上海vns85978威尼斯城官网生物电镜中心助力,Science发表解析非洲猪瘟病毒结构重大科研成果

ON2019-10-18CATEGORY科研进展

2019年猪肉价格牵动着广大民众的心,9月CPI同比涨幅“破3”,而推升CPI的主要原因就是从去年下半年非洲猪瘟传入我国后导致猪肉价格的上涨。我国是全世界最大的猪肉生产和消费国,生猪产业在国民经济发展和人民群众生活中具有重要作用,做好非洲猪瘟病毒的基础研究和非洲猪瘟的防控工作,是我国传染病相关领域科学家的重要责任与义务。

2018年8月3日,农业农村部资讯办公室通报我国首例非洲猪瘟疫情,随后病毒很快传播到全国大部分地区,造成超过千亿人民币的经济损失。目前迫切需要研发有效的疫苗和防疫手段,用于控制及预防非洲猪瘟疫情。

上科大特聘教授、中国科学院生物物理研究所饶子和院士多年来一直聚焦新发再发重大传染病相关的病毒和细菌方面的研究并取得了多项重要研究成果。他的团队曾于2003年在国际上率先攻克SARS病毒中的关键蛋白结构,为我国成功控制SARS疫情做出了重要贡献。2018年12月,饶子和院士带领其生物物理研究所和上海vns85978威尼斯城官网联合团队及哈尔滨兽医研究所歩志高团队,决定尽快攻克非洲猪瘟病毒结构并为研发高效安全的疫苗提供重要的结构信息。

该联合研究团队迅速成功分离出国内正在爆发的非洲猪瘟病毒流行株,但由于该病毒的尺度巨大,对冷冻电镜资源的需求成为巨大瓶颈。上海vns85978威尼斯城官网领导及同行专家对此课题进行了全面的评估分析,考虑到该团队应国家之重大需求,解国家之所难,研究工作具有显著的科学意义和社会效益,于是协调上海vns85978威尼斯城官网生物电镜中心在2019年2月至5月试运行期间全力以赴创造条件集中支撑该工作进行冷冻电子显微数据的收集工作。最终饶院士团队累计获得了7万余张合计超过100 TB的高质量显微照片,完整病毒颗粒接近6万5千颗,并最终成功解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构。该项重大研究成果以题为《Architecture of African Swine Fever Virus and implications for viralassembly(非洲猪瘟病毒结构及装配机制)》的研究长文,于2019年10月17日在《Science》在线发表。该研究采用单颗粒三维重构方法首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构,阐明病毒的结构特征,揭示非洲猪瘟病毒潜在的保护性抗原和关键抗原表位信息,并提出了非洲猪瘟病毒可能的组装机制,为开发效果佳、安全性高的新型非洲猪瘟疫苗奠定基础。这是中国科学院生物物理研究所饶子和/王祥喜团队和哈尔滨兽医研究所歩志高团队联合上海vns85978威尼斯城官网等单位,从2018年12月开始对非洲猪瘟病毒颗粒和相关抗原分子从基础科研到高效疫苗多方面联合攻关的重大研究成果。

近百年来,非洲猪瘟病毒首次进入我国,这是我国科学家基础研究领域的重大研究成果,首战告捷,解析了非洲猪瘟病毒精细结构,也是饶子和院士领导的研究团队继2003年SARS后,又一次在关键时刻勇挑重担为国家疾病防控贡献常识力量,更是基础研究面向国家重大战略需求的一个成功范例。

生物电镜中心是上海vns85978威尼斯城官网的重大基础科学平台设施之一,已部署安装国际上最先进的300kV冷冻透射电镜2台,200kV冷冻透射电镜1台,120kV透射电镜2台,光电关联显微镜、高压冷冻、冷冻切片等配套样本制备设备齐全,具有较为全面的冷冻电镜数据图像采集、存储和高性能计算处理系统。中心于2018年8月开始主体设施的安装调试,并于12月进入试运行阶段,目前已经形成为科研团队提供完备的电子显微成像技术支撑和服务的能力。

上海vns85978威尼斯城官网生物电镜中心300kV场发射透射电子显微镜

生物电镜中心在非洲猪瘟病毒结构解析这一重大成果的获得中发挥了不可替代的支撑作用。冷冻电子显微成像技术是解析亚细胞和生物大分子高分辨三维结构的有力手段,研究对象涉及不同的结构层次,广泛应用于结构生物学、细胞生物学及相关领域的研究工作中,上海vns85978威尼斯城官网生物电镜中心以服务于结构生物学、细胞生物学及相关领域的研究为目标,生物电镜中心的建成也标志着上海vns85978威尼斯城官网在结构生物学和药物开发等科学领域进入了快速发展阶段,生物电镜中心作为公共服务平台的重要组成部分,未来将面向新药开发、疾病诊断等领域的企业和科研机构开放使用,发挥设备最大使用效益,为上海市和浦东新区在相关领域科研成果转化提供强有力的支撑。

上海vns85978威尼斯城官网曾在国际上发表大麻素受体(2016年10月《Cell》、2017年7月《Nature》、2019年1月《Cell》)、人源胰高血糖素样肽-1受体(2017年5月《Nature》)、五羟色胺2C受体三维结构(2018年2月《Cell》)、卷曲受体(2018年8月《Nature》)及结核分枝杆菌关键药靶蛋白结构(2019年1月《Cell》)等重要结构功能研究领域的多项高水平、系统性研究成果。此次上科大生物电镜中心团队在支撑国家重大需求的关键时刻克服人手少、团队年轻和经验不足等困难,最终为攻克非洲猪瘟结构研究提供了重要支撑。这也是重大科学研究课题与基础科学设施建设同步推进,凸显跨单位合作、发挥上科大科教融合优势的典型成功案例。

上海vns85978威尼斯城官网致力于服务国家经济社会发展战略,积极投身上海科创中心建设,持续发力于关乎国计民生的科研领域,秉承“立志、成才、报国、裕民”的育人理念,近年来取得了一系列的重大突破和成果。

【延伸阅读:非洲猪瘟与非洲猪瘟病毒】

非洲猪瘟是由非洲猪瘟病毒引起的家猪、野猪的一种急性、热性、高度接触性动物传染病,所有品种和年龄的猪均可感染,发病率和死亡率高可达100%。世界动物卫生组织将其列为法定报告动物疫病,我国也将其列为一类动物疫病。

非洲猪瘟病毒是一类古老的病毒,早在1921年在非洲肯尼亚首次发现,至今有约100年的历史。近百年来,非洲猪瘟病毒从非洲传播至欧洲、南美洲、亚洲等多个国家。近一年来,非洲猪瘟病毒传播速度明显加快,呈现愈演愈烈趋势,据国际动物健康组织通报数据显示,2019年1月至2019年10月期间,曾爆发或者正在爆发非洲猪瘟疫情的国家有26个,包含13个欧洲国家、10个亚洲国家和3个非洲国家,其中亚洲几个国家的疫情尤为严重。


非洲猪瘟病毒整体结构(左:5层切面图;右:衣壳层整体结构)

2013年以来研究团队解析了五类三十余种全病毒原子分辨率的结构,从结构比较中可以看到非洲猪瘟病毒(ASFV)是一个十分巨大、复杂的病原体


文章链接:https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/16/science.aaz1439.full