动物健康组织通报的数据显示，2019年1月~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。
中国亦未幸免。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。据估计，非洲猪瘟流行病给全世界的养猪业已造成了20亿美元的经济损失。
“这是一种烈性传染病。”根据王祥喜的介绍，非洲猪瘟病毒拥有一套独特的宿主和生态循环，病毒可由带毒野猪传染给家猪，造成家猪疫病的爆发，基本两天就可以杀死一头猪。
然而，面对汹涌来袭的疫情，现实有些苍白：因为对于非洲猪瘟病毒的认知十分有限，直到目前，科学家们尚未研发出有效疫苗，扑杀生猪仍是眼下控制疫情最有效的方法。
“我们不知道这种病毒的生命周期，也不知道病毒感染以后引起机体免疫应答的机制是什么，就连这个病毒长什么样，它有多少种蛋白，以及是怎样入侵、复制的，都不知道。”王祥喜说。
由此带来的问题是，因为缺少系统理论的指导，非洲猪瘟疫苗研发只能“摸着石头过河”，防控技术也只能“摸黑行进”。“自1978年首次被击中到消灭它，西班牙花了33年的时间，这是一场持久战。”王祥喜称。
2.酷似俄罗斯套娃的“大块头”
困难，阻挡不住中国科学家前进的脚步。
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生活中具有不可替代的重要作用。应国家之所需，解国家之所难，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步志高团队联合上海科技大学等单位，于2018年12月针对非洲猪瘟病毒展开了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。
有志者事竟成。研究团队成功分离出国内正在爆发的非洲猪瘟病毒流行株，在上海科技大学电镜平台上连续开展了4个月高质量的数据收集，获得了超过100TB的海量数据，首次得到了近原子分辨率的非洲猪瘟病毒结构。
通过研究他们发现，非洲猪瘟病毒由基因组、核心壳层、双层内膜、衣壳和外膜5层组成，是一个正二十面体的“大块头”。这个看起来外形有点像“俄罗斯套娃”的“大块头”，包含3万余个蛋白亚基，它们组装成了直径约为260纳米的球形颗粒。这是饶子和等人目前解析出的近原子分辨率结构的最大病毒。
究竟有多大？王祥喜给出了一组对比数据：甲肝病毒直径30纳米，寨卡病毒直径50纳米，乙型脑炎病毒直径50纳米，单纯疱疹病毒直径125纳米，非洲猪瘟病毒直径260纳米。“就像人有高矮，病毒也有大小。从比较中可以看出，非洲猪瘟病毒是一个尺度巨大、复杂的病原体。”王祥喜说。
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3.助力新型疫苗研发
对于这个古老而又神秘的病毒，如今研究团队有了更为深层次的认识：对其新鉴定出多种结构蛋白，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。
“非洲猪瘟病毒在常温下可以存活数月，其中一个重要原因是病毒结构很稳定。”研究团队分析发现，病毒的表面绝大部分由主要衣壳蛋白p72的三维结构组成，而p72的三聚体是主要的保护性抗原之一，也是新型疫苗设计的主要靶标。
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