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刘科芳:病毒来袭,我们如何应对?

2025/3/26
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中科院格致论道讲坛

AI Deep Dive Transcript
People
刘科芳
Topics
刘科芳:我从事病毒研究多年,经历了MERS、埃博拉和新冠等多次疫情。在MERS疫情中,我亲眼目睹了中国公共卫生体系的高效反应,国际合作和快速反应对控制疫情至关重要。中国成功控制了MERS病毒的传播,避免了大规模疫情的发生。埃博拉病毒的致死率很高,在非洲的爆发与当地医疗条件和习俗有关。中国医疗队在埃博拉疫情防控中做出了重要贡献,实现了零感染。 进入21世纪以来,传染病几乎每时每刻都在我们身边。大部分感染人的冠状病毒来源于动物,自然界中存在大量潜在的感染人类的冠状病毒。我们需要从受体结合的角度评估冠状病毒的感染风险,利用假病毒等技术手段研究冠状病毒的感染机制,并利用结构生物学技术研究病毒受体结合的微观机制,为疫苗和药物的开发提供理论基础。 我们需要技术储备来应对未来可能发生的疫情,研发疫苗和药物至关重要。目前有七种疫苗研发策略,包括减毒活疫苗、灭活疫苗、重组蛋白疫苗、亚单位疫苗、病毒载体疫苗、抗体类药物和小分子抑制剂。我们开发了重组蛋白疫苗和单克隆抗体药物。 我们现在正处于一个AI带来的新的科技革命时代,AI技术可能在传染病防控和新药研发方面发挥重要作用,甚至为解决HIV疫苗研发难题提供新的思路。

Deep Dive

Shownotes Transcript

亲爱的同学们大家下午好我叫刘科方来自中国科学院微生物研究所今天很荣幸能够这样的一个机会来跟大家一起分享一下病毒来袭我们如何应对其实我们的目标

其实在《未来简案史》上开篇第一章就提到人类在发展的过程中始终面临着三大难题是什么呢是饥荒 瘟疫和战争那可见瘟疫在人类的发展史上实际上是

有很大的这种影响的作用的那么病毒呢也是引起瘟疫的重要的病源之一那么可能很多人病了以后呢会去医院去看病觉得大夫是我们这个健康的守护者其实呢在这个还有一群人在背后默默地为我们的健康付出很多但可能鲜有人知

然后这群人实际上就是从事公共卫生事业的这群人他们做一些公卫管理方面的工作还有一些新发生突发传染病的一些研究那么其实有一个事情在我读研究生的时候让我印象非常深刻那个时候就是全球所关注的一个非常重要的病源叫 MERS 病毒 MERS 病毒它实际上是 SARS 的

弟弟但是呢是新冠的哥哥它是冠状病毒叫中东呼吸综合征那听这个名字大家可能也能想象到这个病毒呢最早是 2012 年呢在中东地区发现的并且呢很快地在中东地区迅速地传播开来

那这个病毒呢它的致病死率在 35%左右而我们所熟悉的新冠病毒它的病死率大概是在 1%到 2%之间所以呢这个病毒它要比新冠更狠但是呢就是当时呢韩国有一个旅行者他从中东地区回去以后呢把这个病毒带到了韩国在韩国地区呢引起了这样的一个大爆发那么

这个当时呢导致韩国三万多人被隔离然后呢大概有 180 多人呢被确诊那其中呢有一个密接者呢他就从韩国乘飞机来到了中国香港再由香港呢入境中国大陆乘大巴到了惠州那么这个时候呢中国就收到了世界卫生组织的通知然后世界卫生组织告诉中国说这位密接者来到了中国他很可能呢是

很可能会感染因为他当时已经出现了发烧的症状所以当时中国就启动紧急预案那个时候我是温州医科大学和中国疾病预防控制中心病毒病所联合培养的硕士研究生我们的楼上就是我们病毒病所的应急技术中心

我的同学也在那边工作当时那天我记忆非常深刻那天晚上他们从上到主任下到科室的所有老师同学整个晚上没有睡觉他们做好了充足的准备等着样本的到来拿到样本以后他们迅速地对这个样本进行了检测而且经过反复多次确认确诊了这个人就是感染了 MERS 病毒

上报以后很快呢我们国家启动应急预案找到了跟他同城大巴的四十多个人找到以后呢对他们进行这个隔离关

观察那很庆幸这些人全都没有感染那我们中国到现在为止只有一例从韩国来的输入病例我们到现在这个病毒没有在我们中国传开大家想象一下如果当时没有这种广泛的国际合作没有世界卫生组织通知以及没有我们这些公卫人迅速的这样的一个反应如果这个病毒真的由这个

