非洲豬瘟是全球養(yǎng)豬業(yè)的“頭號殺手”，其發(fā)病率和死亡率高達(dá)100%，危害巨大，流行百年，仍沒有商品化的高效疫苗和藥物可用，根本原因是對其病原核心科學(xué)問題認(rèn)知有限。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所的研究團隊近日成功解析了病毒RNA聚合酶（RNAP）的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵蛋白M1249L在轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)為理解病毒的復(fù)制機制提供了新視角，也為疫苗和藥物研發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)論文發(fā)表于《自然-通訊》。

開展非洲豬瘟病毒感染實驗用豬。蘭州獸醫(yī)研究所供圖。

非洲豬瘟——養(yǎng)豬業(yè)的“世紀(jì)難題”

全球每年豬的飼養(yǎng)量約為20億頭，豬肉是保障“菜籃子”工程最重要內(nèi)容。然而，近年來，養(yǎng)豬業(yè)頭號疫病非洲豬瘟（ASF）的快速流行蔓延嚴(yán)重沖擊全球養(yǎng)豬業(yè)，在全球流行已逾百年，但至今尚無安全有效的商品化疫苗和藥物可用。世界動物衛(wèi)生組織（WOAH）將其列為必須報告的動物疫病，而我國也將其定為一類動物疫病。

非洲豬瘟病毒（ASFV）以其極高的致死率和難以防控的特性，成為了全球養(yǎng)豬業(yè)的噩夢，是名副其實的養(yǎng)豬業(yè)“頭號殺手”，造成經(jīng)濟損失慘重，食品安全受到嚴(yán)重威脅。更令人擔(dān)憂的是，非洲豬瘟疫情還迫使養(yǎng)豬業(yè)的養(yǎng)殖模式和區(qū)域布局發(fā)生深刻變化，防控難度和挑戰(zhàn)與日俱增。

自2018年傳入我國以來，嚴(yán)重危害我國養(yǎng)豬業(yè)，成為社會關(guān)注的焦點。在中國，這個生豬存欄量超過全球總量50%的世界養(yǎng)豬第一大國，非洲豬瘟的入侵更是帶來更大威脅。

“由于非洲豬瘟屬于外來動物傳染病，國內(nèi)在非洲豬瘟研究領(lǐng)域基礎(chǔ)薄弱，理論認(rèn)知有限，感染致病、免疫保護蛋白均不清楚。2018年傳入我國后，在部、省、市和院的部署下，蘭州獸醫(yī)研究所鄭海學(xué)研究員牽頭組建了百人大兵團攻關(guān)團隊，全力開展科研攻關(guān)。”先后完成了非洲豬瘟病毒全基因組天然免疫調(diào)控基因的篩選和鑒定，闡明了調(diào)控宿主免疫應(yīng)答的機制，揭示了感染靶細(xì)胞和免疫保護機制，攻關(guān)開發(fā)ASF亞單位疫苗，取得了一系列科研成果。

在這場與病毒的較量中，研究團隊們站到了最前線。他們的目標(biāo)很明確：揭開非洲豬瘟病毒的“復(fù)制密碼”，找到它的致命點和弱點，為疫苗和藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。

開展非洲豬瘟病毒感染實驗用豬。蘭州獸醫(yī)研究所供圖。

病毒復(fù)制的“核心機器”

要理解非洲豬瘟病毒的復(fù)制，了解它的轉(zhuǎn)錄過程至關(guān)重要。病毒的轉(zhuǎn)錄依賴于一種叫做核糖核酸聚合酶（RNAP）的“核心機器”核糖核酸聚合酶負(fù)責(zé)讀取病毒的基因信息，并將其轉(zhuǎn)錄成新的病毒蛋白?？梢哉f，核糖核酸聚合酶是病毒復(fù)制增殖的“引擎”。

然而，非洲豬瘟病毒的核糖核酸聚合酶極其復(fù)雜，由多個亞基組成，且在不同狀態(tài)下會動態(tài)變化?？茖W(xué)家們一直試圖解析核糖核酸聚合酶的結(jié)構(gòu)，但由于技術(shù)限制，這一目標(biāo)始終未能實現(xiàn)。

