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shRNA表达克隆

COVID与2020:科学史上意义非凡的一年

Dec 29, 2020 No Comments

 

COVID与2020:科学史上意义非凡的一年

全世界都已使用咽拭子和鼻拭子检测冠状病毒SARS-CoV-2。


新冠病毒大流行影响了一年的科学研究——从疫苗研发、治疗方案到学校封闭和虚拟会议。

贯穿2020年的一个主要事件是一种人们完全不了解的致命病毒肆虐全球,造成超过150万人死亡,而且它正在感染更多人,并持续影响经济发展。尽管2020年还有其它具有新闻价值的研究进展,但这种病毒流行将科学的发展推向了非同寻常的程度。

冠状病毒的传播速度,估计只有科学洞察力的速度才能与之匹敌。几乎在SARS-CoV-2被发现后,世界各地的研究小组就开始探究它的生物学特性,而其他研究小组则开发了诊断测试或研究控制它的公共卫生措施。科学家还竞相寻找治疗方法,并开发出可以控制大流行的疫苗。纽约洛克菲勒大学(Rockefeller University in New York City)的病毒学家Theodora Hatziioannou表示,他们从未在其它传染源中取得如此迅速的进展。

但是,就如同对其他人一样,这种大流行也影响了研究人员的工作和个人生活。许多不研究该病毒或其影响的研究人员的研究项目被推迟、工作被搁置,研究经费被中断。

 

一种新型病毒

2020年1月在中国武汉市首次出现神秘呼吸道疾病,该报道后不到一个月,中国的研究人员就明确了病因:一种新型冠状病毒。该病毒随后迅速被命名为SARS-CoV-2。1月11日,一个中澳团队在网上发布了该病毒的基因序列。此后不久,科学家又发布了另一个关键而又令人震惊的发现:该病毒可能可以在人际间传播。

2月,研究人员已经确定该病毒会与ACE2受体结合,该受体存在于许多器官(包括肺和肠)的细胞表面上。这种丰富的靶点可能有助于解释COVID-19引起广泛的机体受损,例如引起肺炎、腹泻和中风。该病毒与ACE2受体结合的能力至少是SARS-CoV的10倍(SARS-CoV是2003年造成致命性呼吸道疾病爆发的冠状病毒)。科学家认为,这可以部分解释SARS-CoV-2的超强传染性。

3月,一些科学家认为,含有病毒的微小“气溶胶”(aerosols),可以在空气中停留很长时间,从而在传播中起到了一定的作用。但是,并非所有研究人员都同意这种说法,而且一些政府部门和公共卫生组织花了几个月来接受这是病毒传播方式之一的事实。研究人员还了解到,人们可以在出现症状之前就传播疾病。根据11月公布的一项分析,如果没有采取有力的控制措施,大约一半的SARS-CoV-2传播都是从无症状感染者开始的。

也许围绕着病毒生物学的最大悬念是它的来源。有力的证据表明它起源于蝙蝠,并可能通过中间动物宿主传播给人类。许多动物都对SARS-CoV-2易感,包括猫和貂。9月,WHO成立了一个科学小组去调查疫情的动物起源,调查从中国开始,并扩大到其它地区。美国总统Donald Trump等人在没有实质性证据的情况下,声称中国实验室释放了SARS-CoV-2,但大多数科学家认为这种可能性为0。

 

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SARS-CoV-2病毒颗粒的电子显微照片,其表面覆盖刺突蛋白。

 

尝试控制:成功与失败

从大流行开始,流行病学家就急于开发模型来预测病毒的传播,并提出可以通过采取哪些公共卫生措施来控制这种病毒的传播速度。在没有疫苗的情况下,世界各地的官员都依赖所谓的非药物干预措施,例如封锁措施。1月,武汉的官员展示了如何迅速关闭可能存在病毒的几乎每一个日常生活的场所。世界上许多地方也随之实行了类似的行动限制。

但是封锁对经济的影响并不友好,这导致许多国家在病毒受到控制之前就解除了封锁。在大流行早期,关于病毒能否通过空气传播的不确定性导致了有关戴口罩是否有用的争论,随后变得政治化,尤其是在美国。与此同时,阴谋论、错误信息和粗略的科学知识几乎与病毒传播的速度一样快。其中包括讨论让病毒发展而不是控制它的好处。

