新冠病毒的人工合成:仅凭基因片段便能复活完整病毒,还带绿色荧光

2020
02/24

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新冠病毒现有确诊数连日来稳中有降,疫情猖狂的势头得到了有效遏制。但是,要彻底地阻断新冠病毒的进一步扩散,疫苗和药物将是最可靠的防护盾。

近日,瑞士伯尔尼大学的Jorerg Jores和Volker Thiel团队在生物预印本网站BioRxiv上,提出了基于反向遗传学的病毒构造策略:无需从病人样本中提取完整病毒,在病毒核酸序列发表一周内,使用酵母大量生产出有活性的新冠病毒,或依据需求改造出实验所需的病毒工具。这提示了新冠病毒合成改造的快速途径,大大减少了病毒变异为研究带来的困难。

随着人口增长、流动增加和气候变化,由RNA病毒导致的传染病爆发越来越频繁。尽管“黑天鹅事件”不可预测,但应依托先进的科研水平为这类事件做好准备。新冠病毒在中国爆发后,很快波及全球;尽管中国科学家很早就分离出了活的新冠病毒,但其样本一直没有与权威的健康卫生组织和其他科研机构共享,而病毒的活样本对诊断、疫苗研发和新冠肺炎的动物模型建立都至关重要。

SARS-CoV-2是一种RNA病毒。研究者们首先依据病毒核酸RNA序列构建出反义的DNA序列。由于整个序列长度大,无法稳定地在工具菌当中稳定复制,因此,研究者们采取了一种成熟而巧妙的办法:转化偶联重组技术(transformation-associated recombination, TAR)。

酵母中转化偶联重组DNA

研究者将反义DNA拆解成12个长0.5-3.4 kbp具有重叠末端序列的DNA片段,并引入GFP(绿色荧光蛋白序列),利用酿酒酵母中的同源重组系统,使得反义DNA在酵母菌中重组成完整的基因序列。之后,在体外,用T7 RNA聚合酶将反义DNA转录成为有感染性的病毒RNA。通过电穿孔将RNA导入后,发现正常的VeroE6细胞能够被感染并发出荧光。

SARS-CoV-2的重构过程

此外,研究者们还报道了对其他34种RNA病毒全合成的技术细节,包括冠状病毒科(MERS-CoV)、黄病毒科以及副粘病毒科等。

基于此技术平台的RNA病毒细节

新冠病毒的突然爆发再次强调了对此类流行病提前预警的重要性。本研究提出的SARS-CoV-2全合成技术,能在一周之内生产或改造出大量病毒活体,供医疗和研究机构使用,以突破病毒来源的限制。未来,新冠病毒可能会发生诸多变异,而人工合成将是了解和预测病毒特征发展趋势的重要手段!

参考文献:

Tran Thi Nhu Thao, et al. Rapid reconstruction of SARS-CoV-2 using a synthetic genomics platform. BioRxiv. 21 Feb, 2020.

Sanjay Vashee, et al. Human Cytomegalovirus Isolate Toledo by Yeast-Based Transformation-Associated Recombination. mSphere. 2017.

史晏榕, 孙宇辉. DNA克隆和组装技术研究进展, 微生物学通报, 2015.

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