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病毒变异与实验室生物安全

已有 3936 次阅读 2020-2-16 21:54 |系统分类:科普集锦|关键词:学者| 病毒变异, 实验室生物安全, 疫苗, 瑞德西韦, 新冠病毒

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212日发布《由新型冠状病毒引发的实验室安全管理之思》一文后,今天我再次与曾在中国最大医学机构的附属实验室工作的郭强老师对话,新知如下:

 

病毒要达到侵害人体的目的,要实施几个步骤:一是接触并结合人体细胞;二是穿透细胞膜,钻到细胞质内;三是侵入或利用细胞核内的DNA双链。一种病毒在自然界中变异成一类新病毒,并具有完成上述步骤的能力,并不是一蹴而就的,需要一个周期和特定的引发变异的条件。

病毒的基因如果没有遇到诱发突变的因素,是不会发生突变的。遇到较弱的突变因素后,例如较弱的紫外线,发生变异的概率很小,发生变异的个体能继续维系生存的也较少,生存下来的突变病毒,绝大多数也不会产生强于原体的毒害力。病毒变异的另外一种途径是基因重组,就像是不同病毒的杂交,或者借用宿主基因进行杂交,同样,发生特意强化的概率也是很低的。整体而言,病毒的自然界变异是微弱的,需要大量时间积累,可能变异一万次、一亿次,都未必能成功一次。

所以人们不必太担心病毒的快速变异,还是可以相信疫苗的作用。快速研发疫苗和抗病毒药物的研发应同时进行。

疫苗是用灭活了的病毒注入人体,使人的免疫系统产生可消灭病毒的抗体。这个抗体和病毒就像锁和钥匙的关系,会彼此结合并让病毒解体。如果血液中已经具备抗体,少量病毒的侵害就会被迅速清除。但如果大量病毒短时间内穿过血管壁进入血液,病毒数量远大于抗体的数量,血细胞会被病毒迅速破坏,会发生病毒的侵染甚至败血症。

药物的作用是阻断病毒的繁殖。病毒的外壳由蛋白质组成,其中有活性蛋白质,即酶,针对病毒的药物研究要理解究竟有哪些特定的酶在起作用,从而阻断其发生作用。例如要研究奥司他韦(达菲)对新型冠状病毒是否有用,就要研究它所抑制的神经氨酸酶在新型冠状病毒中是否存在以及是否起关键作用。美国吉列德公司的瑞德西韦在作为抗埃博拉病毒的药物生产出来时,应该已经申请了一些专利,但在新型冠状病毒出现之前,其专利中不会包含用于抗新型冠状病毒的内容。此次中科院武汉病毒所如要成功申请这项实用新型专利,并不容易。武汉病毒所应该提供一些具体细致的特定专利内容,例如:新型冠状病毒的基因序列;瑞德西韦药物的分子式、特性;用药量、用药途径、用药方式;实验数据总结等。否则,被专利局拒审的可能性很大。

当病毒遇到很强的突变因素后,例如各种抗生素、化学毒性物质等的不断影响,其发生变异的概率极大地提高,产生超级病毒的可能性也就大大增加。在人为的因素下,例如滥用抗生素,或者各种实验化学物质的无序排放(不仅生物学实验室,还有各种企事业单位自备实验室,都会排放这些物质),都会增加病毒变异的可能性。

此外,基因突变和重组更是可以在实验室人为快速进行。病毒基因的编辑对本专业人士是比较常规的工作。可以仿照自然界突变的办法,通过加强紫外线照射或者添加化学药剂来获得大量突变株并筛选新病毒;也可以直接对病毒的基因序列进行叠加改造,简单地说,就是把两段不同性状的病毒基因编码连接在一起。比如把一种病毒的传染性基因序列和另外一种病毒的主体基因序列连接,之后进行增殖培养。在强烈的科研创新的需求下,不能排除会有课题组去做这类变异和筛选的事情,从而创造出新型病毒。

