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病毒侦探:研究埃博拉病毒的生物学家

Gina Kolata · ·

通过对变异的良性基因研究推动诊断技术、疫苗和治疗技术的进步来对抗埃博拉可能是一条出路。

本文由《纽约时报》授权《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载。


马萨诸塞州,坎布里奇电—这个城市破败的一角有一座老旧的双层砖楼。它曾是百威(Budweiser)啤酒的一个配送中心,现在则是世界上分析人类和病毒基因领域最强大的工厂。

没错,这是家工厂。在两间巨大的房间里,一年 365 天,一天 24 小时,无论何时都有 6 名技术人员同时操作着 50 台洗碗机大小的机器,分析着 10,000 支微型试管,试管里装着一些含有基因的液体。这些技术人员中有两人专门负责晚班。

这些机器会在电脑屏幕上打出一长串按字母排列的名单,列出试管液体内基因所含的遗传物质。如果试管液体中携带的是人类基因,这份名单可能会长达 30 亿字。准备分析样本要比操作机器分析试管更加辛苦,另有 64 名技术人员负责这项工作。

这一切都是为几个街区之外的博德研究所(the Broad Institute)服务的。那是一个外表光鲜亮丽的基因测序中心,其建立及研究资金大部分源于他人捐赠。它目前正在开展一个名为千人基因组计划(the 1,000 Genomes Project)的国际合作研究项目,旨在分析研究几千名来自世界各地的人们的基因。这家研究所拥有许多诸如登革病毒、疟原虫和西尼罗病毒等细菌的基因序列,也有黑猩猩等动物的基因序列。

 

马萨诸塞州坎布里奇市,杰西卡•巴巴加罗(Jessica Barbagallo)正用机器为博德研究所准备分析样本。

基因测序中心主任安德鲁•J•霍灵格(Andrew J. Hollinger)说,这家工厂掌握的是一种快速基因测序的方法。博德研究所的一些科学家正在研究埃博拉病毒以及一种和埃博拉相似的致命病毒——拉沙病毒(Lassa)。由于这些病毒正在西非肆虐,科学家们的研究显得相当紧要。他们把样本拿到这里,利用这种方式分析其基因序列,短短 40 小时左右就能拿到一般来说需要几天才得到的分析结果。

由帕尔迪斯•萨贝提(Pardis Sabeti)领导的埃博拉和拉沙病毒研究小组想知道这些病毒长什么样。这些病毒入侵人体,尤其是在入侵免疫系统时,外观是否会发生变化?是否存在一些比其他的菌株更为致命的菌株?受感染者的基因是什么样的?是否有人因基因突变而更不易感染这些病毒、甚至对这些病毒免疫?

这个研究项目昭示了公共卫生领域一个全新的发展方向:使用强大的基因方法防治传染病,并将其应用于全人类。

研究者希望能在某个传染病发生时就了解它的所有信息。一旦掌握了这些情况,医生就能更好地预防传染病的蔓延,研究者们也能够着手探寻治疗和预防传染病的方法。

研究者们最初的着眼点之一就是埃博拉病毒的最初感染源。五月,在非洲塞拉利昂的一场葬礼上,14 个女人感染了埃博拉病毒。出席葬礼者中有一人就诊于距葬礼所在地几小时车程的凯内马政府医院(Kenema Government Hospital)。

萨贝提博士说:“第一例埃博拉患者病情得到了控制。”但是葬礼过后几周,有人担心传染病会爆发,而这种担心最终成为了现实。萨贝提博士说:“埃博拉病毒就像浪潮一样席卷了这个国度。”

塞拉利昂卫生部门派遣了传染病学家前往偏远的村庄追踪病源,探访出席过那场葬礼的人以及他们所接触过的人。他们找到了 14 名埃博拉患者。另有 35 人虽然经测试未患埃博拉,但却接触过埃博拉患者,并表现出一些埃博拉症状。

他们体内是否真的没有埃博拉病毒?这就要从基因序列上来寻找答案了。

萨贝提博士说:“政府想要知道到底是诊断测试有误还是这些人真的没患埃博拉。”这些人的血样被送到了博德研究所,研究者对其基因序列进行了彻底的病毒分析。那 35 名没有受到感染的人血液中并无埃博拉病毒,但是在那 14 名埃博拉患者的血液中却发现了埃博拉病毒。

研究小组研究了 78 名在塞拉利昂最初爆发埃博拉几周内受到感染的不同病患体内的埃博拉病毒,发现这些病毒在不断发生变异,让人担心它是否会变得能通过空气传播,是否会更加致命。萨贝提博士说,变异并不稀奇,那本来就是病毒的特征之一,但她补充说:“病毒的变异也是我们需要关注的一个要点。”她说,一种病毒要经历许多重大突变才会变得能在空气中传播或者更加致命。“但是,再强调一次,病毒的每一次突变都会带来巨大的变数,我们最好尽快找出解决方法。”

同样接触了埃博拉病毒,一些人生病了,一些人却没有,还有一些人则是患病后痊愈了。为了进一步探究其中的原因,研究者们需要研究这些人自身的基因。这有时很困难。萨贝提博士说,在塞拉利昂,人们不愿意死者成为研究对象。

“我们都只想好好研究埃博拉病毒,”萨贝提博士说,“我们并不想冒犯死者。所以现在起我们会把那些幸存者作为研究对象。”

 

