2008年11月28日,當中科院院士饒子和等人的論文寄到英國《自然》雜志社時(shí),19歲的福建女孩黃燕清還在北京打工。雖然生活拮據,但她是個(gè)愛(ài)美的姑娘。
論文在兩個(gè)月后刊出了。此時(shí),黃燕清的生命已經(jīng)逝去,“兇手”是一場(chǎng)突如其來(lái)的疾病——禽流感。惡名昭著(zhù)的H5N1高致病性禽流感病毒,從一只鴨子,進(jìn)入黃燕清體內。
饒子和與同事們在論文里談?wù)摰,正是同一種病毒。他們對這種病毒的研究跨出了重要一步:弄清了病毒的一個(gè)關(guān)鍵結構,并發(fā)現了這種結構的作用——幫助病毒在人體內復制。根據這個(gè)發(fā)現,人們有希望研究出專(zhuān)門(mén)藥物,破壞這個(gè)關(guān)鍵結構,從而治療禽流感。
饒子和解釋?zhuān)哼@就像為人們攻擊H5N1病毒“提供一個(gè)靶點(diǎn)”。振奮的媒體則難掩喜悅之情,大大小小的報紙都登了新聞:我國禽流感研究取得“重要突破”。
不過(guò),印刷在論文上的理論突破,挽救不了黃燕清的生命,也不能阻止在剛剛過(guò)去的歲末年初,禽流感給中國社會(huì )帶來(lái)陰影。只用了1個(gè)多月的時(shí)間,禽流感病毒就纏上了全國各地的8名患者。在這些得到官方確診的患者中,5人已經(jīng)死亡,1人仍在醫院里。
科學(xué)帶來(lái)的振奮,與疾病帶來(lái)的恐懼交雜在一起。人和禽流感病毒之間的戰斗遠沒(méi)有結束。
找到一個(gè)好“靶子”
1997年,H5N1病毒第一次被在人體內發(fā)現時(shí),遠沒(méi)有今天這么著(zhù)名。作為禽類(lèi)流感病毒的一個(gè)變種,人們一度認為,它頂多能殺死廣東省的鵝。
就在這段時(shí)間,剛從國外學(xué)成歸來(lái)的生物學(xué)博士饒子和,與H5N1病毒第一次交手。他和哈爾濱獸醫研究院合作,試圖破解這種病毒內部隱藏的秘密之一——核蛋白的結構。
這場(chǎng)研究斷斷續續,持續到2006年,這一年,華人女科學(xué)家陶一之在饒之前,破解了H5N1禽流感病毒的核蛋白結構,贏(yíng)得巨大的國際聲望。
人們對H5N1病毒越來(lái)越熟悉,也越來(lái)越恐懼。2003年,中國大陸第一例人感染禽流感的病例出現。之后發(fā)生的幾十起病例,死亡率高達60%以上。而防治禽流感的疫苗和藥物研究,卻進(jìn)展緩慢。
2006年,被任命為南開(kāi)大學(xué)校長(cháng)的饒子和,開(kāi)始把研究轉向另一個(gè)領(lǐng)域——H5N1病毒的核酸聚合酶。
一個(gè)H5N1病毒,由攜帶遺傳信息的RNA、核酸聚合酶以及其他結構性蛋白組成。其中,聚合酶的作用是幫助病毒自我復制,通常被認為是病毒中最重要的蛋白。
饒子和的學(xué)生、清華大學(xué)博士婁智勇力圖用通俗易懂的方式,介紹這種重要的蛋白:“禽流感病毒在人體內的復制,離不開(kāi)這種聚合酶的幫助。如果我們能知道它的結構,并且研究專(zhuān)門(mén)的藥物攻擊這個(gè)結構,病毒就無(wú)法在人體內復制了!