流行病学家建议,大规模检测SARS-CoV-2是摆脱危机的办法。但在许多国家,由于使用PCR技术的标准检测试剂盒和试剂短缺,造成了瓶颈。这促使世界各地的研究小组开始设计新的快速检测方法,包括基于基因编辑工具CRISPR的检测方法和快速抗原检测方法,这可能有助于诊断未来出现的疾病。

越南、中国和泰国等较早遏制病毒传播的国家和地区使用了多种方法相组合的方式,包括全面封锁、广泛测试、配戴口罩和电子接触追踪等。在新加坡、新西兰和冰岛,积极的测试与跟踪方案,加上严格的隔离措施,几乎消灭了该病毒,使生活回到了正轨。

马里兰州巴尔的摩的约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的流行病学家Caitlin Rivers表示,这些成功案例的共通点是政府愿意采取迅速果断的行动。早期和强有力的行动确实有助于减缓病毒的传播速度。

但是在许多国家,官员行动迟缓,无视科学建议或反对扩大检测力度。其结果是感染人数上升,导致了第二波疫情。在美国和西欧,COVID-19感染和死亡人数目前再度激增。

 

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许多国家限制人们的出行以控制疫情

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全球有超过150万人死于COVID-19。

 

快速疫苗

在混乱中,一项历史性的科学努力为全球提供了可以对抗1年前人类还未意识到的疾病的疫苗。COVID-19疫苗的开发和测试速度惊人。根据去年11月的最新统计,世卫组织表示有200多种疫苗正在开发中,其中大约50个处于临床试验的不同阶段。研究者使用了一系列令人眼花缭乱的方法,从老式的化学灭活的SARS-CoV-2进行疫苗接种,到研发从未获得过许可疫苗的新技术。

大型功效试验的结果表明,分别由制药公司Pfizer和德国生物技术公司BioNTech、美国生物技术公司Moderna、制药公司AstraZeneca和英国牛津大学(University of Oxford)研制的疫苗都能有效预防COVID-19。在过去的1个月,英国和美国的监管机构已经发布了Pfizer疫苗的紧急授权,使其可以广泛使用,预计欧盟的监管机构将在未来几周内做出决定。在中国和俄罗斯开发的疫苗已经获得批准,但尚未完成最终阶段的人体测试。

Pfizer和Moderna的疫苗在预防COVID-19方面的有效率大约是95 %,而AstraZeneca和牛津大学研发的疫苗效力尚不确定。关键的问题持续存在:疫苗预防严重感染的效果如何?特别是在老年人中,且预防效果能持续多长时间?科学家仍然不知道疫苗是否会阻止人与人之间的病毒传播。许多其它疾病的疫苗都做不到阻止人传人。

为了使疫苗发挥作用,它们需要到达最需要它们的人手中。包括美国、英国、欧盟成员国和日本在内的富裕国家已经预先购买了数十亿的多种疫苗制剂。为低收入和中等收入国家购买疫苗的努力已获得许多富裕国家,不包括美国的支持,但不确定其成功与否。在生产和运送疫苗方面有许多障碍。例如,Pfizer疫苗的温度必须保持在-70 °C,这将在世界上没有冷藏基础设施的地区造成困难。而且以后肯定会出现更多的困难。

 

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Margaret Keenan是英国第一位获得批准可紧急使用的Pfizer和BioNTech公司COVID-19疫苗的人。

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乌干达被封锁期间,坎帕拉的弱势居民获得了粮食配送。

 

新旧治疗

鉴于向全球人口部署疫苗注射的后勤工作(可能需要定期注射),仅凭疫苗不太可能结束这场大流行。荷兰乌得勒支大学(University Medical Centre Utrecht)医学中心的重症监护医生Lennie Derde表示,摆脱这种流行病的唯一方法是疫苗和治疗方法的结合。

研究人员竞相测试了一系列潜在的治疗方法,但成效不一。一些候选药物(包括疟疾药物羟氯喹和两种HIV药物的混合物)在小型临床试验和观察性研究中显示出最初的前景,但后来在接受COVID-19住院治疗的人群中进行的更大、随机对照研究中却没有显示出益处。

