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《Nature | 病毒大流行的早期预警系统——EVEscape》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2023-10-14

  • 2023年10月11日，来自哈佛大学医学院的Debora S. Marks团队在Nature杂志上发表了一篇题为 Learning from prepandemic data to forecast viral escape 的文章。该研究开发了一个通用的模块化框架EVEscape，可在不依赖于大流行测序或抗体结构的前提下预测病毒的逃逸潜力，不仅在预测SARS-CoV-2 的大流行变异方面与高通量DMS一样准确，还可推广到其他病毒类型。这种早期预警系统可以指导公共卫生决策和准备工作，以最大限度减少大流行对人类和社会经济的影响。

    这项工作通过对SARS-CoV-2大流行的回顾性分析，证明EVEscape可以预测大流行逃逸突变，并可以预测哪些新出现的病毒株具有较高的逃逸潜力，比依赖大流行抗体和血清实验的预测提前数月，同时提供相当的准确性，利用这一工具对潜在逃逸突变的早期感知可以为疫苗和治疗设计提供信息，以更好地遏制病毒传播。

    本文内容转载自“ BioArt”微信公众号。

    原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/OKjtwpr3c80NtQEg4BkKyQ



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  • 《美国国家海洋和大气管理局及联邦合作机构为淡水有毒水华设计早期预警系统》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2015-04-27
    • 美国国家海洋（NOAA）和大气管理局联合美国航天局、美国环保署、美国地质调查局，将用于探查海洋生物的卫星数据转化为保护美国公众免受淡水水华污染的信息。 这一360万美元的多部门合作致力于通过能扫描地表并收集淡水水体彩色数据的卫星对有毒和有害的水华进行早期预警。通过这一信息，国家和地方政府部门能给公众提供健康建议。此外，这一项目将有助于理解美国浮游植物水华蓝藻的环境成因和健康影响。 水华蓝藻是全球性环境问题。在一定的环境条件下，水华迅速成倍地自然生长并出现在海洋和淡水中，产生有毒水华，对人体和动物健康产生风险。蓝藻受到特别关注是因为他产生可以杀死野生动物和家畜的毒素，并通过暴露于污染的淡水和消费受污染的饮用水、鱼类和贝类引发疾病。 “观察有害藻类对于理解、管理和预测这些水华是非常关键的。”Holly Bamford,博士说。他是负责养护和管理的商务部长助理兼美国国家海洋和大气管理局副局长。“这一合作将保证国家海洋和大气管理局努力辅助沿海和内陆公众卫生官员和管理者跨越地区界限，通过易于理解的方式将这些信息传播给社区，使他们对环境事件的反应更具弹性” 每年由于有毒水华造成的淡水恶化损失预计达到6400万美元，除此之外还有饮用水处理费和娱乐用水的损失和海滨房地产价值下降。2014年8月，在伊利湖被水华污染后，托莱多、俄亥俄州的地方官员禁止它作为400000多居民的饮用水使用。 “美国环保署研究人员正在针对实时水质问题和保护居民饮用水进行重要的科学工具开发，以帮助当地社区做出快速有效 的响应”，美国环保署署长Gina McCarthy说。“由于气候的变化，赤潮已越来越多地影响我们水体。与其它联邦机构合作，我们正在利用我们的科学知识、技术和数据来创建一个移动应用程序，从而有助于水质管理人员做出重要决定，以减少与害赤潮相关的负面影响。” “有害赤潮已经成为一个重要的公共卫生问题和经济问题，需要广泛的科学调查。” 国地质调查局局长Suzette Kimball说。“地质调查局利用会聚线的证据，从地面到空间来评估水体数量和质量、生态系统、自然灾害和国家重要环境、健康问题的变化” 。 新的网络将建立在以前的NASA海洋卫星传感器技术基础上，该技术用以研究在海洋生态、二氧化碳在大气和海洋之间运移、全球气候变化中起主要作用的海洋藻类群落。这些传感器检测到的海洋上层阳光的颜色，并创建有助于识别有害藻类水华的指标。 “空间视点不仅有助于更好地理解我们的星球，更有助于改善世界人民的生活”，美国宇航局局长Charles Bolden说。“我们很高兴能把美国宇航局在空间和科学探索工作方面的专业知识用于保护公共健康和安全。” NOAA和NASA已经率先使用了卫星数据监测和预报赤潮。相比水体取样的方法，卫星数据可以更频繁地观察到更广的区域。数据也支持NOAA在墨西哥湾和五大湖区现存的有害藻类预报系统。 “太空仪器观测是解决这类危害公众健康问题一个理想的方法，因为他们具有全球覆盖和详细提供水中物质信息的能力，包括藻类水华”，NASA地球科学部的Paula Bontempi补充说。 项目前五年的第一步是使用海洋水色卫星数据，为美国淡水湖和水库创立一个识别蓝藻水华可靠、标准的方法。几个卫星数据集将用于评估和测试这些水体环境数据。 目前科学家可以使用海洋水色卫星数据，但不是常规加工和生产的、可满足国家和当地的环境和水质管理的格式。本项目将通过四个合作方开发的卫星数据中的蓝藻水华数据转化为公众可以通过移动设备和门户网站使用的格式。 该项目还包括在美国全境进一步理解浮游植物水华蓝藻的环境成因、健康影响的研究内容。湖泊、河口的水生植物由于接收流域径流过多养分以及温度、光照等环境条件导致产生水华，一些土地利用例如城市化、现代化的农业生产，改变了养分量和流域产沙量，从而影响蓝藻生长。 研究人员将比较时间尺度上最新的淡水水华卫星数据与卫星记录土地覆盖的变化，观察土地利用活动可能造成的环境变化中与水华的频率和强度。研究结果将有助于更好地预测水华事件。
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  • 《凭借其冠状病毒快速试纸，该CRISPR初创公司希望帮助遏制大流行》
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    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2020-03-24
    • 对冠状病毒传播以及疾病过程的不确定性和恐惧正在引起我们日常生活中的冲击波。一个简单的纸质测试可以提供基本问题的答案，并确定明智的前进方向。 在媒体上，在当地社区中，甚至在我们当选的领导人中，关于冠状病毒的威胁是否被过分夸大或低估了合理的辩论。但是，对于我们应该集体和个别地做的事情缺乏一致的指导，导致了不确定性和恐惧。市场低迷，要求员工在家工作，重大活动被无限期推迟。 所有这些不确定性和恐惧源自缺乏关于SARS-CoV-2病毒在我们社区中的传播和严重程度的数据。这种病毒在哪里集中，如何在人与人之间传播？症状的确切范围是什么，COVID-19疾病如何进展？我们无法回答这些基本问题，这反过来又使我们感到恐惧并为最坏的情况做准备。要回答这些问题，我们需要快速，廉价且可扩展地测试大量人群的SARS-CoV-2。 CRISPR救援 解决该诊断问题的一种可能的解决方案可能是以称为CRISPR的基因编辑分子工具的形式出现的。如果您还没有听说过CRISPR，那么它是一种基因工程工具，可让我们以极高的精度查找和替换DNA。结合自动化和计算领域的大规模进步，CRISPR有望成为合成生物学领域的真正变革者，影响从化学和材料到食品和健康的一切。 珍妮佛·杜娜（Jennifer Doudna） 加州大学伯克利分校教授Jennifer Doudna是CRISPR工具的发现者之一，该工具使世界各地的研究人员能够精确地发现和替换细胞中的DNA序列。她是猛mm象生物科学公司（Mammoth Biosciences）的联合创始人，该公司以这项技术为基础，开发了一种快速，廉价的冠状病毒检测方法以及其他产品。加州大学伯克利分校 CRISPR的精确度具有在样品中找到特定序列的超强能力，而且一家初创公司可以在30分钟内测试冠状病毒（整个过程包括样品制备大约需要4个小时）。 初创公司是猛mm象生物科学公司（Mammoth Biosciences），它是从CRISPR的发明者之一珍妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）的实验室中分离出来的。猛mm象一直在开发名为DETECTR的诊断系统，以使其成为测试疾病的强大平台。与UCSF的实验室医学教授Charles Chiu合作-冠状病毒的大脑信任中心，尤其是在湾区，猛trust象已经设计了一种使用CRISPR的快速检测诊断试剂盒的原型，以检测人类样品中的SARS-COV-2。 “在临床方面，我们现在需要的主要领域是提高对该病毒的诊断测试能力的能力，” Chiu在本周早些时候主持的冠状病毒市政厅中说。 “对我们而言，绝对能够快速准确地诊断出感染是防止进一步传播的一种绝对必要。” Mammoth和Chiu的实验室在两周前共同发表了有关其方法的白皮书，并在上周二的预印本中与人类样本的实际发现和结果一起发表了。他们在同行评审之前发布了数据，作为对大流行病快速反应的一部分。为了在研究实验室之外的诊断测试中使用，FDA首先需要批准诊断测试。 猛mm象的共同创始人兼首席执行官Trevor Martin说：“我们在原型开发中打破了陆地速度记录。”他谈到SARS-COV-2 DETECTR以及该团队如此快速开发系统的能力。他说。