1918病毒的完整基因組排序全部完成,重組1918病毒鮮活版的必要信息已經就緒。首先需要構建病毒八個基因片段的質粒。質粒是微小的圓環狀DNA鏈,可以在實驗室放大或復制。這項工作由紐約孟山都醫學院著名的微生物學家彼得·佩爾斯(Dr. Peter Palese)和阿道爾夫·加西亞-薩斯特(Dr. Adolfo Garcia-Sastre)來完成。佩爾斯的方法使人們可以研究病毒基因結構和功能之間的關系,為重組1918病毒使用的技術鋪墊了道路。在孟山都完成構建質粒之后,將其送到CDC,正式開始病毒重組。
首先要關注安全問題。政府高級官員決定位于亞特蘭大的CDC總部作為重組的地點。CDC執行了雙重核準程序:首先是CDC的機構生物安全委員會核準,其次是機構動物保護和使用委員會核準,然后才開始實驗室工作。工作的實施遵循嚴格的生物安全和生物防護措施和設備標準,包括使用加強生物安全三級(BSL-3,即我們現在已經相當熟悉的P3)措施和設備。實驗者的防護包括但不限于使用空氣凈化呼吸器、雙重手套、外科制服、鞋套,在離開實驗室之前必須淋浴。所有與病毒和動物相關的工作必須在二級生物安全工作間操作,實驗室的空氣流有導向操控和過濾,不可能意外溢出實驗室。
作為安全措施之一,CDC中心主任辦公室還決定只有一人能獲得許可進入實驗室承擔這項重組病毒的極其重大責任,任命訓練有素的微生物學家特倫斯·坦佩(Terrence Tumpey)博士承擔這項工作。這項工作還得到美國國家衛生研究院(NIH)的全國過敏和感染疾病研究所的認可和協助。
特倫斯·坦佩曾經是佐治亞州東南家禽研究實驗室的美國農業部微生物學家,曾跟隨CDC微生物學家和流感專家杰奎琳·卡茲(Jacqueline Katz)從事博士后研究。此時他正式調任CDC專門從事流感病毒,包括1918病毒對人體影響的研究。重組病毒工作2005年夏天開始。為了降低同事和公眾的危險,特倫斯·坦佩被要求單獨進行這項工作,而且只能在同事下班離開實驗室回家之后進行。進入BSL-3E實驗室需要掃描指紋,只有通過掃描他的眼睛虹膜才能打開存儲病毒的冰箱。還要求他每天服用抗流感病毒藥物奧司他韋作為補充防范措施,他還被告知萬一被感染,將被隔離,不能與外界接觸。
借助反向基因技術,坦佩使用佩爾斯博士此前分別構建的1918病毒的八個基因片段的質粒,將其插入人體腎臟細胞,質粒然后指示細胞重組完整1918病毒的RNA。那年7月,同事們都在不斷詢問他是否獲得了1918病毒。病毒出現在細胞培養基中的那一天具有重大歷史意義。他給同事們發了一封措辭簡單的郵件:“個人的一小步,人類的一大步。”所有人都明白了其含義。接下來是研究和發現它致命的秘密。
2005年5月開始對重組病毒進行研究,2005年10月7日的《科學》雜志上發表論文,題為“重組的1918年西班牙流感病毒的特征”,記載了這項研究工作。研究評估了1918病毒的致病機理,進行了小白鼠動物實驗。研究者讓小白鼠感染病毒,觀察和記錄體重下降、病毒復制和百分之五十致死滴定量。還通過反向基因技術,設計了取自1918病毒和當代季節性流感A(H1N1)病毒的不同的基因組合,稱為“混合重組病毒”作為參照,同時感染其他小白鼠。
完全重組的1918病毒具有驚人的迅速自我復制能力。感染四天之后,在小白鼠肺組織中發現的1918病毒數量是作為參照的混合重組流感病毒數量的三萬九千倍。1918病毒對小白鼠具有相當高的致命力,有些小白鼠感染病毒后三天之內就死亡,在感染病毒兩天之內體重就下降百分之十三。1918病毒的致命性至少比混合重組病毒高一百倍。實驗表明1918病毒的HA基因在這方面起到了相當大的作用。當1918病毒的HA基因被當代人類季節性流感A(H1N1)的HA基因替換,并與1918病毒的其他七個基因結合,這樣混合重組的病毒不會致死小白鼠,也不會造成明顯的體重下降。
科學家另外進行了實驗來確定1918病毒感染是否還會擴散到小白鼠的其他重要器官,例如腦、心、肝和脾臟。實驗室檢測沒有在這些器官中發現病毒,說明1918病毒不會對病人造成系統感染。當年1918病毒廣泛記載的影響是肺部嚴重迅速的損害。1918疫情中的病人有肺部充液、嚴重肺炎和肺組織炎癥。在四天之內,感染1918病毒的小白鼠也具有類似的肺部并發癥,說明這是1918病毒嚴重性的獨具特征。
