瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產或改造出大量活病毒

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產或改造出大量活病毒

新冠肺炎(COVID-19)疫情仍在全球范圍內蔓延,世界衛生組織(WHO)已將其列為全球性大流行病(Pandemic),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也未曾達到此級別。

截至目前(2020年5月5日),全世界累計確診病例超過360萬例,累計死亡病例達25萬例,已有9個國傢累計確診超10萬人,美國甚至已超過120萬人,全球范圍內疫情形勢仍非常嚴峻。

新冠肺炎正在全球肆虐,因此,預防新冠病毒的疫苗,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Jorerg JoresVolker Thiel團隊在 Nature 發表瞭題為:Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform 的研究論文。

該研究展示瞭基於酵母的合成基因組學平臺的完整功能,能夠在合成基因片段後一周內,對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)進行工程改造和復活

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

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產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,加劇瞭RNA病毒的傳播和流行。僅僅在最近十年裡,我們就目睹瞭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,2019年底,湖北武漢首次出現瞭新型冠狀病毒(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省份,以及多個海外國傢。

我國科學傢很早就分理出瞭有活性的新冠病毒,但直接分享從病人體內分離的或病毒在實際中有著種種限制,活病毒對於疾病診斷、動物模型建立、中間宿主確認、疫苗研發等至關重要。但是通過化學合成來構建新型冠狀病毒(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行遺傳修飾和功能表征。

如今,向遺傳學(Reverse genetics)已成為必不可少的工具,它徹底改變瞭我們對病毒致病機制和疫苗開發的見解。

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

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產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,並加入綠色熒光蛋白GFP序列,便於後續感染細胞實驗的檢測和觀察。

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

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產或改造出大量活病毒

然後,在體外用T7 RNA聚合酶將反義DNA轉錄成為有感染性的病毒RNA。通過電穿孔將RNA導入後,發現正常的 Vero E6 細胞能夠被感染並發出熒光。

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產或改造出大量活病毒

此外,研究團隊展示瞭基於酵母的合成基因組學平臺的完整功能,可用於多種快速重建多種RNA病毒,包括冠狀病毒科黃病毒科副粘病毒科的成員。

瑞士學者人工合成出新冠病毒,能在一周之內生產或改造出大量活病毒

研究的意義

該研究開發瞭一種基於合成基因組學的重建大型RNA病毒的系統,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,該系統無需臨床樣本,即可向衛生當局和實驗室提供有活性的病毒樣本。

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

總的來說,這項研究開發的新系統,突破瞭病毒來源的限制,能夠在短時間內(一周)大量生產或改造活性病毒,以用於疾病診斷、動物模型建立、中間宿主確認、疫苗研發等研究。

更重要的是,RNA病毒的變異能力較強,新冠病毒作為一種大型RNA病毒,也存在變異風險,這項新技術能夠快速合成構建變異病毒,並進行實時表征,對實時變化的疫情做出更快速的反應。

論文鏈接:

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

相关新闻