Nature|科學家設計出一種培育冠狀病毒的新方法

　　冠狀病毒已經在本世紀引發了三次重大疾病爆發，包括COVID-19大流行，科學家們懷疑潛伏在自然界中的其他家族成員威脅著人類。但是，這些病原體中的許多都很難在實驗室中生長，這使得在它們襲擊之前研究它們并制定對策成為一項挑戰。

　　現在，研究人員設計了一種策略來規避這個問題。科學家們在《Nature》雜志上報道說，他們已經為人類細胞配備了定制設計的受體，病毒可以與受體結合并利用受體潛入細胞內。這項研究使用了“病毒學、免疫學、生物化學、分子建模和細胞生物學交叉領域的前沿工作”，約翰霍普金斯大學彭博公共衛生學院的微生物學家和免疫學家Arturo Casadevall說，他沒有參與這項研究。

　　然而，批評人士說，這種方法的副產品可能是對新發現的冠狀病毒進行更多的研究，因此意外感染實驗室工作人員甚至引發疫情的風險更大。研究負責人、武漢大學的Huan Yan說，作者認識到了這種擔憂。“總的來說，我們認為使用（這種策略）的好處超過了與這些研究活動相關的潛在風險。”該論文的作者包括美國和瑞士的科學家，還有Shi Zhengli，他在武漢病毒研究所的前實驗室被指控“泄露”了導致COVID-19大流行的SARS-CoV-2病毒。（施目前在廣州實驗室工作。）

　　除了COVID-19大流行之外，冠狀病毒還導致了2003年嚴重急性呼吸系統綜合癥（SARS）的全球流行，SARS是由一種現在被命名為SARS -cov的病毒引發的，中東呼吸綜合征是一種主要由駱駝傳播的疾病，2012年爆發，偶爾仍有人生病。（這三種病毒都是由冠狀病毒引起的，冠狀病毒是冠狀病毒群的四個屬之一。）

　　自然界中還有數千種其他冠狀病毒，其中大多數可能生活在蝙蝠體內。在大多數情況下，科學家們只檢測到這些病毒的基因組，或它們的一部分，但他們還沒有分離出真正的病毒本身。即使他們可以，這樣的病毒在實驗室里也很難生長。

　　要進入細胞，冠狀病毒表面的所謂“刺突”蛋白質——賦予其冠狀外觀的特征——必須與細胞上的匹配受體結合，就像鑰匙能鎖上鎖一樣。到目前為止，科學家們只發現了少數幾種冠狀病毒受體，包括血管緊張素轉換酶2 (ACE2)，這是SARS-CoV、SARS-CoV-2和其他幾種冠狀病毒最重要的受體。例如，ACE2廣泛存在于肺細胞中，這解釋了病毒產生的一些呼吸道癥狀。

　　當研究人員有了冠狀病毒的基因組序列后，他們就可以生產出它的刺突蛋白。Yan的團隊專門研究受體生物學，他想知道這些刺突蛋白是否可以幫助他使用各種構建塊從零開始構建受體，并將這些人造受體粘附到人類或動物細胞的膜上。

　　為此，該團隊從已知冠狀病毒受體的部分構建了“支架”，包括ACE2。然后，它將定制的“病毒結合域”——與刺突蛋白匹配的受體的一部分——連接到支架上。科學家們使用了多種技術來優化支架和病毒結合域。結果表明，一些功能最好的受體，其病毒結合域是所謂的納米體，即附著在刺突蛋白上的常規抗體的更小版本。

　　該團隊最初使用所謂的假病毒測試了其受體的工作情況，假病毒是缺乏大部分冠狀病毒基因組的病毒顆粒，因此不構成生物安全風險。研究人員還與Shi一起，在更嚴格的生物安全條件下用真正的病毒對它們進行了測試。

　　該小組試圖制造的第一個人工受體是針對SARS-CoV-2的；最終，科學家們開發出了一種與ACE2一樣有效的酶，但其氨基酸序列完全不同。在原理證明之后，他們為來自六個亞屬的其他12種冠狀病毒制作了定制受體。大多數只從基因序列中識別出來，它們的天然受體是未知的。

　　科學家們還展示了如何從一只蝙蝠的肛門拭子中分離并培養一種名為HKU5的冠狀病毒，使用的是帶有定制受體的人類細胞系。同樣的策略可以應用于分離和研究其他冠狀病毒。Yan說，在未來，研究人員可以創造出表達新型冠狀病毒受體的轉基因動物，并可以模擬它如何感染和使人生病。

　　Yan說，這樣的研究可能有助于開發新的抗病毒藥物和疫苗，他補充說，這項技術還可以為病毒入侵機制和受體發揮的確切作用提供新的見解。他說，他的團隊正在探索這種策略是否可以應用于其他類型的人類病毒，并且已經獲得了“一些有希望的結果”。

　　“這是一篇非常好的論文”，可以開辟許多研究途徑，國家過敏和傳染病研究所（NIAID）的病毒學家Vincent Munster說。他稱使用納米體制造受體是“非常有創意的一步”。

　　然而，這種新方法引發了新的生物安全問題。科學家們已經在細胞和動物身上培養出了許多不同的病毒，但定制受體技術可能會從一個被懷疑擁有令人討厭的驚喜的群體中增加更多的病毒。Yan和他的同事們建議采取一些預防措施，比如在分離新病毒之前先用假病毒進行實驗，以評估生物安全風險。作者還說，當在細胞中培養病毒時，研究人員應該尋找生物變化和突變，這些變化和突變標志著對人類細胞的適應。此外，嚴在一封電子郵件中寫道：“我們不建議隔離對人類有未知風險的各種冠狀病毒。”

　　然而，最終，“無論我們是否對這些病毒進行研究，它們都已經存在于自然界中，”他說。“在這些潛在威脅蔓延到人類群體之前，了解它們的脆弱性是有益的。”

　　其他人則不那么肯定。德克薩斯大學醫學分部的病毒學家James Le Duc說，這篇新論文以及預測蛋白質結構和人工智能在生物科學中的其他影響方面的進展表明，“很明顯，我們減輕風險的國家和國際政策未能跟上快速發展的技術。”他指出了另一個擔憂：“在這種高度專業化的研究中，很難找到能夠識別并建議減輕潛在風險的步驟的合格的獨立評審人員，”Le Duc說。“顯然，這是一個值得探討的問題。”

　　論文中描述的部分工作是由華盛頓大學的David Veesler實驗室在NIAID和其他美國資助者的支持下完成的。維勒沒有回復記者通過電子郵件發來的采訪請求。

　　Casadevall對所謂的雙重用途研究（其研究結果可用于好的方面，也可用于壞的方面）有著濃厚的興趣，他對這種新方法持懷疑態度。“像大多數新的生物技術一樣，這種技術具有雙重用途的潛力，”他說。“但我關注的是它幫助人類對抗新病毒的潛力，以及它可能導致新療法的可能性。”