【疫情紀事】港大微生物學系陳福和:為何基因圖譜是解謎之匙
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【疫情紀事】港大微生物學系陳福和:為何基因圖譜是解謎之匙

港大微生物學系臨牀助理教授陳福和
港大微生物學系臨牀助理教授陳福和

問:記者

答:陳福和(港大微生物學系臨牀助理教授)

病毒基因圖譜的重要性

問:找出病毒的基因圖譜對疫情有多重要?

答:我們經常說知道一個病毒的基因組十分重要,原因有四:

一、追溯同源性。例如我們看見新冠狀病毒(SARS-CoV-2)的基因圖譜,會馬上比較它和其他已知的人類和動物冠狀病毒的相似度,根據現有數據,科學家普遍認為新病毒和蝙蝠的冠狀病毒最相似,代表這個新病毒的「祖先」很可能來自蝙蝠,至於中間有否涉及其他宿主,例如其他哺乳類動物,則尚未完全確定,這方面的研究正在進行中。

二、分析致病性和傳染性。我們可以將它和其他已知的冠狀病毒作比較,例如將它與沙士病毒的基因圖譜作比較,看看兩者在基因層面是否存在差別。由不同基因編碼的蛋白具有不同的功能,例如刺突(spike)蛋白讓冠狀病毒的表面看起來好像一個皇冠,與宿主細胞受體結合,在病毒進入宿主細胞的過程中起關鍵作用。所以如果在刺突基因上發現一些重要的突變,則有機會能解釋病毒的傳播性和致病性等。

三、幫助開發診斷工具。病毒基因圖譜可以幫助我們鑑定特定的病毒基因片段以設計敏感性和特異性高的快速測試。敏感性和特異性高的快速測試可以分別減少假陰性和假陽性的測試結果。

四、開發抗病毒藥物及疫苗。病毒基因圖譜有助我們鑑定潛在的抗病毒標靶,例如開發基於刺突蛋白所製的單克隆抗體和疫苗等。

快捷找出病毒基因圖譜

問:一月十二日,國家衞健委正式發放新型冠狀病毒的基因圖譜;或前一天亦有非內地官方研究組織將病毒的基因圖譜上載至互聯網分享,為什麼今次專家能快捷找出病毒的基因圖譜?

答:二〇〇二至二〇〇三沙士前,在科學界和醫學界中,大家認識會影響人類的冠狀病毒只得兩種,分別是人類冠狀病毒OC43和229E,這兩種病毒主要導致輕微病徵,例如流鼻水和輕微上呼吸道感染,大多數人會自行病癒。所以那個時候沒太多人重視冠狀病毒的研究,或者是藥物發展。

沙士後,大家發覺冠狀病毒可以是嚴重或致命的病毒。香港大學微生物學系袁國勇教授,劉嘉佩教授和胡釗逸教授的團隊嘗試去尋找病毒宿主,終於在中華菊頭蝠身上找到和人類感染的沙士冠狀病毒很相近的蝙蝠沙士冠狀病毒。此發現讓科學界開始認識到蝙蝠作為冠狀病毒宿主的重要性。

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過去這十七年來我們團隊做了大量相關研究,發現了超過三十種冠狀病毒,大部分是在哺乳類動物或者鳥類身上找到,這個發現改變了整個科學界對冠狀病毒的分類。與沙士發生前不同,我們現在將冠狀病毒大致分為四個屬,包括: alpha, beta, delta及gamma冠狀病毒。甲型(alpha)和乙型(beta) 主要在哺乳類動物身上找到,現在已知全部七種會感染人類的冠狀病毒均屬於alpha或beta冠狀病毒;delta和gamma冠狀病毒則主要在鳥類身上找到。我們現在說新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)和沙士冠狀病毒(SARS-CoV)很接近,因兩者都是屬於beta冠狀病毒屬;當中,beta冠狀病毒屬裏面再分為四種系(lineage),分別是A、B、C、和D,新型冠狀病毒和沙士冠狀病毒均屬B系。