携带着然后带到了我们中国境内那个后果是不堪设想的要知道这个病毒它比新冠病毒致死性还要强而且它的传播路径它是靠飞沫传播的所以它的传播路径就决定了它非常容易的传播一旦它爆发起来以后那后果将是不敢设想的一个后果那么

我们知道有一句歌叫以前车马很慢书信很远但是现在随着科技的不断的进步我们也可以看到这是一个航线图其实我们现在从我们中国到世界上任何一个国家其实只是一个航班的距离

那么我们出国呢我们是需要护照的对吧但是病毒呢它要出去它不需要护照它只需要带到人身上人就把它带出去了那同时呢其实有一些病毒呢它可以带到它中间宿主上而有一些病毒你比如说像流感病毒

它的宿主呢实际上就是鸟类那我们知道鸟类它有个什么特性呢它是会随着季节进行猴鸟的迁徙在它迁徙的过程中它不需要护照就可以把流感病毒传播到世界上每一个角落所以呢这就是病毒它是没有国界的所以病毒的防控一定是需要国际合作的

那么在病毒进入国门之前我们需要做些什么事情呢其实在我读硕士研究生的时候还有另一个病毒在全球引起广泛的关注它叫埃博拉病毒就是大家看到的这个这个病毒呢它是一个丝状病毒那它也是一个出血热病毒它

感染人以后引起的一个症状是什么呢就是皮肤黏膜出血然后这个症状还是非常严重的那么它的病死率有多高呢有统计表明呢它这个不同批次的这个因为它有不同波的这种埃博拉疫情的爆发那它的有 25%到 90%其实它的这个病死率还是极高的那它呢在非洲地区发生了多次的这种疫情的爆发那么

为什么在非洲地区会爆发呢因为那边医疗条件是非常艰苦的这是其中的一个原因第二个原因是跟当地的一个习俗有关当地呢它有一个葬礼上有个习俗叫文礼就是亲吻死者的面部来送别死者那这个时候这个病毒呢它不是靠空气传播的它是靠接触传播的就给了病毒传播的机会然后就导致了它的传播那么

当时我们中国就组织了医疗队然后我的恩师高福院士当时是中国疾病预防控制中心的副主任他就作为第一批医疗队带队去了非洲进行了这样的一个援助其实第一批医疗队他们的任务还是非常艰巨的因为在那边的环境是非常陌生的大家知道埃博拉病毒它是生物安全级级吗

在生物安全领域里边分四级然后最高级别是四级艾布拉病毒它就属于四级的这种生物安全四级的病毒那大家所熟悉的新冠病毒它才是三级的病毒还有我刚才讲的 MERS 病毒它也是三级的病毒

所以就是埃博拉病毒它实际上是一个非常凶险的这样的一个病毒那在当时呢他们原住的这个地区呢叫塞拉利昂塞拉利昂国土面积大概呢相当于两个海南省这么大但是整个国家注册医师还不到一百人条件非常艰苦而且注册医师他们的能力跟我们的

有职业医师资格证的医生来比还差一些然后呢他们第一批过去的时候当时中国还援助了一个叫移动生物安全三级实验室然后呢他们

的任务是做检测任务你首先要确诊了因为它不是通过空气传播的你确诊了以后把病人隔离它相对来说还是好控制的然后呢他们主要是做检测任务但是呢在那个时候他们一开始拿到的样本里边竟然发现了裸露的针头因为这个针头肯定是

抽的可疑病人的血如果这个针头上面携带了病毒那这个针头在扎破了医务人员的手那它呢就有可能会有传播的这样的风险所以呢当时的任务还是比较重但很庆幸我们中国医疗队顺利地完成的任务实现了零感染而且我们在那边还建立了这样的一个固定生物安全三级实验室那么大家可以看到这张图进入 21 世纪呢其实

传染病几乎每时每刻都在我们身边只不过说

有我们卫生条件上去了疫苗打了我们有很好的这样的一个防御其实大家可以看到一到两年我们就有一种病毒然后呢它在干扰我们的生活只不过有一些产生了大爆发有些只是局部的爆发那么为什么有这么多的病毒呢其实我们研究也发现了就是 70%多的这个病毒呢都是来源于动物

