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瑞士学者人工合成出新冠病毒 能在一周之内生产或改造出大量活病毒

新冠肺炎(COVID-19)疫情仍在全球范围内蔓延,世界卫生组织(WHO)已将其列为全球性大流行病(Pandemic),这也是冠状病毒感染首次被评估为全球大流行病,即便是2003年的SARS也未曾达到此级别。
截至目前(2020年5月5日),全世界累计确诊病例超过360万例,累计死亡病例达25万例,已有9个国家累计确诊超10万人,美国甚至已超过120万人,全球范围内疫情形势仍非常严峻。
新冠肺炎正在全球肆虐,因此,预防新冠病毒的疫苗,以及治疗新冠病毒的特效药,就显得尤为重要,这两类研究都需要获取新冠病毒的活病毒
5月4日,瑞士伯尔尼大学Jorerg JoresVolker Thiel团队在 Nature 发表了题为:Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform 的研究论文。
该研究展示了基于酵母的合成基因组学平台的完整功能,能够在合成基因片段后一周内,对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)进行工程改造和复活
无需从病人体内分离病毒,直接使用酵母快速生产出大量有活性的新型冠状病毒(SARS-CoV-2),这一技术可对突然爆发的病毒疫情快速做出反应,可以在爆发期间实时生成不断发展的RNA病毒变体并对其功能进行表征,大大减少因病毒变异给研究带来的带来的困难
瑞士学者人工合成出新冠病毒 能在一周之内生产或改造出大量活病毒
人口增长、旅行增加,以及气候变化等因素,加剧了RNA病毒的传播和流行。仅仅在最近十年里,我们就目睹了中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)寨卡病毒(ZIKV)埃博拉病毒(Ebola)的爆发,2019年底,湖北武汉首次出现了新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的肺炎疫情,该疫情传播速度很快,很快波及中国大多数省份,以及多个海外国家。
我国科学家很早就分理出了有活性的新冠病毒,但直接分享从病人体内分离的或病毒在实际中有着种种限制,活病毒对于疾病诊断、动物模型建立、中间宿主确认、疫苗研发等至关重要。但是通过化学合成来构建新型冠状病毒(SARS-CoV-2),可以绕过这一限制,无需从病人体内分离,即可获得有活性的病毒,而且还可以对病毒的单个基因进行遗传修饰和功能表征。
如今,向遗传学(Reverse genetics)已成为必不可少的工具,它彻底改变了我们对病毒致病机制和疫苗开发的见解。
但是,例如冠状病毒这种大型RNA病毒,由于基因组大小的问题,很难在大肠杆菌中进行克隆和操纵,因此需要另一种快速而强大的反向遗传学平台进行研究。
瑞士学者人工合成出新冠病毒 能在一周之内生产或改造出大量活病毒
因此,研究人员另辟蹊径,将新冠病毒基因组的反义DNA拆解成12个长0.5-3.4 kbp具有重叠末端序列的DNA片段,并加入绿色荧光蛋白GFP序列,便于后续感染细胞实验的检测和观察。
利用酿酒酵母中的同源重组系统,使得反义DNA在酵母菌中重组成完整的基因序列。

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然后,在体外用T7 RNA聚合酶将反义DNA转录成为有感染性的病毒RNA。通过电穿孔将RNA导入后,发现正常的 Vero E6 细胞能够被感染并发出荧光。

瑞士学者人工合成出新冠病毒 能在一周之内生产或改造出大量活病毒

此外,研究团队展示了基于酵母的合成基因组学平台的完整功能,可用于多种快速重建多种RNA病毒,包括冠状病毒科黄病毒科副粘病毒科的成员。

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研究的意义

该研究开发了一种基于合成基因组学的重建大型RNA病毒的系统,能够快速合成大量有活性的新型冠状病毒(SARS-CoV-2),以及其他RNA病毒,该系统无需临床样本,即可向卫生当局和实验室提供有活性的病毒样本。

随着新型冠状病毒(SARS-CoV-2)爆发,病毒可能会出现基因序列变异和表型变化,利用这一系统,能够快速这些变异引入,并实时表征新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的功能。

总的来说,这项研究开发的新系统,突破了病毒来源的限制,能够在短时间内(一周)大量生产或改造活性病毒,以用于疾病诊断、动物模型建立、中间宿主确认、疫苗研发等研究。

更重要的是,RNA病毒的变异能力较强,新冠病毒作为一种大型RNA病毒,也存在变异风险,这项新技术能够快速合成构建变异病毒,并进行实时表征,对实时变化的疫情做出更快速的反应。

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

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