“這就像是在黑暗中摸索，我們不知道核糖核酸聚合酶長什么樣子，也不知道它是如何工作的?！毖芯繄F隊的負(fù)責(zé)人國家生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家鄭海學(xué)研究員回憶道。

然而，這一過程并不容易。首先，他們需要獲得足夠多的病毒樣本，并從中提取出核糖核酸聚合酶復(fù)合體。

“這就像是在大海撈針?！眻F隊成員朱紫祥研究員形容道，“核糖核酸聚合酶在病毒中的含量極低，我們需要大量的病毒才能提取出足夠的核糖核酸聚合酶。”

由于非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)復(fù)雜、基因組龐大，且其轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)獨立于宿主細(xì)胞，因此研究其核糖核酸聚合酶的結(jié)構(gòu)和功能成為了關(guān)鍵所在。然而，核糖核酸復(fù)合體亞基眾多、構(gòu)象復(fù)雜多變，使得研究難度極大。

但轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在同源重組技術(shù)和冷凍電鏡技術(shù)平臺的搭建。他們首先構(gòu)建了攜帶親和標(biāo)簽的重組病毒，并通過親和純化和蔗糖密度梯度離心等復(fù)雜過程，成功獲得了感染狀態(tài)下的內(nèi)源非洲豬瘟病毒核糖核酸聚合酶。通過冷凍電鏡技術(shù)，解析了核糖核酸聚合酶核心復(fù)合體和延伸復(fù)合體的高分辨率結(jié)構(gòu)。

采集非洲豬瘟病毒感染后動物的血清。蘭州獸醫(yī)研究所供圖。

意外的發(fā)現(xiàn)——M1249L蛋白的“籠子”結(jié)構(gòu)

在分析非洲豬瘟病毒核糖核酸聚合酶三維結(jié)構(gòu)時，研究團隊意外發(fā)現(xiàn)了一個獨特的蛋白——M1249L。這個蛋白像“籠子”一樣包裹著RNAP的核心部分，起到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。

據(jù)了解，M1249L是非洲豬瘟病毒特有的一個轉(zhuǎn)錄因子，它在ASFV的生命周期中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

“M1249L的發(fā)現(xiàn)讓我們非常驚訝，”團隊成員朱國梁研究員說，“此前從未有研究表明M1249L與核糖核酸聚合酶有關(guān)。它原本被認(rèn)為是病毒衣殼的一部分，沒想到它在病毒復(fù)制中也扮演了如此重要的角色?！?/p>

進一步的研究表明，M1249L不僅穩(wěn)定了核糖核酸聚合酶的整體結(jié)構(gòu)，還通過動態(tài)結(jié)合機制調(diào)控了核糖核酸聚合酶的活性。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了非洲豬瘟病毒基因組轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，還為深入理解其致病機制提供了新的視角。更重要的是，這一研究成果為非洲豬瘟防控疫苗和藥物的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和新的思路。

M1249L的發(fā)現(xiàn)不僅具有重要的科學(xué)意義，還為疫苗和藥物研發(fā)提供了新的方向。后續(xù)相關(guān)研究可以嘗試設(shè)計一種藥物，“鎖住”M1249L與核糖核酸聚合酶尤其是核酸結(jié)合位點的結(jié)合，從而阻止病毒復(fù)制。

“這就像是在病毒的復(fù)制引擎上安裝了一個‘剎車’，”朱國梁解釋道，“如果我們能成功，就有望開發(fā)出有效的抗病毒藥物。”

盡管取得了重要突破，但研究團隊清楚，非洲豬瘟的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)。例如，目前還沒有適合病毒研究的細(xì)胞系，病毒如何有效感染的具體途徑和機制也不完全清楚。此外，病毒的快速變異也給疫苗研發(fā)帶來了困難。

“我們還有很多未知的領(lǐng)域需要探索，”鄭海學(xué)說，“但每一項突破都讓我們離最終目標(biāo)更近一步。”

研究團隊計劃進一步解析病毒生命周期中的其他關(guān)鍵蛋白，并嘗試開發(fā)新型疫苗和藥物。他們的目標(biāo)是攻克非洲豬瘟這一“世紀(jì)難題”，為全球養(yǎng)豬業(yè)的可持續(xù)發(fā)展保駕護航。

來源：科學(xué)報