以冠状病毒为例目前感染人的冠状病毒有七种这七种感染人的冠状病毒追根溯源去对它的起源研究都能够发现大部分的这种冠状病毒它都是来源于动物同时在 21 年的时候也报道了一个感染猪还有一个感染狗的两个不同的这种冠状病毒它能够跨种传播给儿童

在儿童上面有个例的有大概五六例的这样的一个样本里面都检测到了这两种病毒那么这也说明呢其实在自然界中还存在着大量的潜在的这种感染人风险的这种冠状病毒的存在此外呢我刚才介绍的埃博拉病毒呢实际上它的传播链也是起源于蝙蝠然后传给中间宿主再传给人其实在非洲它

其实蝙蝠是一个非常大的家族在非洲有果福这个果福呢它实际上是挂在这种果树上就是去了非洲以后可能你们白天就能看到因为它那个果福跟我们中国中国是石虫福是那种小的蝙蝠这种小的蝙蝠它是有冬眠的而且它在深山里面我们见得非常少但是在非洲地区它会挂在树上果树上那种大蝙蝠还是比较多的然后呢

同时也跟当地的习俗有关系那么从自然界感染到感染人类之前我们应该如何的防控这实际上就是我做的一点点小的工作实际上我做这部分工作也是从新冠肺炎疫情开始的时候那年我印象非常清楚

就是那年是大年初二我回家过年大年初二早上七点多然后我刚醒然后看了一眼手机高福院士给我发微信说回北京公关那个时候我是河南的河南已经封路了然后呢我爸送了我一段时间送了我一段路我拖着箱子走了四公里然后呢又打了一个车到了车站回到北京参与公关参与公关以后我们做的一个很重要的一个事情就是研究这种冠状病毒它的

跨种传播其实从这个这个学界的研究呢就发现就有很多的这个动物原型的冠状病毒它其实在进化关系上实际上跟感染人的你比如说像 SARS 啊它还是有很大的这种亲缘关系的那这些病毒是否存在这种潜在的感染人的风险那

其实我们是想回答这样的一个问题但是呢在当时的条件呢我们也知道我们采样呀等等这些都是有一定的局限性的那么我们中国科学院的团队呢在高福院士的带领下我们就提出来我们能否就是先从受体结核的角度来先评估一下初步地评估一下它的风险什么是受体结核呢我们知道病毒呢特别是囊膜病毒它要感染人的时候它是

首先需要它有一个配体也就是类似一个钥匙它要打开细胞上面的锁它才能够进去所以呢我们首先要判断不同物种它这个冠状病毒到底能打开哪些物种的锁然后呢所以呢就

从受体配体相互作用这样的层面上我们首先呢对它进行一个初步的评估初步评估完了以后我们如果有一些能结合的我们还会你比如说把它包装成假病毒这个里面又有一个名词叫假病毒什么是假病毒呢假病毒呢实际上就是我们会找一些对人没有危害的这个病毒的骨架然后呢把其中的就是它的那个

病毒的那个钥匙呢表达在这个骨架上面这样的话它其实就是让它去感染细胞它实际上没有这种感染人的风险的然后呢但是呢又能在基础研究上面去研究它这个是否存在这种感染的能力这样的一个机制然后呢我们也做了它甲病毒的感染那同时呢我们会用这个

结构生物学来探索这种微观层面上微观到什么程度呢到近原子水平上它们这些锁和钥匙之间是怎么进行相互作用的那么这个有什么用处呢第一如果我看到它微观层面上微观层面上实际上是氨基酸的相互作用那哪些氨基酸在它的相互作用中发挥着非常关键的作用那如果我知道哪些氨基酸发挥着非常关键的作用那么如果在自然界里边在其他的这些冠状病毒里边存在

这种特别是跟它通缘关系很强的这些冠状病毒主义员存在这种氨基酸它实际上结合能力就提示有可能有很强的这种能力那么同时呢其实我们要开发疫苗我们要开发药物我们总得有把点吧所以呢我们实际上能够为这些药物和疫苗的开发这个提供理论基础

这个就是我们当时做的一个工作我们评估了多种不同的物种跟一个很重要的冠状病动物来源的冠状病毒它们的受体结合情况进行了一个系统的评估那么

如何防止疫情再发呢我们知道 03 年然后呢我们中国爆发了这个 SARS 疫情对吧但是 SARS 呢后边呢隔了一两年就是后边 SARS 已经消失了然后到现在呢没有任何一例 SARS 病毒的发现这样的没有任何一例病例的发现但是呢

