饒子和/王祥喜/歩志高研究團(tuán)隊(duì)合力解析非洲豬瘟病毒顆粒精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，助力新型疫苗開(kāi)發(fā)  （BioArt）

應(yīng)國(guó)家之所需，解國(guó)家之所難，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所饒子和/王祥喜團(tuán)隊(duì)和哈爾濱獸醫(yī)研究所歩志高團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上�？萍即髮W(xué)、清華大學(xué)、微生物所、武漢病毒所、南開(kāi)大學(xué)等單位，于2018年12月開(kāi)始對(duì)非洲豬瘟病毒顆粒和相關(guān)抗原分子從基礎(chǔ)科研到臨床檢測(cè)以及高效疫苗多方面的聯(lián)合攻關(guān)研究。

2019年10月17日，饒子和/王祥喜團(tuán)隊(duì)和歩志高團(tuán)隊(duì)合作在Science上發(fā)表了題為Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viral assembly（非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及裝配機(jī)制）的文章，全面解析了非洲豬瘟病毒顆粒精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，該研究成果將助力新型疫苗開(kāi)發(fā)，對(duì)今后控制豬瘟病毒具有重大意義。

據(jù)悉，該研究成功分離出國(guó)內(nèi)正在爆發(fā)的非洲豬瘟病毒流行株，由于該病毒的尺度巨大，數(shù)據(jù)收集是一個(gè)特別巨大的挑戰(zhàn)，為此研究團(tuán)隊(duì)借助上海科技大學(xué)機(jī)時(shí)非常緊張的生物冷凍電鏡，在該電鏡平臺(tái)上連續(xù)進(jìn)行了四個(gè)月高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集，獲得了超過(guò)100 T的海量數(shù)據(jù)，采用單顆粒三維重構(gòu)的方法首次解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結(jié)構(gòu)，闡明了非洲豬瘟病毒獨(dú)有的5層（外膜、衣殼、雙層內(nèi)膜、核心殼層和基因組）結(jié)構(gòu)特征，病毒顆粒包含3萬(wàn)余個(gè)蛋白亞基，組裝成直徑約為260納米的球形顆粒，是目前解析近原子分辨率結(jié)構(gòu)的最大病毒顆粒。

非洲豬瘟病毒整體結(jié)構(gòu)（左：5層切面圖；右：衣殼層整體結(jié)構(gòu)）

該研究新鑒定出非洲豬瘟病毒多種結(jié)構(gòu)蛋白，搭建了主要衣殼蛋白p72等原子模型，揭示了非洲豬瘟病毒多種潛在的保護(hù)性抗原和關(guān)鍵抗原表位信息，闡述了結(jié)構(gòu)蛋白復(fù)雜的排列方式和相互作用模式，提出了非洲豬瘟病毒可能的組裝機(jī)制，為揭示非洲豬瘟病毒入侵宿主細(xì)胞以及逃避和對(duì)抗宿主抗病毒免疫的機(jī)制提供了重要線索，為開(kāi)發(fā)效果佳、安全性高的新型非洲豬瘟疫苗奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2013年以來(lái)饒子和院士研究團(tuán)隊(duì)解析了五類(lèi)三十余種全病毒原子分辨率的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)比較中可以看到非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個(gè)十分巨大、復(fù)雜的病原體

中國(guó)科學(xué)家全球首次解析非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu) 為疫苗研發(fā)提供重要依據(jù)  （新民晚報(bào)）

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所饒子和/王祥喜團(tuán)隊(duì)和哈爾濱獸醫(yī)研究所歩志高團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海科技大學(xué)、清華大學(xué)等單位，針對(duì)非洲豬瘟病毒顆粒和相關(guān)抗原分子，去年12月開(kāi)啟從基礎(chǔ)科研到高效疫苗多方面聯(lián)合攻關(guān)研究。昨天，研究成果“非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及裝配機(jī)制”在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上在線發(fā)表。

記者了解到，饒子和院士于2012年受聘上海科技大學(xué)，擔(dān)任特聘教授，他本月末將來(lái)滬參加第二屆世界頂尖科學(xué)家論壇，并就該項(xiàng)最新研究做主旨演講。2015年阿爾巴尼生物醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者謝曉亮、2016年麥克阿瑟天才獎(jiǎng)獲得者余金權(quán)等多位知名華人科學(xué)家也將亮相本次論壇。

圖說(shuō)：饒子和院士在上科大與學(xué)生交流 來(lái)源/采訪對(duì)象供圖（下同）

今年疫情波及三大洲

非洲豬瘟是一種由非洲豬瘟病毒（ASFV）引起的急性、熱性、接觸性動(dòng)物疫病，所有品種和年齡的豬均可感染，發(fā)病率和病死率達(dá)100%。該病毒耐酸不耐堿、耐冷不耐熱，世界動(dòng)物衛(wèi)生組織將其列為法定報(bào)告動(dòng)物疫病，我國(guó)將其列為一類(lèi)動(dòng)物疫病。由于非洲豬瘟病毒基因類(lèi)型多，免疫逃逸機(jī)制復(fù)雜，可逃避宿主免疫細(xì)胞的清除，目前國(guó)內(nèi)外均缺乏有效疫苗。

