瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

新冠肺炎(COVID-19)疫情仍在全球范圍內(nèi)蔓延,世界衛(wèi)生組織(WHO)已將其列為全球性大流行?。≒andemic),這也是冠狀病毒感染首次被評估為全球大流行病,即便是2003年的SARS也未曾達(dá)到此級別。

截至目前(2020年5月5日),全世界累計(jì)確診病例超過360萬例,累計(jì)死亡病例達(dá)25萬例,已有9個國家累計(jì)確診超10萬人,美國甚至已超過120萬人,全球范圍內(nèi)疫情形勢仍非常嚴(yán)峻。

新冠肺炎正在全球肆虐,因此,預(yù)防新冠病毒的疫苗,以及治療新冠病毒的特效藥,就顯得尤為重要,這兩類研究都需要獲取新冠病毒的活病毒

5月4日,瑞士伯爾尼大學(xué)Jorerg JoresVolker Thiel團(tuán)隊(duì)在?Nature?發(fā)表了題為:Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform?的研究論文。

該研究展示了基于酵母的合成基因組學(xué)平臺的完整功能,能夠在合成基因片段后一周內(nèi),對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)進(jìn)行工程改造和復(fù)活。

無需從病人體內(nèi)分離病毒,直接使用酵母快速生產(chǎn)出大量有活性的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),這一技術(shù)可對突然爆發(fā)的病毒疫情快速做出反應(yīng),可以在爆發(fā)期間實(shí)時生成不斷發(fā)展的RNA病毒變體并對其功能進(jìn)行表征,大大減少因病毒變異給研究帶來的帶來的困難。

瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

人口增長、旅行增加,以及氣候變化等因素,加劇了RNA病毒的傳播和流行。僅僅在最近十年里,我們就目睹了中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV),寨卡病毒(ZIKV),埃博拉病毒(Ebola)的爆發(fā),2019年底,湖北武漢首次出現(xiàn)了新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)引起的肺炎疫情,該疫情傳播速度很快,很快波及中國大多數(shù)省份,以及多個海外國家。

我國科學(xué)家很早就分理出了有活性的新冠病毒,但直接分享從病人體內(nèi)分離的或病毒在實(shí)際中有著種種限制,活病毒對于疾病診斷、動物模型建立、中間宿主確認(rèn)、疫苗研發(fā)等至關(guān)重要。但是通過化學(xué)合成來構(gòu)建新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),可以繞過這一限制,無需從病人體內(nèi)分離,即可獲得有活性的病毒,而且還可以對病毒的單個基因進(jìn)行遺傳修飾和功能表征。

如今,反向遺傳學(xué)(Reverse genetics)已成為必不可少的工具,它徹底改變了我們對病毒致病機(jī)制和疫苗開發(fā)的見解。

但是,例如冠狀病毒這種大型RNA病毒,由于基因組大小的問題,很難在大腸桿菌中進(jìn)行克隆和操縱,因此需要另一種快速而強(qiáng)大的反向遺傳學(xué)平臺進(jìn)行研究。

瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

因此,研究人員另辟蹊徑,將新冠病毒基因組的反義DNA拆解成12個長0.5-3.4 kbp具有重疊末端序列的DNA片段,并加入綠色熒光蛋白GFP序列,便于后續(xù)感染細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的檢測和觀察。

利用釀酒酵母中的同源重組系統(tǒng),使得反義DNA在酵母菌中重組成完整的基因序列。

瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

然后,在體外用T7 RNA聚合酶將反義DNA轉(zhuǎn)錄成為有感染性的病毒RNA。通過電穿孔將RNA導(dǎo)入后,發(fā)現(xiàn)正常的 Vero E6 細(xì)胞能夠被感染并發(fā)出熒光。

瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

此外,研究團(tuán)隊(duì)展示了基于酵母的合成基因組學(xué)平臺的完整功能,可用于多種快速重建多種RNA病毒,包括冠狀病毒科黃病毒科副粘病毒科的成員。

瑞士學(xué)者人工合成出新冠病毒,能在一周之內(nèi)生產(chǎn)或改造出大量活病毒

 

研究的意義

該研究開發(fā)了一種基于合成基因組學(xué)的重建大型RNA病毒的系統(tǒng),能夠快速合成大量有活性的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),以及其他RNA病毒,該系統(tǒng)無需臨床樣本,即可向衛(wèi)生當(dāng)局和實(shí)驗(yàn)室提供有活性的病毒樣本。

隨著新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)爆發(fā),病毒可能會出現(xiàn)基因序列變異和表型變化,利用這一系統(tǒng),能夠快速這些變異引入,并實(shí)時表征新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的功能。

總的來說,這項(xiàng)研究開發(fā)的新系統(tǒng),突破了病毒來源的限制,能夠在短時間內(nèi)(一周)大量生產(chǎn)或改造活性病毒,以用于疾病診斷、動物模型建立、中間宿主確認(rèn)、疫苗研發(fā)等研究。

更重要的是,RNA病毒的變異能力較強(qiáng),新冠病毒作為一種大型RNA病毒,也存在變異風(fēng)險,這項(xiàng)新技術(shù)能夠快速合成構(gòu)建變異病毒,并進(jìn)行實(shí)時表征,對實(shí)時變化的疫情做出更快速的反應(yīng)。

論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2294-9

 

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