研究者還采用人肺細胞系來研究1918病毒對肺組織的作用。與小白鼠實驗類似,1918病毒數量迅速倍增,在人肺細胞中擴散,在人肺細胞中產生的病毒數量是作為參照的混合重組病毒的五十倍。這些實驗表明除了HA之外,1918病毒的聚合酶基因在病毒對人肺組織的感染力和毒性上也起到了重要作用。
另外一組實驗意在更好地了解1918病毒可能的禽類源頭。此前陶本博格等人做的實驗表明1918病毒基因片段更接近禽流感A(H1N1)病毒而非在其他哺乳動物身上發現的H1N1病毒。研究者想知道1918病毒是否像現代禽流感病毒那樣對于受精雞蛋有致命力。用受精十天的雞蛋做實驗表明1918病毒對受精雞蛋具有致命力,正如當代H1N1禽流感病毒。值得注意的是,使用人類季節性流感A(H1N1)病毒作為參照的實驗對小雞胚胎沒有同樣的毀滅性效果。另外,混合重組的流感病毒分別包含1918病毒二、五或七個基因,也不傷害小雞胚胎。與小白鼠和人肺細胞實驗類似,這些受精雞蛋實驗表明1918病毒的HA和聚合酶基因在其毒性上都起到了重要作用。
研究者確認,病毒的HA和聚合酶PB1病毒基因在其感染力和嚴重性上起到了特別重要的作用。但是選用若干而非全部1918病毒基因混合重組作為參照實驗表明,并非哪一單個病毒構成,而是所有基因組合在一起才使其具有如此高的危險性。相比之下,沒有任何其他用來實驗的人類流感病毒具有如此非同尋常的毒性。因此1918病毒獨具一格,是大自然、進化以及人與動物密切接觸所導致的獨特的致命產物。這也可以預示大自然在未來依舊有能力產生危害公眾健康的重大流行病。
1918年之后,世界經歷了三次大流行病。1957、1968和2009年。1957的H2N2和1968的H3N2兩次流感都導致全球一百萬人死亡,而2009年的H1N1流感第一年死亡人數則不到三十萬。因此人們也懷疑是否還會再次發生1918年這樣大規模的流行病。科學家認為雖然有這種可能,但畢竟一百年來人類在醫療、科技和社會條件方面都有了長足進步,能做出更好的準備來應對流行病。
一戰時擁擠的部隊
1918病毒本身固然劇毒,但還有其他因素也導致該病毒肆虐。1918年世界還處于大戰時期,士兵廣泛動員參軍打仗和返鄉等使病毒廣泛傳播;人們居住空間狹小,民間醫療條件匱乏,當時美國有百分之三十的醫療人員從軍;應對流行病的醫療技術和設施有限或基本不存在,沒有診斷技術,沒有疫苗,抗菌素尚未發明,沒有抗病毒藥品,更沒有重癥監護,醫護人員只能依靠支持手段;沒有地方、城市和國家之間的協同合作,有些地區只能采取一些緩解手段,例如關閉學校,禁止公共場所聚會,隔離等。
今天人類在健康科技、疾病監控、醫療、醫藥、疫苗和流行病預防上面取得了很大進步,生產出了感冒疫苗,每年更新,有治療流感的抗病毒藥品,在有可能暴露在病毒感染的情況下,還能用來預防。重要的是現在還有很多抗菌素用于治療細菌感染。現在有確診流感的測試手段,叫做RIDT,目前測試流感十五分鐘就能有結果,靈敏度達百分之五十到七十。還有“快速分子測定”,比RIDT更快速準確。WHO有全球監控網絡,協同各國疾控機構監測季節性流感病毒,監測新型流感病毒的出現。總之,全球協同合作,廣泛分享信息,應用現代醫療藥品和設施積極防治病毒感染,是人類應對大流行病的有效手段。
來源:上海書評;編譯:馮潔音;本文據美國CDC網站刊文The Deadliest Flu: the Complete Story of the Discovery and Reconstruction of the 1918 Pandemic Virus編譯;https://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/reconstruction-1918-virus.html
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