  中科院武汉病毒研究所石正丽团队曾于今年1月23日在bioRxiv预印版平台上发表文章Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin,报道了武汉新型冠状病毒nCoV-2019的病毒特征。据介绍,在疾病爆发早期,石正丽团队从5名患者体内取得了该病毒的全基因组,这5例基因组基本一致。nCoV-2019病毒与SARS冠状病毒序列的一致性为79.5%,与一种蝙蝠中的冠状病毒的序列一致性为96%。但如果考虑到人与黑猩猩的基因序列相似性高达99%,那么两个结构并不复杂的病毒,如果一致性未达到99%,几乎可以说完全不是同一种病毒。

  这在某种意义上倒可以支持石正丽辩解的“新型冠状病毒并非来自实验室”的说法——因为要在实验室里通过人为改变其中一个病毒的基因序列或对其片段进行基因修饰而生成还能继续发挥效力的一个新病毒,这不是短时间内能够完成的事。短时间能完成的,是基因片段的直接“拷贝黏贴”。

我们应该认识到,现代科技是足以实现病毒的改造和增强的,因此一定要对实验室进行强有力的管理。这不仅是技术上的事情,也是伦理道德上的事情。世界卫生组织(WHO)在1983年出版了《实验室生物安全手册》,将传染性微生物根据其致病能力和传染的危险程度等划分为四类;将生物实验室根据其设备和技术条件等划分为四级;其相应的操作程序也划分为四级,并对四类微生物可操作的相应级别的实验室及程序进行了规定。20034月,《实验室生物安全手册》(第三版)以电子版的形式在 WHO网页上问世。我国目前虽然有2018年修订版的《病原微生物实验室生物安全管理条例》,但还没有相关的法律和可以依法追究的罚则。在我国已建有并运行P4等级生物安全实验室的情况下,相关的立法就变得尤为迫切。武汉新冠病毒疫情爆发以来,外界一直在关注病毒来源问题。科技部社会发展科技司司长吴远彬在215日举办的国务院联防联控新闻发布会上介绍,为加强规范管理和服务,高效有序推进全国应急科技攻关,科技部已出台《关于加强新冠病毒高等级病毒微生物实验室生物安全管理的指导意见》。对于实验室管理这样一种人为性、主观性非常大的管理,人们有理由期待,未来有法可依将大大改观管理的质量。

实验室安全管理的相关硬件普遍并不欠缺,例如P4级实验室所必须的洗浴、换衣设施,严格的隔离装备,严格的温度和湿度控制系统,空气进入与排放的过滤系统,废物处理设施等,都很齐全。但严格的实验室软性管理我认为是目前普遍欠缺的,尤其是P1P2级实验室。无论一个实验室的硬件控制设备有多么高级,政府的管理法规有多么严格,即使没有人刻意违规,如果缺少对相关法律法规百分百不走样的执行,病毒还是有各种可能性从实验室泄漏。因此,软性措施同样关键。除了明确对社会有危害性的实验室违规操作的法律责任,还应突出卫生相关管理部门日常的监督管理作用,包括定期不定期的检查,突击审查,还有包括远程摄像头等不可或缺的管理模式。

同时,作为实验室管理的另一个侧面,国家科研经费中实验室相关经费的财务管理,也亟需加强并纳入立法。但也有科研人员反映,科研项目中有许多经费支出无法按正常入帐,比如:临时找几个小工帮忙搬动实验设备的现金支付,应急在附近五金市场上购买管子等等无发票的现金支出。这方面的立法应兼顾管理的科学化和人性化。

此外,一场疾病的危重程度并不仅仅由传染率决定,致死率也是一个重要的参数。基于目前人们实际并不真正了解新冠病毒的发病人数,用“死亡人数/发病人数”得出的接近2%的致死率很难准确,比较科学的统计方法应该是在疫情过去后,用死亡人数/(治愈人数+死亡人数)得到致死率。

 




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