他告诉我DETECTR与目前的测试相比如何工作。 特雷弗·马丁 Trevor Martin博士猛mm象生物科学公司（Mammoth Biosciences）的联合创始人兼首席执行官说，他公司的CRISPR技术可以充当冠状病毒或任何其他疾病的“ Google搜索”，并且可以像家庭妊娠试验一样部署在纸质试纸上。 MAMMOTH BIOSCIENCES 我们今天如何测试冠状病毒：缓慢而马虎 当前许多诊断方法和资源缓慢，分布有限且成本高昂。美国CDC6 58创建了紧急使用授权（EUA）检测方法，以测试患者样品中SARS-CoV-2的成分。每个患者的分析方法最多需要4-6个小时才能完成。 最重要的是，筛查和诊断患者所需的必要周转时间超过24小时，因为这些样品需要运送到具有适当设备进行测试的实验室。总而言之，对于单个患者的样本，此过程可能需要2天到一周的时间。 CAS12：冠状病毒的“ Google搜索” 输入DETECTR和CRISPR蛋白CAS12。所需要的只是试剂，加热块，移液器和侧流条。无需昂贵的设备，也无需将产品发送到遥远的实验室。相反，DETECTR是一个简单的系统，仅需要医院或实验室中通常已经拥有的材料。正如Martin所解释的那样，它“尽可能地现货供应”。本地测试中心可以相对容易地将耗材发送给他们，因为它不需要笨拙的机器进行设置。马丁告诉我：“我们在每一步都考虑了供应和制造链。”尤其是这样，即使在基础设施很少的发展中国家，该系统也有可能在大流行情况下使用。 DETECTR方法的独特之处在于它很简单。患者提供鼻拭子或口腔拭子形式的样品，通过反应与初始等温扩增相结合将RNA转化为DNA，然后将CAS12与预先定义的SARS-COV-2指导序列混合，并读出反应在猛mm象的侧向流动条上。 CAS12蛋白在整个DNA样品中进行搜索，以寻找已编程的SARS-COV-2序列的存在。如果存在匹配，则CAS12与DNA结合并通过裂解报告分子而发出信号，从而导致条带发生颜色变化。 马丁告诉我：“如果您不需复杂的设备即可快速获得快速结果，那么我们已经证明了测定的概念”。 猛mm象所做的不只是证明CRISPR可以更便宜，更快速地诊断SARS-COV-2。他们证明，他们可以创建一个平台，以应对快速发展的周期（SARS不到两周）来解决新出现的疾病。 DETECTR将来可以带我们去哪里 赵博士讨论了如何改善当前平台。他描述了下一步是建立“开发多重测试的能力，该测试不仅可以测试冠状病毒，还可以同时测试其他呼吸道病毒和其他呼吸道病原体。”患者无需检查一种病毒，而可以检查自己是否患有SARS-CoV-2或另一条流感链。 查尔斯·邱 邱朝阳博士加州大学旧金山分校实验室医学系的一员一直在说许多人现在才意识到：对我们来说，要能够诊断出感染并预防冠状病毒的进一步传播，绝对必须进行测试。加州大学旧金山分校 NFX的执行合伙人兼该公司的投资者James Currier在博客文章中描述了该平台的潜力：“想象一下您在药房购买的那些快速妊娠测试中的一种，但是您不仅可以进行妊娠测试，还可以进行几乎所有的测试。应用于医疗保健，您可以检测到流感，性病，癌症，结核病，链球菌等的存在。” Currier说，您可以进一步缩小。 “在工业上，您可以测试石油，化学制品和塑料中的生物材料。在农业中，您将能够在运输之前或之后或在定价之前对肉，鱼和所有谷物筒仓进行筛选。您将可以在室温下，不到一个小时的时间内在现场完成所有这些操作，而无需任何特殊设备。” 可以进一步抽象此测试级别，以测量病毒，化学物质和材料的实时运动。柯里尔（Currier）认为，有一天消费者可以订购他们要测试的特定基因序列的试纸条，并在很短的时间内对该序列是否存在产生彩色响应。然后，他们可以将结果通过移动应用程序上传到云中，这将提供“实时洞察力，因为特定的菌株会在不同的地区传播，并更好地预测哪些菌株应纳入未来的流感预防针中。可以开发及时的预警系统来影响传染病的传播。” 马丁说，猛mm象正在创造的是“可以在任何地方部署的高质量分子测试”。目前尚不存在当前的分散诊断方法，显然，这种大流行现在已经可以看到它的效果。 加快生产流程 在冠状病毒市政厅会议上，Martin和Chiu明确表示SARS-COV-2 DETECTR是尚未准备好进行生产的概念证明。有什么瓶颈？在数周或数月内向消费者提供这些测试的方式是什么？ 马丁说：“希望合作伙伴能够证明每种组件的制造能力，从横向流条到试剂化学本身。”这是短期需求。从中长期来看，它将需要墨盒制造商，一次性化学系统以及具有数十万到数百万个单位的制造经验的公司。 基本上，科学家将必须学习如何使其技术可制造，制造商将必须学习如何以硅谷的速度进行创新。这是一项巨大的，协调一致的努力，但是我们需要有效地应对这一大流行，并且是下一个。
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