因為大部分的病毒基因圖譜是公開予全球分享,所以每當爆發新的冠狀病毒疫情,科學家可以馬上分析病毒基因圖譜,分辨它是屬於或接近哪一型、有什麼特別和不同。譬如二〇一二年尾爆發中東呼吸綜合症(MERS)的時候,科學家馬上得知MERS冠狀病毒在已知的冠狀病毒當中最接近的便是我們團隊之前發現的香港大學四型(Tylonycteris bat coronavirus HKU4)和香港大學五型 (Pipistrellus bat coronavirus HKU5)蝙蝠冠狀病毒。

這次大家都分析病毒可能像沙士一樣從蝙蝠來,所以整個防疫過程會快許多,亦能拿出證據,去影響及制定公共衞生措施,例如讓公眾知道病毒很可能是由蝙蝠或其他哺乳類動物傳播,所以我們一定要採取相應措施,盡量減低公眾和這些野生動物的接觸,包括管制、取締或關閉野味市場。如果沒有這些資訊就不能作出科學性的決定。

新型冠狀病毒基因圖譜的特點

問:新冠狀病毒基因圖譜的特點是什麼?

答:不同的病毒基因組有不同的特點。有些病毒基因組的排列方式是圓的,即是環狀基因組(circular genome),或者斷成一截截的分段基因組(segmented genome)。新冠狀病毒基因組屬於RNA,線性(linear),及非片段 (non-segmented)基因組,就像一條直線排列出來。

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什麼是基因組測序?就是要看由頭到尾,每一核苷酸(nucleotide)是如何排列。冠狀病毒的基因組大概有三萬個核苷酸,在不同的RNA病毒裏是比較大的,在整個基因組裏有很多不同的基因,而每一個基因都有它不同的作用。

世界不同地方的科學家已經測序了不同病人身上檢測出的新型冠狀病毒的基因組,我們可以利用電腦運算方法推算出它的演變過程。

港大微生物學系團隊進行的研究

問:找到了病毒的基因圖譜後,團隊目前進行什麼研究?

答:一月份,我們的團隊在《刺針》發表了關於COVID-19人傳人的研究報告,預警了這種病毒的高傳播性後,我們緊接下來的工作就是盡快利用臨牀和基因圖譜所獲得的資料,研發抗疫工具以及研究病毒的致病性和傳播性,以協助全球及中港控制疫情。首先,我們研發了敏感性和特異性非常高的快速測試。其後,利用快速測試,比較了不同的檢測取樣方法,包括抽痰、驗尿及糞便等,並發現深喉唾液是一個容易採集的取樣方法,這個方法相信有助減低醫護人員受感染的風險(按:傳統取喉嚨樣本或鼻咽檢查,容易導致病人咳嗽、打噴嚏)。

另外,動物模型是測試藥物和疫苗的關鍵工具。由於新型冠狀病毒的刺突蛋白會透過與人類的病毒受體ACE2結合,從而感染人體;同時,我們知道敘利亞倉鼠(golden Syrian hamster)和人類的病毒受體ACE2十分接近,只差四個胺基酸;對比另一種經過基因改造的人類轉基因小鼠,亦屬一種自然生物模型,所以,我們將敘利亞倉鼠應用於動物模型實驗,模擬人體感染新型冠狀病毒的過程。研究結果發現,倉鼠感染的第七天,病毒量下跌,體重回升、細胞復原及肺功能有所好轉,同時測試動物亦會產生中和抗體。

下一步,我們準備將研究重點放在藥物及疫苗研究上。目前,研究團隊已初步鑑定出數種潛在的抗病毒藥物和疫苗,以用於動物模型作進一步評估。

最後,疫情發展至現階段,我們要準備一個長期抗疫的心態,每個人都要在自己崗位做好。因為,第一,每一個人都可以是一個被傳染的對象;第二,每個人都可以將病毒傳播給其他人。所以作為一個香港市民,亦都身為一個地球公民,我們要有共同面對抗疫的心態,盡力保護好自己和身邊所有人。

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