不代表着它未来不会来我刚才讲了新发和突发其实突发也叫再发就是第二次或者第三次或者后边 N 多次的发生的这种病毒实际上是以前我们已知它能感染人但是后边不知道什么原因它

没有再监测到了但是并不代表它离开了我们那么我们需要有一些技术储备那么我们需要有疫苗有药物然后作为储备然后等它们再来的时候我们及时能用得上所以呢这个时候呢我们就需要研发疫苗研发药物那么

目前以新冠为例其实研发疫苗有七种策略那么我以这个病毒模型为例给大家简单地讲讲这七种策略这个实际上是一个病毒的模型如果它是一个活病毒活病毒我们知道它是有致病性的但是我通过一些手段把它致病的能力让它减弱甚至消失但是它又同时能够进到细胞里面去

那这个时候实际上我们机体还是会对它特定的产生这种免疫拿能力实际上这个在疫苗研发的过程中叫减毒活疫苗那么如果我把它给杀掉

用想尽一切手段把它杀掉杀掉以后让它变成死病毒它没有复制能力了但它的免疫源还在这就是大家可能打的灭活苗的原理简单来讲就是这样的那么剩下的呢就是亚当威疫苗那么大家可以看到这个红色的外边呢这个红色的呢实际上是它负责打开细胞的这把锁的钥匙那如果我单独地把它的这个钥匙拿出来

那就是这个东西放大版的它呢实际上是一个三具体的这样的一个状态那么

如果这是一把钥匙的话插在锁心里的那个扯就是这个这个实际上就是它的我们专业上叫 Receptor Bonding Dement 就是它受体识别区那么我把它拿出来我如果把它表达成蛋白它就是蛋白苗那我们研发的那个蛋白苗我们发现如果把它能够串联表达把它表达成这种串联的二具体

那它的免疫原性就比单独一个的免疫原性要强上千倍那么所以我们就开发了这种重组蛋白疫苗成为全球第一个货批上市的重组蛋白苗那么如果我把这个做成一个 MRA 或者 DNA 或者是其他的实际上它就是一个亚当威疫苗那如果我把这个 S 蛋白呢

包装到另一个对人没有危害的其他的病毒颗粒里面实际上它就是病毒载体疫苗大家可能听到有腺病毒载体疫苗实际上就是陈薇院士他们研发的那个疫苗就是这种技术手段所以这就是疫苗研发的这样的一个路径但是我刚才给大家讲了这个实际上是 S 蛋白负责入侵我们打进去它会产生抗体抗体会阻断

结合到上去阻断它对不对那如果我把这个抗体纯化出来

把它做一个纯的东西它是不是就具有阻断病毒感染细胞的能力那这个时候叫什么呢叫抗体类药物那这也就是我们研发的单克隆抗体类药物这样的一个简单来讲的一个基础的一个逻辑一个机制然后呢我们也开发了一个单克隆抗体药物这个单克隆抗体药物呢在美国和欧盟 17 个国家获得了上市美国人用的就是咱们自己研发的抗体类的药物那么

除了这个以外呢如果我们还拿到这个病毒如果这个病毒呢它里面它进去以后进到细胞里面以后它还要复制那如果我研发一些小分子药物把它的复制的关键酶给阻断了那这个时候病毒也活不了了它就不能扩增了那这个呢实际上就是小分子抑制剂这也是药物研发的一个策略

所以这就是我们应对再发传染病的时候的一些策略那么

我们现在正处于一个 AI 带来的一个新的科技革命的时代那么 AI 实际上它可能会产生一些颠覆性的一些思维其实在传染病的防控的方面其实我们还有很多的科学问题没法回答你比如我刚才提到的我们怎么能够在传染病进到人类之前很好的进行控制现在我刚才讲的只是其中的一种手段但是我觉得

就像未来简史里面提到的饥荒 瘟疫和战争是人类始终面临的重大问题我也觉得随着科技的发展瘟疫依然还会来新的 X 疾病也依然还会来这个时候我们如何应对我觉得也要靠大家在座的各位由 AI 掀起的新一轮的科技革命你们等你们长大以后你们是主导者那我觉得利用 AI 这样的技术

那有可能会在传染病的预警防控方面做出一定的贡献同时也有可能在这种新药的研发和疫苗药物的研发方面我们也能够做出不一样的贡献你比如 HIV

HIV 的疫苗艾滋病的疫苗它本身以现有的这个基础的知识框架很难有所突破那 AI 会不会带给我们新的不一样的思路那这个我希望在座的各位能有机会加入到我们领域来和我们一起来探索谢谢大家