此前,人們已經(jīng)了解到,聚合酶由PA、PB1、PB2三個(gè)蛋白亞基緊緊簇擁在一起組成。不過(guò),它們內部的真實(shí)結構,卻始終在迷霧中。
饒子和與同事們一起,開(kāi)始向這個(gè)結構發(fā)起沖擊。他領(lǐng)導著(zhù)一個(gè)由南開(kāi)大學(xué)、清華大學(xué)和中科院生物物理研究所的學(xué)生組成的聯(lián)合試驗室,與中科院生物物理所研究員劉迎芳領(lǐng)導的課題組合作進(jìn)行研究。
要想弄清聚合酶的結構,研究者需要設備、毅力,以及一點(diǎn)點(diǎn)好運氣。因為直接對病毒進(jìn)行研究具有很高的危險性,他們采用通用的做法,讓細菌獲得制造病毒蛋白的能力,成為生產(chǎn)病毒蛋白的工廠(chǎng)。
首先,研究者將已經(jīng)知道的H5N1病毒RNA中決定聚合酶結構的部分,移植到細菌中,從而“欺騙”細菌按照這部分RNA,生成聚合酶的蛋白結構。然后,通過(guò)復雜的技術(shù)手段,人們殺死細菌,而把專(zhuān)需的蛋白提取出來(lái),進(jìn)行研究。
最初,提取的蛋白以很高濃度溶解在溶液里。為了進(jìn)行觀(guān)察,還必須在嚴格的條件下,讓蛋白脫離溶液,長(cháng)成固態(tài)的晶體。
婁智勇介紹,在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中,結晶是最難實(shí)現的步驟,往往決定著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)度。因為,要使某種特定蛋白結晶,需要溫度、濃度等一系列條件都符合某個(gè)數值。為此,在漫長(cháng)的實(shí)驗過(guò)程中,實(shí)驗人員反復修改這些條件,經(jīng)過(guò)無(wú)數次嘗試之后,才可能獲得結晶。
“如果結晶一直沒(méi)有出現”,婁智勇說(shuō):“那只能說(shuō)明你試的還不夠多”。
在這次研究中,生物物理研究所的袁普偉“試的夠多”,最先得到了結晶。隨后的研究移送到清華大學(xué)結構實(shí)驗室進(jìn)行。結晶被放到一臺專(zhuān)門(mén)的儀器上,用X射線(xiàn)照射,射線(xiàn)穿過(guò)結晶形成的光譜被機器記錄下來(lái),經(jīng)過(guò)計算分析后,這部分蛋白的結構就一目了然。
據介紹,PA、PB1和PB2這3個(gè)亞基,每個(gè)都由一定數量的氨基酸分子排列成一隊組合而成,每條長(cháng)鏈的兩端,分別被稱(chēng)為這個(gè)亞基的N端和C端。在2008年8月,饒子和與合作者們初戰告捷,一篇發(fā)表在《自然》上的論文,宣稱(chēng)他們破解了PB1的N端和PA的C端結構。
不過(guò),饒子和介紹,此次被發(fā)現的PA蛋白的N端,重要性遠遠超過(guò)了上一次。因為經(jīng)過(guò)實(shí)驗證實(shí),PA蛋白的N端具有一種被稱(chēng)為“核酸內切酶活性”的功能,這種功能在病毒復制中是不可缺少的。
至此,人們終于在H5N1病毒身上,找到了一個(gè)“好靶子”。
理論到藥的漫漫旅途
通過(guò)新聞,饒子和看到了剛剛發(fā)生的禽流感病例。這時(shí)候,他的團隊已經(jīng)掌握了那個(gè)殺死病人的病毒的一個(gè)關(guān)鍵結構。媒體都相信,這個(gè)成就為相關(guān)藥物的研究和開(kāi)發(fā)提供了“精細結構基礎”。
可是,他和同事們心里都清楚,要阻止H5N1病毒的惡行,光有靶子是完全不夠的。在結構基礎和一種有效的藥物之間,旅途漫漫。
婁智勇介紹,病毒中的聚合酶通過(guò)與人體細胞內的核酸進(jìn)行結合,實(shí)現病毒自身的復制。結合的部分,正是PA蛋白亞基的N端。要想阻止這一過(guò)程,需要挑選一種合適的核酸類(lèi)似物,送入細胞中。如果這種核酸類(lèi)似物能比細胞內的核酸更容易與聚合酶結合,那么,這處結合位點(diǎn)就會(huì )被擋住,聚合酶好像“戴了個(gè)口罩”,無(wú)法工作。
不過(guò),人類(lèi)常用來(lái)制作藥物的有幾千種核酸類(lèi)似物,即使知道了聚合酶的結構,挑選一種容易與它結合的核酸類(lèi)似物,也并不容易。