4月,进行一项大型临床试验的研究人员宣称,一种名为remdesivir的抗病毒药物缩短了COVID-19患者的住院时间。但后来的研究发现,该药物并未显著降低死亡率。11月,WHO不建议再使用它。

在某些地区,潜在的COVID-19疗法已被严重政治化,被大肆宣传未经证实的疗法,包括羟氯喹。一些监管机构发布了未经证实的治疗方法的紧急使用授权,在某些情况下,这阻碍了临床试验并引发了安全隐患。

其它疗法也取得了更大的成功。6月,一项名为地塞米松的免疫抑制类固醇的大型试验发现,将这种抗抑郁类固醇给予需要氧气供给的COVID-19患者时,可使死亡人数减少约三分之一。另一种针对免疫系统的药物名为tocilizumab,在临床试验中取得的结果参差不齐,但在重症患者中显示出前景。

研究人员目前正在对COVID-19轻症患者进行其它干预措施的测试,以了解这些测试是否减少了其进展为更严重疾病的风险。同时,给予患者从COVID-19康复者身上采集的血浆的研究正在开展中。一些科学家希望大量生产的能够直接使SARS-CoV-2失活的单克隆抗体会有所帮助,但研究尚未表明这些昂贵的治疗方法是否能够达到人们预期。

最终,COVID-19治疗可能需要根据患者的风险因素和疾病严重程度量身定制药物组合方式,REMAP-CAP指导委员会成员Derde认为,REGAP-CAP是一项国际试验,用于测试COVID-19单独和联合治疗效果。她指出,最合理的假设是,没有一种神奇的药物会产生巨大的变化。

 

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疾病大流行期间,有些国家的医院不堪重负。

 


研究中断

自第二次世界大战以来,科学研究从未如此大范围地受到干扰。随着病毒开始在各个国家传播,许多大学在3月封闭了校园。除了最基本的实验,实验室暂停了所有研究,取消了实地调查,会议也变成了线上。

在与流行病没有直接关系的许多领域中,项目进展速度缓慢。研究人员突然被迫在家工作,他们发现自己的生活被打乱了,往往在照顾家庭和有限的图书馆等资源获取方面陷入困境。许多学生还发现自己没有来源于实地调查或实验室用于获得学位所需的数据。通行阻断使得找工作变得更加困难。

女性、家长、早期职业研究人员和因历史问题而代表性不足的群体——科学家等受到的打击尤其严重,大流行放大了这些因素,使他们更难参与科学研究。4月和5月针对巴西3345名学者进行的一项调查发现,黑人妇女以及各族裔的母亲报告称,在大流行期间生产力的下降幅度最大,以其提交研究论文和按时完成的工作能力来衡量。位于阿雷格里港的南里奥格兰德州联邦大学(Federal University)的植物生物学家兼研究负责人Fernanda Staniscuaski表示,毫无疑问,这些情况也能反映其他国家的现状。

全球各国政府以各种方式做出回应,其中一些政府为高等教育和研究密集型产业提供财政支持。例如,澳大利亚向2021年的大学研究经费中投入了10亿澳元,相比之下,在美国,一项总值2.3万亿美元的经济救助计划却大部分并未被用于科学研究。

8月,美国和欧洲的许多大学校园开始重新开放,尽管许多社区的感染率激增,这通常是由学生返回校园导致的。印度和巴西等其他疫情大爆发的国家则没有重新开放学校。

这其中也有一些亮点。甚至在国家封闭时,一些国际合作也在增加。研究人员开始更开放地共享数据,许多人在预印服务器上发表了他们的工作。而且大多数出版商都向读者开放COVID文章,供其免费阅读。研究文化也至少(暂时)从强调生产力转向讨论更广泛的问题,例如工作与生活的平衡。研究国际研究模式的英国牛津大学(University of Oxford)研究员Xin Xu表示,他希望大流行引起的积极变化能够继续保持下去。

 

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物理隔离的户外活动有助于减少病毒的传播。


原文检索:
https://www.nature.com/immersive/d41586-020-03437-4/index.html
郭庭玥/编译

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