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          實驗室里搭建“模擬市場”再現病毒跨物種傳播過程

             2020-03-06 1559
          核心提示:作者 Richard Bowen,Alan Rudolph翻譯 吳娜編輯 戚譯引本文作者 Richard Bowen 為科羅拉多州立大學生物醫學科學教授,Alan Rudo
          作者 Richard Bowen,Alan Rudolph

          翻譯 吳娜

          編輯 戚譯引

          本文作者 Richard Bowen 為科羅拉多州立大學生物醫學科學教授,Alan Rudolph 為科羅拉多州立大學生物醫學科學教授、研究副校長。

          新型冠狀病毒(2019-nCoV)作為一種人類呼吸道病原體,現在正在全球傳播,而目前還沒有人能肯定地指出它確切的起源。早期的報告表明,病毒的來源是中國武漢的華南海鮮市場,那里陳列著各種各樣的動物,包括嚙齒動物、兔子、蝙蝠和其他野生動物,消費者可以直接接觸到它們。(編者注:后來的報告表明病毒并非來自華南海鮮市場,但這里仍然是一個重要的暴發點。)

          在過去的二十年里,世界上出現了多種流行病威脅,包括禽流感(H5N1)、非典、埃博拉、中東呼吸綜合征、基孔肯雅熱、寨卡病毒,以及現在的新型冠狀病毒。導致這些疾病的病毒,以及最近出現的所有病毒中大約三分之二的病毒,都是先出現在動物身上,然后感染了人類。

          這些事件無一例外都強調著,在疫情暴發期間,生態系統的多個部分都在發揮作用。例如,野生蝙蝠和嚙齒類動物攜帶大量有可能感染人類和動物的病毒。當這些野生動物被帶離它們的自然棲息地,與人類密切接觸時,原本非常罕見的傳播事件發生的可能性就增大了許多。

          這些病原體的跳躍過程很復雜,它們可以通過直接接觸或食用野味傳播,或是通過攜帶病菌的昆蟲傳播。而一系列環境條件都可能影響傳播,包括溫度、濕度、陽光、甚至季節性降雨和土壤條件。

          盡管自然界十分復雜,但了解潛在的大流行病原體及其動物和人類宿主如何相互作用,這個領域的研究方法卻相對簡單??茖W家通常一次只研究一個物種,在恒溫、恒濕和固定氣流條件下進行研究。這一策略顯然有助于研究人員了解傳染病的發展過程。

          但作為生物學家,我們相信通過更明確地承認自然界的復雜性,我們對新發傳染病的了解也將更加深入。我們在實驗室里建立了所謂的“人工生態系統”,來模擬現實世界中的復雜環境。這些系統幫助我們對病毒和其他病原體如何威脅全球產生了新的認識。

          portant;">重建活牲畜市場和谷倉

          毫無疑問,病原體從自然界的動物直接跳到人類身上是罕見的。但在像武漢這樣的市場中,有充分的機會發生各種類型的相互作用,促進病原體在物種間傳播。

          為了模擬這些場景,我們在實驗室里建立了人工生態系統。這樣,我們就可以研究當各種各樣的鳥類和哺乳動物都住在一起,并發生自由互動時,流感病毒等病原體的轉移和傳播。

          因為我們正在研究的病原體具有潛在的致死性和傳染性,我們需要非常小心,防止它們從實驗室中逃脫。我們在嚴格的生物防護條件下建立了這些生態系統:所有的廢氣都要經過過濾,工作人員要使用呼吸器、穿戴防護設備并在離開前淋浴。

          portant;">左圖為印度尼西亞的活動物市場,右圖為研究禽流感病毒跨物種傳播的人工市場,圖片通過生物安全控制三級實驗室窗口拍攝。圖片來源:Richard Bowen, CC BY-ND

          在對禽流感的研究中,我們制造了人造的谷倉,把鴨子、雞、鴿子、鶇和老鼠放在一起。它們自由進行互動,分享共同的飼料和水。就像在真正的谷倉里發生的那樣,白天老鼠從未在它們封閉的巢穴外面出現過,但錄像顯示它們到了夜間會在房間里四處奔跑,在水池里洗澡,并騷擾鴨子。然后,我們把一小群感染了病毒的鴨子引進房間,觀察病毒是如何傳播的。

          在另一套設置中,我們調查了另一種禽流感病毒在籠子里的雞、鵪鶉、野雞和兔子之間的傳播,就像在活禽市場上發生的一樣。此外,麻雀和鴿子在房間里自由活動,能夠與籠子里的動物互動。正如預期的那樣,由于排泄物向下流動,那些位于接種了病毒的鳥下方的鳥更有可能被感染。鵪鶉是最易受感染的。

          我們的人工生態系統方法已經有了重大發現。例如,我們能夠證明不同的鳥類和哺乳動物在人工谷倉或人工活動物市場中自由互動時,禽流感病毒會在它們之間傳播。我們發現在共享的水源中有大量的病毒積累。

          最近,我們創造了更復雜的人工生態系統,能夠調節溫度和濕度。我們甚至可以在生態系統中模擬刮風和下雨,使我們能夠評估促進病毒傳播的環境條件。

          portant;">來自人工生態系統的經驗教訓

          盡管在現實世界中這類相互作用的復雜性眾所周知,但研究新出現的病原體時,更典型的做法是一次只研究單一物種的感染。這在一定程度上是因為診斷或疫苗審批的監管程序,程序要求對單個動物模型的安全性和有效性進行明確的論證。

          我們希望這種新方法可以促進對病原體產生更實際的理解,例如它們如何在物種間傳播,包括如何跳躍到人類群體中;我們還希望這種方法將促進新的診斷測試、疫苗或療法的發展。

          我們的生態系統方案符合所謂的公共衛生的單一健康方法(One Health approach),這背后的理念是:人類健康與動物和環境的健康密不可分。建立混合生態系統模擬真實傳播場景,并對其中的自然宿主受到的感染進行研究,這對發展疾病控制辦法至關重要。

           
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