唯一的辦法,還是“反復嘗試”,沒(méi)有捷徑。
還在就讀的清華大學(xué)博士研究生趙聰,是饒子和實(shí)驗室禽流感藥物開(kāi)發(fā)的參與者。每天從早到晚,她都穿著(zhù)白大褂,在實(shí)驗室里等待。根據H5N1病毒聚合酶的結構,她通過(guò)計算機進(jìn)行模擬計算,為備選的核酸類(lèi)似物打分,然后按照分數高低,一次次將各種核酸類(lèi)似物加入PA蛋白溶液中,經(jīng)過(guò)結晶,再利用X射線(xiàn)照射取得光譜,來(lái)確定這種類(lèi)似物能不能與N端成功地結合。
新藥研究的速度,通常與能否盡快找到這種類(lèi)似物有關(guān)。不過(guò),這只是第一步,對于能夠成功堵住聚合酶蛋白的類(lèi)似物,人們還需要通過(guò)毒性測試和活性測試實(shí)驗,確定它對人體無(wú)害,并且在分子水平上對它進(jìn)行改造,使它盡量不對人體造成更多影響。
然后,制成的藥品要經(jīng)過(guò)培養細胞實(shí)驗、小動(dòng)物試驗、大動(dòng)物試驗以及人體臨床試驗,確定效果之后,才能正式投入使用。
趙聰透露,如今,她進(jìn)行的藥品制作實(shí)驗已經(jīng)“可以說(shuō)有所突破”。不過(guò),她不能透露這種“突破”的具體情形。
從理論到藥物究竟需要多長(cháng)時(shí)間?饒子和搖搖頭,無(wú)法給出有數據支持的預測。雖然也有3~5年制成藥品的情況,但這并沒(méi)有普遍性。有時(shí)候,一種藥物從開(kāi)始研發(fā)到問(wèn)世,要經(jīng)過(guò)十幾年甚至幾十年。
在那之前,人們仍然不得不無(wú)奈地面對禽流感的襲擊。饒子和介紹,目前,針對禽流感并沒(méi)有很好的治療方法,治療更多是輔助,痊愈者之所以能戰勝病毒,靠的是自身免疫系統產(chǎn)生的抗體。
和禽流感病毒“和諧”相處?
在人和病毒的賽跑中,并不是只有人類(lèi)在努力。
與流感病毒打交道20多年,饒子和很清楚H5N1病毒極強的變異能力。禽流感病毒的研究者經(jīng)常疲于奔命,很多時(shí)候,當針對某個(gè)變種病毒的藥物還在研發(fā)時(shí),這種病毒已經(jīng)換了副面孔,跑到另一個(gè)人身上。
不過(guò),饒子和認為,這一次的研究成果,有希望帶來(lái)一種“廣譜性”的藥物。這是因為,病毒的變異,多半發(fā)生在構成病毒外殼的結構性蛋白。而這次研究的目標活性酶,屬于病毒內部比較穩定、很少發(fā)生變異的部分。因此,無(wú)論禽流感怎樣變,針對這個(gè)部分設計的藥物,將能夠對多個(gè)變種的禽流感有治療效果。
每當周末或者假期,這名大學(xué)校長(cháng)就會(huì )從公務(wù)中抽身出來(lái),扎進(jìn)自己的研究中。在分子和原子的結構之間,他總能發(fā)現許多人不能體會(huì )的樂(lè )趣!白鲂iL(cháng)也有苦惱”,而一旦沉浸在研究里,“這些就全忘了”。
幾天前,饒子和的實(shí)驗室已經(jīng)和一家疫苗生產(chǎn)公司開(kāi)始了合作。不過(guò),合作的結果如何,還尚難確定。在獲得新的突破以前,面對禽流感病毒的猖獗,他和其他人一樣無(wú)奈。
經(jīng)過(guò)幾番較量,他對H5N1病毒的感受有些復雜?吹叫侣劺镉腥艘驗榍萘鞲卸劳鰰r(shí),他希望自己的研究能再快些,早日提供治療手段。不過(guò),他并不愿意對這種病毒“趕盡殺絕”。
“禽流感病毒是自然界存在的”,坐在實(shí)驗室里,他這樣評價(jià)自己的對手:“我們要把它們從身體內趕走,而不是徹底消滅!
在科學(xué)家饒子和的心目中,一種好的藥物,是能夠緩解病毒在人體內的擴散,保證人在患病的時(shí)候不會(huì )死亡或受到嚴重損傷,而不是立即將病毒殺死。最終的痊愈,還是應該靠人體自身形成抗體,將病毒趕出體外。在這個(gè)“自然的過(guò)程”中,人可能要受點(diǎn)兒苦:發(fā)燒、打噴嚏。不過(guò),他覺(jué)得,這是一種“生存的和諧”。
說(shuō)這話(huà)的時(shí)候,禽流感病毒的又一輪進(jìn)攻,正在慢慢退卻。
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