空出一台机器来准备埃博拉病毒分析样本所用的方法显然技术含量很低。

除了研究埃博拉病毒,萨贝提博士和她的同事也在研究拉沙病毒,探索同样的问题。

拉沙病毒比埃博拉病毒常见得多。这两种疾病有着许多相同的病状,比如发热和呕吐,在一些病例里也会出现出血症状。

拉沙病毒也会造成严重的后果——塞拉利昂各大医院接收的拉沙患者生还率只有 16%。和埃博拉不同的是,拉沙病毒会影响人的大脑,因此患者即使幸存也常常会留下失聪、眩晕或精神状况不稳定等永久性的神经损伤。

萨贝提博士对拉沙病毒的兴趣要追溯到七年前。那时还没有埃博拉,基因测序也不像现今这样又快又便宜。那时她决心查看世界各地的人体内已经确定的 DNA 序列,探索一个问题:会不会存在一种新的变异基因——一种最近才在一些人身上出现的变异基因——能够抵御疾病?她认为,一旦在人群中出现一种致命性的疾病,那些身怀可以抵御疾病的变异基因的人就能够幸存、繁衍,从而这种良性基因突变就会变得普遍起来。

她曾在尼日利亚看到过这种基因突变。尼日利亚有 34% 的人口体内有一个基因发生了轻微的变异。他们体内那种叫做 LARGE 的基因功能没有发生变化,但体积却比别的基因大了 10 到 50 倍。为什么会有这么多人这种基因发生了变异?

斯克利普斯研究所(Scripps)的迈克尔•B•A奥德斯通博士(Dr. Michael B.A. Oldstone)和他的同事早就发现了 LARGE 基因的功能。LARGE 可以改变细胞表面的一种蛋白质,这种蛋白质使拉沙病毒可以侵入细胞内部。研究小组发现,没有 LARGE 这个基因,拉杀病毒就无法侵入细胞内部。

萨贝提博士想,既然发现了这么有意思的事,那么,这么多尼日利亚人体内 LARGE 基因发生的那种微小变异,是否也能让病毒更难入侵细胞内部呢?

拉沙病毒在尼日利亚存在已经有大约 1000 年之久了。如果这种变异基因确实在保护人体,她要怎么来证实这点呢?萨贝提博士查看了塞拉利昂人的 DNA 序列,发现有 10% 的人体内的 LARGE 基因发生了突变。而拉沙病毒是在约在 150 年前出现在塞拉利昂的。

在世上其他地方,这种基因突变闻所未闻。因此萨贝提博士意识到,这可能是一种保护性的基因突变。为了证实这一想法,她必须用数据说话。她要采集那些接触拉沙病毒后患病和没患病的人的基因,这样才能通过实验证明 LARGE 基因的突变是有益的。这是项艰难的工程,现在也还在进行中。不过截至目前,已有一小部分数据显示 LARGE 基因的突变确实是一种保护性的突变。

萨贝提博士并不是第一个研究拉沙病毒的人。另一小队研究者早已在没有高速基因排序技术的情况下对这种疾病进行了数年的研究。布朗斯维尔(Brownsville)德克萨斯大学下属公共卫生学校(the University of Texas School of Public Health in Brownsville)的约瑟夫•B•麦考密克博士(Dr. Joseph B. McCormick)说,自从 1960 年代一些美国传教士感染拉沙病毒身亡后,这种疾病便引起了全世界的关注。

萨贝提教授说,拉沙病毒“几乎每年都要夺走几万乃至几十万人的生命”。在她看来,这种疾病由鼠尿传播,而老鼠冬天和春天会钻入人们的家里,因而每年冬春两季是这种疾病的高发期。“大家在埃博拉的问题上都太短视了。”她认为人们没能好好研究拉沙热以及其他一些传染性疾病。研究拉沙热和埃博拉最难的地方就在于实时监控这些病毒的传播情况。一旦找到了实时监控方法,就意味着找到了一种快捷有效的方式,让研究人员通过血样来测算拉沙病毒和埃博拉病毒的基因序列。

博得研究小组用了五年时间来进行来对这种带病毒的血样进行测试——每个血样里携带的病毒都非常少;而在热带高温下,血样往往不能获得理想的保存条件;在测试血样之前,研究者们还得杀死其中的每一个病毒以确保实验室人员不受感染,但是杀死病毒的化学试剂却使得血液中的病毒更难寻觅。

萨贝提博士说:“可以说这些年来有助益的研究方法逐一出现了。”现在,研究小组正开始研究,当这些病毒的基因序列发生变化时,它们对人体的感染力会发生怎样的变化。并且,他们正通过跟踪研究病毒株的蔓延,以探寻这些病毒蔓延的速度和难易程度。

“每个人身上都发生着几百种变异,”她补充道,“我们可以看见新的变异在不断发生。这能让我们更好地理解遗传和传染机制。”她说这项研究能推动这些疾病的诊断技术、疫苗和治疗技术的进步。

这项研究也有实际的用处,那些因为发热、腹泻和呕吐等症状来到诊所的病人,会因此得到更精确的诊断。许多诊所都把病人的血样寄到实验室,进行埃博拉病毒测试。不过那些拉沙热病人的血样则被送了回去,他们被告知自己“得的不是埃博拉”,因此血样对研究没有太大帮助。

帕尔迪斯博士说:“我好几年前就提议对埃博拉病毒做基因研究。”但那时这种研究没有可行性,因为几年前埃博拉患者太少了。而现在,很不幸,情况已经发生了变化。

 

翻译 is译社 钱功毅


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