上??萍即髮W生物電鏡中心助力,Science發表解析非洲豬瘟病毒結構重大科研成果

ON2019-10-18文章來源 上??萍即髮WCATEGORY新聞

2019年豬肉價格牽動著廣大民眾的心,9月CPI同比漲幅“破3”,而推升CPI的主要原因就是從去年下半年非洲豬瘟傳入我國后導致豬肉價格的上漲。我國是全世界最大的豬肉生產和消費國,生豬產業在國民經濟發展和人民群眾生活中具有重要作用,做好非洲豬瘟病毒的基礎研究和非洲豬瘟的防控工作,是我國傳染病相關領域科學家的重要責任與義務。

2018年8月3日,農業農村部新聞辦公室通報我國首例非洲豬瘟疫情,隨后病毒很快傳播到全國大部分地區,造成超過千億人民幣的經濟損失。目前迫切需要研發有效的疫苗和防疫手段,用于控制及預防非洲豬瘟疫情。

上科大特聘教授、中國科學院生物物理研究所饒子和院士多年來一直聚焦新發再發重大傳染病相關的病毒和細菌方面的研究并取得了多項重要研究成果。他的團隊曾于2003年在國際上率先攻克SARS病毒中的關鍵蛋白結構,為我國成功控制SARS疫情做出了重要貢獻。2018年12月,饒子和院士帶領其生物物理研究所和上??萍即髮W聯合團隊及哈爾濱獸醫研究所歩志高團隊,決定盡快攻克非洲豬瘟病毒結構并為研發高效安全的疫苗提供重要的結構信息。

該聯合研究團隊迅速成功分離出國內正在爆發的非洲豬瘟病毒流行株,但由于該病毒的尺度巨大,對冷凍電鏡資源的需求成為巨大瓶頸。上??萍即髮W領導及同行專家對此課題進行了全面的評估分析,考慮到該團隊應國家之重大需求,解國家之所難,研究工作具有顯著的科學意義和社會效益,于是協調上??萍即髮W生物電鏡中心在2019年2月至5月試運行期間全力以赴創造條件集中支持該工作進行冷凍電子顯微數據的收集工作。最終饒院士團隊累計獲得了7萬余張合計超過100 TB的高質量顯微照片,完整病毒顆粒接近6萬5千顆,并最終成功解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結構。該項重大研究成果以題為《Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viralassembly(非洲豬瘟病毒結構及裝配機制)》的研究長文,于2019年10月17日在《Science》在線發表。該研究采用單顆粒三維重構方法首次解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結構,闡明病毒的結構特征,揭示非洲豬瘟病毒潛在的保護性抗原和關鍵抗原表位信息,并提出了非洲豬瘟病毒可能的組裝機制,為開發效果佳、安全性高的新型非洲豬瘟疫苗奠定基礎。這是中國科學院生物物理研究所饒子和/王祥喜團隊和哈爾濱獸醫研究所歩志高團隊聯合上??萍即髮W等單位,從2018年12月開始對非洲豬瘟病毒顆粒和相關抗原分子從基礎科研到高效疫苗多方面聯合攻關的重大研究成果。

近百年來,非洲豬瘟病毒首次進入我國,這是我國科學家基礎研究領域的重大研究成果,首戰告捷,解析了非洲豬瘟病毒精細結構,也是饒子和院士領導的研究團隊繼2003年SARS后,又一次在關鍵時刻勇挑重擔為國家疾病防控貢獻知識力量,更是基礎研究面向國家重大戰略需求的一個成功范例。

生物電鏡中心是上??萍即髮W的重大基礎科學平臺設施之一,已部署安裝國際上最先進的300kV冷凍透射電鏡2臺,200kV冷凍透射電鏡1臺,120kV透射電鏡2臺,光電關聯顯微鏡、高壓冷凍、冷凍切片等配套樣本制備設備齊全,具有較為全面的冷凍電鏡數據圖像采集、存儲和高性能計算處理系統。中心于2018年8月開始主體設施的安裝調試,并于12月進入試運行階段,目前已經形成為科研團隊提供完備的電子顯微成像技術支撐和服務的能力。

上??萍即髮W生物電鏡中心300kV場發射透射電子顯微鏡

生物電鏡中心在非洲豬瘟病毒結構解析這一重大成果的獲得中發揮了不可替代的支撐作用。冷凍電子顯微成像技術是解析亞細胞和生物大分子高分辨三維結構的有力手段,研究對象涉及不同的結構層次,廣泛應用于結構生物學、細胞生物學及相關領域的研究工作中,上??萍即髮W生物電鏡中心以服務于結構生物學、細胞生物學及相關領域的研究為目標,生物電鏡中心的建成也標志著上??萍即髮W在結構生物學和藥物開發等科學領域進入了快速發展階段,生物電鏡中心作為公共服務平臺的重要組成部分,未來將面向新藥開發、疾病診斷等領域的企業和科研機構開放使用,發揮設備最大使用效益,為上海市和浦東新區在相關領域科研成果轉化提供強有力的支撐。

上??萍即髮W曾在國際上發表大麻素受體(2016年10月《Cell》、2017年7月《Nature》、2019年1月《Cell》)、人源胰高血糖素樣肽-1受體(2017年5月《Nature》)、五羥色胺2C受體三維結構(2018年2月《Cell》)、卷曲受體(2018年8月《Nature》)及結核分枝桿菌關鍵藥靶蛋白結構(2019年1月《Cell》)等重要結構功能研究領域的多項高水平、系統性研究成果。此次上科大生物電鏡中心團隊在支持國家重大需求的關鍵時刻克服人手少、團隊年輕和經驗不足等困難,最終為攻克非洲豬瘟結構研究提供了重要支撐。這也是重大科學研究課題與基礎科學設施建設同步推進,凸顯跨單位合作、發揮上科大科教融合優勢的典型成功案例。

上??萍即髮W致力于服務國家經濟社會發展戰略,積極投身上??苿撝行慕ㄔO,持續發力于關乎國計民生的科研領域,秉承“立志、成才、報國、裕民”的育人理念,近年來取得了一系列的重大突破和成果。

【延伸閱讀:非洲豬瘟與非洲豬瘟病毒】

非洲豬瘟是由非洲豬瘟病毒引起的家豬、野豬的一種急性、熱性、高度接觸性動物傳染病,所有品種和年齡的豬均可感染,發病率和死亡率高可達100%。世界動物衛生組織將其列為法定報告動物疫病,我國也將其列為一類動物疫病。

非洲豬瘟病毒是一類古老的病毒,早在1921年在非洲肯尼亞首次發現,至今有約100年的歷史。近百年來,非洲豬瘟病毒從非洲傳播至歐洲、南美洲、亞洲等多個國家。近一年來,非洲豬瘟病毒傳播速度明顯加快,呈現愈演愈烈趨勢,據國際動物健康組織通報數據顯示,2019年1月至2019年10月期間,曾爆發或者正在爆發非洲豬瘟疫情的國家有26個,包含13個歐洲國家、10個亞洲國家和3個非洲國家,其中亞洲幾個國家的疫情尤為嚴重。


非洲豬瘟病毒整體結構(左:5層切面圖;右:衣殼層整體結構)

2013年以來研究團隊解析了五類三十余種全病毒原子分辨率的結構,從結構比較中可以看到非洲豬瘟病毒(ASFV)是一個十分巨大、復雜的病原體


文章鏈接:https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/16/science.aaz1439.full