自1921年在非洲肯尼亞首次發(fā)現(xiàn)至今，該病毒已有近百年歷史，從非洲傳播至歐洲、南美洲、亞洲。近一年來(lái)，傳播速度明顯加快，國(guó)際動(dòng)物健康組織通報(bào)數(shù)據(jù)顯示，今年1月至10月，曾爆發(fā)或正在爆發(fā)疫情的國(guó)家和地區(qū)有26個(gè)，其中歐洲13個(gè)、亞洲10個(gè)、非洲3個(gè)，亞洲的疫情尤為嚴(yán)重。需要指出的是，非洲豬瘟不是人畜共患病，不會(huì)感染人。

團(tuán)隊(duì)“泡”在上海近五月

冷凍電子顯微成像技術(shù)是解析亞細(xì)胞和生物大分子高分辨三維結(jié)構(gòu)的有力手段。從今年2月4日除夕開(kāi)始，饒子和院士及其團(tuán)隊(duì)就“泡”在了上�？萍即髮W(xué)。“在生物冷凍電鏡機(jī)時(shí)特別緊張的情況下，上科大為我們大開(kāi)綠燈，團(tuán)隊(duì)得以在生物電鏡中心連續(xù)開(kāi)展了近5個(gè)月高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集，累計(jì)獲得了7萬(wàn)余張合計(jì)超過(guò)100TB的高質(zhì)量顯微照片，完整病毒顆粒接近6.5萬(wàn)顆。”饒子和表示。

圖說(shuō)：上�？萍即髮W(xué)生物電鏡中心300kV場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡

據(jù)介紹，生物電鏡中心是該校重大基礎(chǔ)科學(xué)平臺(tái)設(shè)施之一，具有較為全面的冷凍電鏡數(shù)據(jù)圖像采集、存儲(chǔ)和高性能計(jì)算處理系統(tǒng)，目前已經(jīng)形成為科研團(tuán)隊(duì)提供完備的電子顯微成像技術(shù)支撐和服務(wù)能力，在非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)解析這一重大成果的獲得中發(fā)揮了不可替代的作用。

功夫不負(fù)有心人，研究團(tuán)隊(duì)首次在冷凍電鏡下得到了高分辨率的非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)。這是一種正二十面體的巨大病毒，由基因組、核心殼層、雙層內(nèi)膜、衣殼和外膜組成，病毒顆粒包含3萬(wàn)余個(gè)蛋白亞基，組裝成直徑約260納米的球形顆粒，這也是目前解析近原子分辨率結(jié)構(gòu)的最大病毒顆粒。

病毒結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像套娃

非洲豬瘟病毒的結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像俄羅斯套娃，外層衣殼保護(hù)著內(nèi)層蛋白和核酸結(jié)構(gòu)。該病毒形態(tài)遠(yuǎn)大于一般病毒，這也為科研人員的結(jié)構(gòu)觀測(cè)增添了不少難度——每張照片只能容下1個(gè)完整病毒顆粒，需要通過(guò)精挑細(xì)選才能獲得理想的電鏡圖片。上�？萍即髮W(xué)iHuman研究所所長(zhǎng)劉志杰補(bǔ)充說(shuō)，由于體積過(guò)大，病毒柔性也大，因此團(tuán)隊(duì)只能采用非常規(guī)單顆粒三維重構(gòu)的方法。“饒?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)還升級(jí)了結(jié)構(gòu)解析程序軟件，以適應(yīng)解析該病毒的特殊需求。”

圖說(shuō)：從結(jié)構(gòu)比較中可以看到非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個(gè)十分巨大、復(fù)雜的病原體

觀全貌告別“盲人摸象”

“這是國(guó)際上首次解析非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全意義重大。”劉志杰評(píng)價(jià)，“以前對(duì)非洲豬瘟病毒的了解，更像是‘盲人摸象’。如今‘看到’了病毒全貌，修正了此前的部分錯(cuò)誤判斷，之后的疫苗研發(fā)可以更有針對(duì)性。”

饒子和院士多年來(lái)一直聚焦新發(fā)再發(fā)重大傳染病相關(guān)的病毒和細(xì)菌方面的研究并取得了多項(xiàng)重要研究成果。他的團(tuán)隊(duì)曾于2003年在國(guó)際上率先攻克SARS病毒中的關(guān)鍵蛋白結(jié)構(gòu)，為我國(guó)成功控制SARS疫情做出了重要貢獻(xiàn)。在他看來(lái)，生豬產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活中具有不可替代的作用，做好非洲豬瘟病毒的基礎(chǔ)研究和防控工作，是我國(guó)傳染病相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家的責(zé)任與義務(wù)。