防患于未然，让“生化危机”消弭于无形

记中国科学院微生物研究所研究员刘翟等科学家在埃博拉病毒研究上的最新成果

　　“埃博拉”是非洲刚果北部一条河流的名称。1976年，一种不知名的病毒光顾了这里，疯狂地虐杀埃博拉河沿岸55个村庄的居民，导致数百人于短时间内丧生，有的家庭甚至无一幸免，“埃博拉病毒”因此而得名。埃博拉作为一种能够引起人类和灵长类动物产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒，自被发现之日起，就引起医学界的广泛关注和重视。至今科学家仍然没有确定埃博拉病毒的初始来源，有资料显示，果蝠最有可能是埃博拉病毒的主要来源和宿主，人类可通过接触果蝠及其它野生哺乳动物而受到感染，进而将病毒传播给其他人。

2015 年度中国科学十大进展颁奖。左一，刘翟研究员；左二，童贻刚研究员；左三，曹务
春研究员；左四，伯晓晨研究员。

　　世界卫生组织已将埃博拉列为对人类有史以来危害最严重的病毒之一，将其称为“第四级病毒”(艾滋病为3级，SARS为3级，级数越大防护越严格)。埃博拉病毒潜伏期短，一般为2～21天，但通常只有5～10天，致死率非常高，为50%～90%，以其恐怖程度，勘称“死神”的形象代言人。

　　埃博拉病毒致人死亡的过程很残忍也很恐怖，人一旦被感染，病毒就会迅速扩散，大量繁殖，袭击多个器官，使之发生变形、坏死，并慢慢被分解;病人先是内出血，继而七窍流血不止，并不断将体内器官的坏死组织从口中呕出，最后因广泛内出血、脑部受损等原因而死亡。埃博拉病毒主要通过病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途径传播，和病人有过接触的人，如果防护不当，就很容易被感染上。

　　对埃博拉病毒，目前人类还没有有效的疫苗和治疗方案，倘若被感染，几乎就等于下了道死刑判决书。该病毒严重威胁着人类健康和生命安全，至今已在辽阔的非洲大地肆虐了40年，每一次暴发都夺去大批人性命。更为恐怖的是病毒的变异，人们担心，以埃博拉病毒的危害性，如果在变异过程中改变潜伏期和传染途径，可能会在不知不觉中危及全人类，成为名副其实的“末日病毒”，就像电影《生化危机》里演绎的那样，因为病毒暴发几乎导致全人类灭绝。这绝非危言耸听，所谓“道高一尺，魔高一丈”，只有严加预防，才能做到防患于未然。对此，科研工作者责无旁贷。鉴于埃博拉病毒这么高的致命性、危害性和残忍性，全球医疗科研机构都将它列为重点研究对象，以期能够破解它给人类造成致命危害的基因密码，而与此相关的科研成果也注定将是惠及整个人类的善事和壮举，对人类保护自身生命安全和健康意义重大。

　　2016年9月5日，《自然-微生物学》杂志在线发表了中国科学院微生物研究所、中国人民解放军军事医学科学院、首都医科大学附属北京地坛医院等单位合作研究成果“Intra-host dynamics of Ebola virus during 2014”，第一次系统地揭示了埃博拉病毒在宿主内的进化模式，并指出了病毒基因与重要变异位点在病毒-宿主相互作用中的作用。这一研究成果系全球第一次发布，为全球科学家针对埃博拉病毒疫苗和治疗方案研发提供了有益借鉴，也为人类有朝一日战胜埃博拉病毒做出了不朽的贡献。

　　基因组测序技术，揭开病毒进化规律

　　2013年至2015年，西非经历了史上最严重的埃博拉病毒暴发事件，超过28,000人感染，11,000多人死亡。埃博拉病毒快速地由几内亚扩散到周边非洲国家，同时造成了美国和欧洲的输入性病例。这一事件引起了全世界关注，造成了严重恐慌。2014年，国际上派出了多只医疗研究团队进驻非洲，在几内亚、利比里亚和塞拉利昂建立了病毒检测实验室，以帮助非洲人民控制疫情。中国政府向塞拉利昂政府派驻了以中国人民解放军军事医学科学院、中国疾病预防与控制中心等单位的专业人员为主的移动医疗检测队，在非期间检测了大量临床样本。通过对175株埃博拉病毒进行全基因组测序和生物信息学分析，研究揭示了埃博拉病毒在塞拉利昂的传播规律，并指出了病毒稳定的变异速率，相关结果于2015年发表在《自然》杂志。Nature杂志发表专家评述，盛赞此项研究发现该病毒没有加速变异的重要意义。相关文章发表后收到8家国外媒体(包括《自然》杂志和《纽约时报》等)和多家中国媒体报道，短时间内即被《自然》、《细胞》、《新英格兰医学杂志》等国际顶级期刊引用。研究成果入围“2015年度中国科学十大进展”。

