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多肽,寻找SARS克星的攻坚战
——中科院微生物研究所与武汉大学现代病毒学研究中心课题组探秘
  文章来源: 发布时间:2003-06-12 【字号: 小  中  大   

    小资料:多肽

    蛋白质是我们最常遇到的生命物质,它是由众多氨基酸构成的生物大分子。一个氨基酸分子的氨基与另一个氨基酸分子的羧基缩合,失去一分子水所形成的化合物,称作肽。最简单的肽由两个氨基酸分子组成,称作“二肽”;由三个氨基酸分子组成的肽,称为“三肽”,依次类推,由三个及三个以上氨基酸分子组成的肽称为多肽。

    一则消息牵动全世界的目光

    5月27日上午,我国著名病毒学家田波院士宣布:中国科学院微生物研究所、武汉大学现代病毒学研究中心经过一个半月的联合攻关,找到能够抑制SARS病毒与细胞融合的多肽,在10亿分之几克分子(nMole)的低浓度下,即可有效阻止SARS病毒进入宿主细胞。这一阶段成果,为下一步开发抗击SARS病毒的药物带来了希望。

    应该说,田波院士在武汉大学医学院会议室里宣布这一消息时是比较低调的。但当前,一切有关SARS的新闻都会令高度敏感的外国记者闻风而动。美国之音和德新社的记者,当天下午就把电话打到了田波院士在武汉的办公室,并在电话采访之后迅速进行了相应的报道。

    这是在中华民族众志成城抗击SARS的关键时刻,不用记者去作任何人为的渲染,再嗅觉迟钝的人都能品出这一消息中沉甸甸的分量,都会为这个消息的宣布而牵动兴奋的神经。

    人们关注着这一消息的可靠性,关注着中国的科学家何以能这么快地找到抑制SARS病毒进入细胞的抑制多肽,找到获取合适的治疗药物的攻关设计方案。据介绍,田院士他们正在研制中的药物,今后可能具有预防和治疗两种功效:它在病毒尚未侵入之前,可以把SARS病毒阻止在人体细胞之外。对已经感染病毒的患者,它可以阻止病毒在体内扩散,达到治疗效果。“用这种药物制成喷鼻剂,喷入鼻子后可阻断非典病毒入侵;制成注射剂则可用于非典感染病人的治疗,可阻止SARS病毒在体内继续扩散,入侵肺部。因为我们的试验已经证实,多肽药物可以抢先结合SARS病毒融合蛋白的融合位点,通过它来阻断病毒的感染途径。”田波院士这样补充说。

    一时间,在国内外的诸多媒体上,“肽”和田波院士的名字紧紧联系在了一起。

    同多方合作抢得领先优势

    那还是在4月上旬,人们当时对非典的认识,远没有像后来随着疫情发展而看得那么重,但长期从事病毒研究的田波院士,却始终关注着SARS,关注着世界研究的进展。

    4月13日,加拿大科学家率先公布了SARS冠状病毒的基因序列。田波院士获得有关材料后,当晚即决定调整研究对象,全力投入抗击非典的攻坚战。根据他们多年从事副粘病毒与细胞融合机理的研究经验,田院士立即与博士研究生朱杰青讨论起针对SARS病毒的具体研究方案。小朱迅即行动,通过电脑程序预测确定:SARS病毒S蛋白序列中也存在病毒与细胞融合中起关键作用的七肽重复序列HR1和HR2,并立即与在英国牛津大学的高福博士(中科院微生物所客座研究员)联系。高福博士迅速合成了HR1和HR2多肽,并通过我驻英使馆的帮助,请中国民航直接带回北京,这大大促进了研究工作的开展。

    在田院士的带领下,以小朱为组长的攻关组连夜展开工作,迅速用基因工程方法构建了编码HR1和HR2多肽的基因。课题组的勇士们日夜奋战,争分夺秒,每天,一干就是十几个小时。人们看到,年逾七旬的田院士也好像焕发了青春,经常亲临一线指挥,与课题组的同志并肩战斗……为检验自己研制的多肽是否有效,需要到武汉大学的P3实验室继续开展工作。

    令武大师生惊异和敬佩的是,携带材料赶赴武汉的竟是田教授本人。他们为老教授身先士卒的精神所感动,也为他的健康所担心。是啊,那些日子,正是SARS肆虐最甚之时,田院士却不畏风险,往返京汉达3次之多,包括亲自到P3实验室检查工作的安全防护……

