Half the truth is often a great lie.

1918年西班牙流感,最致命的流行病

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1918病毒的完整基因组排序全部完成,重组1918病毒鲜活版的必要信息已经就绪。首先需要构建病毒八个基因片段的质粒。质粒是微小的圆环状DNA链,可以在实验室放大或复制。这项工作由纽约孟山都医学院著名的微生物学家彼得·佩尔斯(Dr. Peter Palese)和阿道尔夫·加西亚-萨斯特(Dr. Adolfo Garcia-Sastre)来完成。佩尔斯的方法使人们可以研究病毒基因结构和功能之间的关系,为重组1918病毒使用的技术铺垫了道路。在孟山都完成构建质粒之后,将其送到CDC,正式开始病毒重组。

首先要关注安全问题。政府高级官员决定位于亚特兰大的CDC总部作为重组的地点。CDC执行了双重核准程序:首先是CDC的机构生物安全委员会核准,其次是机构动物保护和使用委员会核准,然后才开始实验室工作。工作的实施遵循严格的生物安全和生物防护措施和设备标准,包括使用加强生物安全三级(BSL-3,即我们现在已经相当熟悉的P3)措施和设备。实验者的防护包括但不限于使用空气净化呼吸器、双重手套、外科制服、鞋套,在离开实验室之前必须淋浴。所有与病毒和动物相关的工作必须在二级生物安全工作间操作,实验室的空气流有导向操控和过滤,不可能意外溢出实验室。

作为安全措施之一,CDC中心主任办公室还决定只有一人能获得许可进入实验室承担这项重组病毒的极其重大责任,任命训练有素的微生物学家特伦斯·坦佩(Terrence Tumpey)博士承担这项工作。这项工作还得到美国国家卫生研究院(NIH)的全国过敏和感染疾病研究所的认可和协助。

特伦斯·坦佩曾经是佐治亚州东南家禽研究实验室的美国农业部微生物学家,曾跟随CDC微生物学家和流感专家杰奎琳·卡兹(Jacqueline Katz)从事博士后研究。此时他正式调任CDC专门从事流感病毒,包括1918病毒对人体影响的研究。重组病毒工作2005年夏天开始。为了降低同事和公众的危险,特伦斯·坦佩被要求单独进行这项工作,而且只能在同事下班离开实验室回家之后进行。进入BSL-3E实验室需要扫描指纹,只有通过扫描他的眼睛虹膜才能打开存储病毒的冰箱。还要求他每天服用抗流感病毒药物奥司他韦作为补充防范措施,他还被告知万一被感染,将被隔离,不能与外界接触。

借助反向基因技术,坦佩使用佩尔斯博士此前分别构建的1918病毒的八个基因片段的质粒,将其插入人体肾脏细胞,质粒然后指示细胞重组完整1918病毒的RNA。那年7月,同事们都在不断询问他是否获得了1918病毒。病毒出现在细胞培养基中的那一天具有重大历史意义。他给同事们发了一封措辞简单的邮件:“个人的一小步,人类的一大步。”所有人都明白了其含义。接下来是研究和发现它致命的秘密。

2005年5月开始对重组病毒进行研究,2005年10月7日的《科学》杂志上发表论文,题为“重组的1918年西班牙流感病毒的特征”,记载了这项研究工作。研究评估了1918病毒的致病机理,进行了小白鼠动物实验。研究者让小白鼠感染病毒,观察和记录体重下降、病毒复制和百分之五十致死滴定量。还通过反向基因技术,设计了取自1918病毒和当代季节性流感A(H1N1)病毒的不同的基因组合,称为“混合重组病毒”作为参照,同时感染其他小白鼠。

完全重组的1918病毒具有惊人的迅速自我复制能力。感染四天之后,在小白鼠肺组织中发现的1918病毒数量是作为参照的混合重组流感病毒数量的三万九千倍。1918病毒对小白鼠具有相当高的致命力,有些小白鼠感染病毒后三天之内就死亡,在感染病毒两天之内体重就下降百分之十三。1918病毒的致命性至少比混合重组病毒高一百倍。实验表明1918病毒的HA基因在这方面起到了相当大的作用。当1918病毒的HA基因被当代人类季节性流感A(H1N1)的HA基因替换,并与1918病毒的其他七个基因结合,这样混合重组的病毒不会致死小白鼠,也不会造成明显的体重下降。