　　在前期研究的基础上，研究团队再接再厉，继续瞄准病毒在体内的进化规律，力求揭开埃博拉病毒与宿主相互作用的面纱。研究团队设计开发了埃博拉病毒基因组的新测序策略-扩增子深度测序，并为此开发了一套全新的生物信息学分析流程，通过对135个样本的测定，在病毒暴发过程中第一次明确地发现了埃博拉病毒在宿主内进化过程中曾经产生的710个单核苷酸变异位点(intra-host single nucleotide variation, iSNV);通过对于上述iSNV位点的生物信息学分析、系统发生分析以及群体遗传学分析，首次发现非编码突变对于埃博拉病毒的影响，证实位于NP基因下游的两个连锁的突变位点能够显著提高NP基因的转录;发现病毒最保守的基因VP40基因受到强烈的负选择，其突变对于病毒大都有害，可以作为最有效的抗病毒靶点。研究团队通过研究发现病毒在非编码区的变异基本符合中性进化理论，通过对于这些位点的研究，发现了位于NP基因下游的两个连锁的突变位点。为了探讨它们的功能，研究团队设计了“迷你埃博拉病毒”报告系统，证实了该位点能够显著提高NP基因的转录。这也是首次发现非编码突变对于埃博拉病毒的影响，将丰富我们对于病毒的理解。研究团队曾很担心埃博拉病毒的高速率变异可能会导致更加剧烈的病毒变异株的产生，同时大量变异的病毒可能对基于PCR技术的病毒检测产生漏检。然而研究团队通过研究发现，2014年暴发的埃博拉病毒虽然系统发生进一步分化，遗传多态性快速增加，出现了多个新的病毒流行分支，但其变异速率与先前暴发疫情中的病毒变异速率接近，未有成倍增加的迹象。这些研究成果加深了研究团队对埃博拉病毒进化特点以及传播动力学的理解，消除了国际社会对于埃博拉快速变异的担忧，同时大量基因组序列的发表为现场病毒检测PCR引物设计提供了重要参考，并将有助于埃博拉病毒疫苗和治疗方案的研发。同时，在宿主内并没有发现GP基因的正选择压力，这说明对于埃博拉病毒感染，人体免疫系统目前还无法产生有效抗体来与之进行对抗。

　　图1：埃博拉病毒全基因组水平iSNV位点频率分布分析

　　图2：埃博拉病毒iSNV突变位点在人群中的分布网络与进化关系

　　整个研究工作以高通量测序作为切入点，以生物信息学为主要研究手段，从全新视角解读了病毒进化规律。这个研究成果是对2015年《自然》研究成果的重要补充，分别从“在人群中传播”和“在个体内变异”两个不同的角度阐明了病毒的进化过程。“宿主内进化”是目前国际上病毒进化研究的前沿领域，中国科学院微生物研究所刘翟等科学家在埃博拉病毒研究上的最新成果将会大力推动这一新兴前沿领域的发展和进步，同时，与该研究成果相关的新技术、新理论对于我国今后制定新发、突发传染病防控策略具有重大意义。

　　该课题是国内多家科研单位协同努力的成果。研究工作受到科技部“973”、重大专项、“863”，中科院埃博拉专项，国家自然科学基金委员会，北京市科委等项目资助。军事医学科学院放射与辐射医学研究所博士倪铭、首都医科大学附属北京地坛医院传染病研究所博士陈晨和军事医学科学院军事兽医研究所研究员钱军为论文并列第一作者。中科院微生物所研究员刘翟和军事医学科学院放射与辐射医学研究所研究员伯晓晨、中科院微生物所中科院院士高福、军事医学科学院放射与辐射医学研究所研究员王升启为文章通讯作者。

　　研精覃思，争做追梦路上先行者

　　刘翟，博士，中组部“万人计划”青年拔尖人才，中国科学院微生物研究所研究员。2000年毕业于北京大学生命科学院，获理学学士，2005年毕业于北京大学生命科学院生物信息中心，获生物信息学博士学位，是我国教育部授予的第一批生物信息学博士。2005年进入中国科学院微生物研究所，进行博士后研究。2009年留所工作，先后在微生物所信息中心任助理研究员、副研究员、研究员。刘翟主要研究方向为病原微生物基因组与生物信息学，同时参与了DNA生命条形码、微生物资源的信息化、元基因组学与免疫基因组学研究。近年来，在禽流感病毒和埃博拉病毒疫情研究方面，用功甚勤，具有很多创见，并取得了突破性进展。

　　时光荏苒，在生物信息领域努力奋斗了十几个春秋的刘翟，如今依然走在追梦的路上。当年他工作过的病原室，现在已成为中科院的重点实验室、国内同行的佼佼者;他工作所在的信息中心，现在已成为世界微生物数据中心(WDCM)，为全世界的科学家提供科研服务。现在的刘翟早已成长为我国生物信息领域的尖端人才。面对未来，他将会一如既往地借助现代先进生物技术，奉献和服务好国家和人民，为实现人生抱负和理想继续奋斗不息。梦想无声，足迹有痕。相信刘翟在微生物的科研道路上，会走的更远更好。