地圖為對抗流感病毒指明方向

一個國際研究團隊開發出軟體,該軟體展示了免疫系統與試圖突破其防禦的流感病毒株之間的相互作用——在全球範圍內


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的故事。


正如道路地圖幫助駕駛員理解原本晦澀難懂的指示一樣,一個科學家團隊開發出一種軟體,使他們能夠繪製免疫系統和細菌之間衝突的地圖,首先從流感病毒開始。根據世界衛生組織(WHO)的資料,這種對來自全球各地實驗室的資料進行整合和展示的方式,標誌著在理解和對抗通常每年在全球奪走超過25萬條生命的病毒方面邁出了重要一步。

這些抗原圖譜的原始資料來自世界衛生組織全球流感監測網路,該網路由80個國家的100多個實驗室組成,每年測試約5000種流感病毒株。研究人員將這些資料輸入到一個透過資料加密和密碼保護的網站,這些資料在該網站上可供四個國際世界衛生組織合作中心——分別位於美國、澳大利亞、日本和英國——使用,這些中心針對不同的抗體分析病毒株,抗體是由免疫系統形成的蛋白質分子,用於識別和中和細菌、病毒和其他入侵者。

流感疫苗的工作原理是將人體暴露於最近流行的流感病毒的滅活毒株。但在科學家能夠決定在疫苗中使用哪些流感病毒株之前,他們必須首先確定人體免疫系統對遇到的不同流感病毒株的反應。劍橋大學動物學系傳染病資訊學教授德里克·史密斯說,病毒之間的這種差異——正如我們的免疫系統所解釋的那樣——被稱為“抗原差異”。史密斯與新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的計算生物學家艾倫·拉佩德斯以及荷蘭鹿特丹伊拉斯姆斯醫學中心的病毒學家羅恩·福希耶合作編寫了抗原圖譜軟體。“你提取針對不同流感病毒株產生的抗體,看看它們與不同流感病毒株的結合程度,”他補充道,“最終你會得到一個包含這些測量結果的表格。”

幾十年來,代表這些抗原差異的數字一直以表格的形式呈現,以便研究人員可以比較結果。但史密斯說,需要“專業知識才能讀懂這些表格”。

除了拉佩德斯和福希耶之外,史密斯還將抗原圖譜的出現歸功於伊拉斯姆斯大學病毒學系的研究員簡·德容的工作,他收集了自1968年以來關於流感病毒株的資料;阿爾伯特·奧斯特豪斯,伊拉斯姆斯大學的病毒學教授,他資助並鼓勵了早期關於地圖繪製專案的工作;以及南希·考克斯,美國疾病控制中心流感部門主任。

史密斯和他的同事在2004年發表在科學雜誌上的一篇文章中首次描述了他們的抗原圖譜技術。此後,他們使用他們的軟體建立了一個抗原圖譜,記錄了過去五年中分離出的13,000種人類流感病毒株。當這些結果被繪製在數字抗原圖譜上時,研究人員可以精細地看到人體免疫系統如何對病毒的不同突變做出反應。“製圖提高了可以判斷這些[差異]的解析度,”史密斯說,他在新墨西哥州阿爾伯克基的新墨西哥大學獲得計算機科學博士學位,同時也是聖塔菲研究所的研究員。

流感地圖僅僅是醫療保健專業人員希望成為一系列有用的視覺輔助工具的開始。“透過應用創新策略來繪製全球季節性流感病毒株的差異,史密斯和他的同事為流感病毒傳播模式提供了重要的見解,這可以極大地改善監測和疫苗株的選擇,”美國國立衛生研究院院長伊萊亞斯·澤爾胡尼在一份宣告中說,美國國立衛生研究院透過其先鋒獎計劃資助了該地圖繪製專案。

研究人員已經在進行瘧疾和狂犬病抗原圖譜的研究,並且還有針對艾滋病毒和登革熱地圖的計劃。“我們構建抗原圖譜是因為流感是我們的首要關注點,”史密斯說,“但它需要適用於其他病原體。”為了滿足這些需求,研究人員計劃在未來六到九個月內在網上釋出他們軟體的“開源”版本,計算機程式設計師和研究人員將能夠使用和修改它用於他們自己的專案。價格標籤?零——史密斯指出,希望他們與其他軟體使用者分享他們的發現和修改。

研究人員將能夠在其自己的計算機上執行製圖軟體,而不是將他們充滿資料的數字電子表格傳送到劍橋,在那裡,研究人員的20臺計算機伺服器叢集執行抗原圖譜軟體來製作地圖。“我們的目標,”史密斯說,“是讓抗原圖譜[存在於]人們的桌面上,以便他們使用它,甚至不知道是誰編寫的。”

© .