    在武汉大学校院领导的支持下,以肖庚富和郑从义教授为首的攻关组,不惧SARS病毒的高度感染性,身着三层隔离服,顽强地进行着科研“接力”。经过艰苦努力,在细胞感染实验中,证明设计的HR2多肽能够高效抑制SARS病毒对培养细胞的感染,有效抑制浓度在几个纳摩尔(nMole)浓度(10亿分之一)水平。合成和表达的HR1多肽的病毒感染抑制试验以及HR1与HR2的体外结合试验,也取得重要进展,这将有助于阐明HR多肽的作用机理和获得实际更高效、稳定的多肽药物。

    HR1与HR2,这既是他们当前科研中的关键,也是他们抗击SARS攻关曲中需要经常敲击并发出美妙和声的两个“键”。

    功力源于厚积薄发

    “肽”是什么?要将它说明白,得在《现代科学技术大众百科》上抄一大段文字,简而言之,“肽”即是两个或两个以上的氨基酸以肽键相连的化合物。

    田波何许人也?田波1954年北京农业大学植保系毕业后,分配到中国科学院微生物研究所工作。那时,他的老师和同事就说他是一个典型的“安钻迷”。田波青年时代的这种执着,打下了扎实深厚的理论和实验结合的功底。而中国改革开放之后的1981年至1993年,他曾经先后赴澳大利亚阿德莱德大学、德国杜塞尔多夫大学、美国马里兰大学和威斯康星大学、英国苏格兰作物所和JohnInnes研究中心作访问学者和客座教授,更加开拓了病毒研究方面广阔的国际视野。

    在他早年的一份简历上,只写着他是一位“植物病毒学家”,而后来,注重各种学科的交叉拓展,把握前沿科学的发展趋势。田波先生不满足于自己在植物病毒学上已有的成就,审时度势,挑战自我,又勇敢地转向了分子病毒学和生物技术的研究。其中,把病毒卫星RNA核糖核酸构建成生防制剂,或将其基因转移到植物染色体中,使之获得抗病性的设想,就是他带领的研究室于1983年提出的。以分子生物学研究阐明的病毒结构与功能理论为指导,所设计的各种基因工程抗病毒策略的成功,不但使分子植物病毒学研究产生了一次大的飞跃,而且得到了国际同行的承认。

    田波上个世纪八十年代开展马铃薯病毒的研究,他带领制定的“马铃薯无病毒原种生产原理和技术”,已经在我国50%的马铃薯种植面积上推广。1991年,当选为中国科学院院士的田波,刚好年满60岁。在人们认为已经是“功成名就”的时候,他更把研究的兴趣转向了动物和人的病毒,以及抗病毒的药物。比如从九肽库中筛选到一种在细胞系中抑制草鱼出血病病毒复制的特异多肽;从人源化抗体库中筛选到乙肝病毒的单抗,2001年与高福和孟颂东博士又在乙肝病毒引起的肝癌组织中发现了一种特异肽等等。

    田波对记者说:“我们的科研既要面向国家的战略需求,又要面向世界科学前沿,显而易见,现在无论是国家战略需求,还是世界科学前沿,都已不再是花叶病毒、马铃薯病毒之类,而是影响人类健康的现代病毒。我通过自己的工作发现,近30年来,全世界范围内竟然有20多种突发的影响人类健康的病毒疾病!既然我的科研生涯决定了我的一生都要与病毒打交道,就要有足够的勇气向这些新出现的现代病毒宣战。”

    自1999年以来,田波院士与高福博士领导的课题组,开展了3项国家基础研究重点发展规划课题,包括“重大畜禽疫病病原大分子结构与功能”中的“病毒致病基因及其编码蛋白结构与功能研究”,“抗原特异性免疫应答和免疫耐受的分子研究及其应用基础研究”中的“抗原特性与免疫应答关系的研究”,“蛋白质功能、三维结构和折叠原理研究”中的“重要病毒与信号传导相关的蛋白质结构与功能”,无不与研究影响人类健康的现代病毒有关。

    近几年来的默默耕耘,田波领导的研究小组已研究了呼吸道合胞病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、艾滋病毒等8种囊膜病毒,证实多肽药物可以抢先结合病毒融合蛋白的融合位点,阻断病毒的感染途径。