科学家另外进行了实验来确定1918病毒感染是否还会扩散到小白鼠的其他重要器官,例如脑、心、肝和脾脏。实验室检测没有在这些器官中发现病毒,说明1918病毒不会对病人造成系统感染。当年1918病毒广泛记载的影响是肺部严重迅速的损害。1918疫情中的病人有肺部充液、严重肺炎和肺组织炎症。在四天之内,感染1918病毒的小白鼠也具有类似的肺部并发症,说明这是1918病毒严重性的独具特征。

研究者还采用人肺细胞系来研究1918病毒对肺组织的作用。与小白鼠实验类似,1918病毒数量迅速倍增,在人肺细胞中扩散,在人肺细胞中产生的病毒数量是作为参照的混合重组病毒的五十倍。这些实验表明除了HA之外,1918病毒的聚合酶基因在病毒对人肺组织的感染力和毒性上也起到了重要作用。

另外一组实验意在更好地了解1918病毒可能的禽类源头。此前陶本博格等人做的实验表明1918病毒基因片段更接近禽流感A(H1N1)病毒而非在其他哺乳动物身上发现的H1N1病毒。研究者想知道1918病毒是否像现代禽流感病毒那样对于受精鸡蛋有致命力。用受精十天的鸡蛋做实验表明1918病毒对受精鸡蛋具有致命力,正如当代H1N1禽流感病毒。值得注意的是,使用人类季节性流感A(H1N1)病毒作为参照的实验对小鸡胚胎没有同样的毁灭性效果。另外,混合重组的流感病毒分别包含1918病毒二、五或七个基因,也不伤害小鸡胚胎。与小白鼠和人肺细胞实验类似,这些受精鸡蛋实验表明1918病毒的HA和聚合酶基因在其毒性上都起到了重要作用。

研究者确认,病毒的HA和聚合酶PB1病毒基因在其感染力和严重性上起到了特别重要的作用。但是选用若干而非全部1918病毒基因混合重组作为参照实验表明,并非哪一单个病毒构成,而是所有基因组合在一起才使其具有如此高的危险性。相比之下,没有任何其他用来实验的人类流感病毒具有如此非同寻常的毒性。因此1918病毒独具一格,是大自然、进化以及人与动物密切接触所导致的独特的致命产物。这也可以预示大自然在未来依旧有能力产生危害公众健康的重大流行病。

1918年之后,世界经历了三次大流行病。1957、1968和2009年。1957的H2N2和1968的H3N2两次流感都导致全球一百万人死亡,而2009年的H1N1流感第一年死亡人数则不到三十万。因此人们也怀疑是否还会再次发生1918年这样大规模的流行病。科学家认为虽然有这种可能,但毕竟一百年来人类在医疗、科技和社会条件方面都有了长足进步,能做出更好的准备来应对流行病。

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一战时拥挤的部队

1918病毒本身固然剧毒,但还有其他因素也导致该病毒肆虐。1918年世界还处于大战时期,士兵广泛动员参军打仗和返乡等使病毒广泛传播;人们居住空间狭小,民间医疗条件匮乏,当时美国有百分之三十的医疗人员从军;应对流行病的医疗技术和设施有限或基本不存在,没有诊断技术,没有疫苗,抗菌素尚未发明,没有抗病毒药品,更没有重症监护,医护人员只能依靠支持手段;没有地方、城市和国家之间的协同合作,有些地区只能采取一些缓解手段,例如关闭学校,禁止公共场所聚会,隔离等。

今天人类在健康科技、疾病监控、医疗、医药、疫苗和流行病预防上面取得了很大进步,生产出了感冒疫苗,每年更新,有治疗流感的抗病毒药品,在有可能暴露在病毒感染的情况下,还能用来预防。重要的是现在还有很多抗菌素用于治疗细菌感染。现在有确诊流感的测试手段,叫做RIDT,目前测试流感十五分钟就能有结果,灵敏度达百分之五十到七十。还有“快速分子测定”,比RIDT更快速准确。WHO有全球监控网络,协同各国疾控机构监测季节性流感病毒,监测新型流感病毒的出现。总之,全球协同合作,广泛分享信息,应用现代医疗药品和设施积极防治病毒感染,是人类应对大流行病的有效手段。

来源:上海书评;编译:冯洁音;本文据美国CDC网站刊文The Deadliest Flu: the Complete Story of the Discovery and Reconstruction of the 1918 Pandemic Virus编译;https://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/reconstruction-1918-virus.html

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