    “冰冻三尺非一日之寒。田波先生之所以能够不落国际同行之后,在较短的时间里寻找到有望开发出抗击SARS病毒的特效药的办法,很大程度上得益于他扎实的基础研究,得益于厚积薄发。”了解田波先生严谨的科研作风与品行的同事们这样评述。

    科学家的责任心与兴奋点

    2000年,武汉大学加大对生命科学研究院的学科建设,有意聘请田波先生任兼职教授。他提出:要我去可以,但建立的病毒研究中心必须立足于“现代病毒研究”这个方向,在基础设施方面必须建立起一个有三级安全防护的P3实验室。

    为何必须建立P3实验室?田波院士对记者打了个比方:突发病毒往往具有高度的传染性,像SARS病毒那样通过空气传染,病人一打喷嚏就形成气溶胶,这样一个病人就会感染许多人。所以,无论是做艾滋病毒或疯牛病毒,还是现在做的SARS病毒的实验,都必须在P3实验室里。所谓的P3实验室是一个负压的实验室,在里头工作要穿上三层隔离服,如果要做大动物实验,要求就更加严格。比如用猴子做实验,要专门给它罩上一个生物安全柜或生物安全罩,人则要穿上正压服。否则,如果试验动物在负压的工作条件下打喷嚏,人也在负压,这个病毒照样会感染你,哪怕你戴上口罩和眼镜,穿了几层工作服都不行。

    武汉大学校院领导支持了田波院士的以上要求。2001年春天,田院士花了近十天时间,画了新建实验室的设计草图。2002年,武汉大学现代病毒研究中心及P3实验室相继竣工建成,投入使用。“这个P3实验室是目前全国综合性大学中唯一的。在过去的一两年里,我平均一个月要去武汉大学一次。现代病毒研究中心已经引进三位海外学者和几位著名的客座教授,开展了包括艾滋病在内的科研工作。”田波院士介绍说。

    由于长期的工作劳累,田波院士几年前就患有颈椎病、高血压,今年春节前又在脚后跟长了骨刺,经常疼痛难忍,但在得知南方开始发生SARS的疫情之后,他以科学家的敏锐眼光觉察到此事非同小可,提醒在中国科学院微生物研究所和武汉大学现代病毒研究中心两地研究人员,要更加密切注意国际上的科研动向,同时抓紧具有我国自主知识产权的相关药物研究。

    4月中旬,在国际上的SARS病毒全基因序列公布后,田波院士带领的研究小组,立即对SARS病毒进行了蛋白序列研究,发现SARS病毒侵入人体细胞的方式与其它囊膜病毒类似。因此,他们当机立断,尝试着将合成多肽阻止囊膜病毒的原理运用在治疗非典上。

    5月15日,北京香山饭店召开了香山科学会议第203次学术讨论会,主题为“SARS病毒与严重的急性呼吸道综合症”,田波院士与会作了“从病毒与细胞融合的基础研究到抑制SARS病毒多肽药物的快速设计”的报告。

    “单独的HR2不稳定,但把它变成一个聚合体以后就比较稳定,这样我们就可以得到更多的样品。同时我们还可以人工合成,改变它的结构,使它稳定。通过药物的设计,可以得到又稳定又有抑制活性高的多肽药物。另外,还要使得多肽药物在实践上应用,还要有高效的表达体系。也就是说,要让HR2的基因表达产量非常高,这样我们才有可能得到大量的制品,应用于临床实验。”田波院士对记者说。

    得悉分处在北京的中国科学院微生物研究所和武汉大学现代病毒研究中心的课题组,一共也就是十几号人马,本报记者未免感到惊讶。田波院士回答说:队伍不在多,在于精,要关键时刻能打硬仗才行!

    “我们现在正在做药物的动物实验,如果猴子试验能通过,还要开展相关的药检和临床试验等工作。如果抗非典药物审批的绿色通道畅通,可望在明年开始进行临床试验。”刚刚从科技部回来的田波院士这样对记者介绍,连日加班的疲惫中又露出几分上阵时“老黄忠”跃马挥刀的喜悦。

    当前,我国科技界正从不同领域、不同角度研究攻克防治SARS病毒的药物和方法。广大科技人员日夜奋战,与时间赛跑,与世界同行赛跑。其中,不少项目已展现出希望的曙光。中国科学院微生物研究所和武汉大学课题组的研究成果就是其中一例。人们寄厚望于我国科技界,期望他们再接再厉,为人类最终战胜SARS作出更大的贡献。

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