《COVID-19为研究自然和人类系统提供了难得的机会》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2020-08-05
  • 斯坦福大学(stanford)牵头的一篇新论文称,就像传说中掉落的苹果砸向艾萨克•牛顿(Isaac Newton)一样,COVID-19可能会让人们意外地一瞥复杂的地球系统是如何运作的。这个观点发表在7月29日的《自然评论地球和环境》上,假设了全球保护令造成的人类活动前所未有的变化的结果,并概述了理解其短期和长期影响的研究优先事项。这组科学家说,正确的方法可能会彻底改变我们对温室气体排放、区域空气质量以及全球经济与贫困、粮食安全和森林砍伐的关系等广泛问题的看法。它还可以帮助确保从冠状病毒大流行中实现经济、社会和环境上的可持续复苏,同时帮助预防未来的危机。

    “没有分心从最重要的优先级——这显然是人们和社区的健康和福祉——当前宽松的人类足迹提供了一个独特的窗口到人类对环境的影响,包括一些有效的公共政策的关键问题,“Noah Diffenbaugh说作者卡拉J基金会地球斯坦福学院的教授,能源和环境科学。

    例如,电动车在多大程度上改善空气质量的问题,到目前为止主要依赖于理论论证和计算机模型。然而,最近的减排规模提供了一个机会,可以利用大气观测来检查这些模型在模拟减少污染的干预措施(如电动汽车激励措施)的影响方面有多准确。

    预测流行病的结果

    研究人员指出,尽管COVID庇护的许多最初影响,比如污染物排放减少导致的晴朗天空,可能被认为对环境有益,但长期影响——尤其是与经济衰退相关的影响——并不明显。为了理解短期和长期的影响,他们建议关注两种途径的连锁效应:(1)能源、排放、气候和空气质量;贫困、全球化、粮食和生物多样性。

    考虑到这些途径中复杂的相互作用,研究人员强调需要一些技术,可以将多种证据集合起来,以揭示原因和结果。这包括支持和扩大研究大流行影响的协调努力,包括安全部署可跟踪变化条件的环境传感器,模拟地球对庇护措施的反应的计算机模型,以及有助于深入了解人类行为和决策的面向解决方案的研究试验。作者还呼吁建立一个协调的数据存储库,使许多不同类型的数据能够以统一的格式向公众公开。

    全世界“几乎在一夜之间,人们不得不改变他们的生活方式,他们的工作方式——与许多面临收入损失的通勤,购买食物,教育他们的孩子和其他能源消耗的行为,“说Ines代理副教授在斯坦福大学能源工程学院的地球,能源和环境科学。“对我们来说,更好地理解未来的社会混乱和灾难会如何影响能源系统和其他服务于社会的系统之间的相互作用是至关重要的。”

    理解人类的反应

    理解大流行的影响如何发挥作用的一个关键因素是它对人类行为和决策的影响。

    “人类行为导致,但也受到影响,地球系统的变化,和COVID-19为确保人们创造了新的挑战,企业采取行动保护地球,”作者玛格丽特•李维说:主任萨拉·米勒McCune的斯坦福大学行为科学高级研究中心和政治科学教授。“虽然政府并不是这篇论文的中心焦点,但它阐明了法律、法规和投资在食品供应和食品工人的安全、排放控制以及地球及其居民健康的许多其他方面所发挥的作用。”

    这一流行病对气候和空气质量的一些最持久的影响可能是通过它对衡量个人和社会对不同环境权衡的价值的政策参数的计算提供的洞见而产生的。研究人员指出,COVID-19危机使这些权衡变得更加明确。这是因为政府、社区和个人正在作出历史性的决定,反映出对当前和未来消费的基本偏好,以及不同类型的经济活动与个人和集体风险之间的权衡。

    这些决策可以帮助量化环境决策中经常使用的参数(如因空气污染或与二氧化碳排放相关的气候变化而造成的人类生命损失)。随着这些更新后的参数被纳入实际的政策决策,它们将对影响气候和空气质量长期轨迹的法规产生持久影响。

    研究旨在防止社会环境破坏的政策干预措施——例如贫困在推动森林砍伐方面的作用——也可以帮助弱势群体应对COVID-19带来的贫困冲击,使他们更深入地了解贫困和环境退化之间的最紧密联系。研究人员建议,利用获得今年诺贝尔经济学奖的那种以解决方案为导向的研究试验,来研究诸如为自然资源保护费等干预措施是否能有效地防止森林砍伐、过度捕捞和其他环境破坏。

    “新冠肺炎给我们带来了上个世纪所面临的一些最大挑战,”论文的合著者克里斯·菲尔德(Chris Field)说。他是斯坦福伍兹环境研究所佩里L.麦卡蒂主任,也是从事跨学科环境研究的梅尔文和琼·莱恩教授。“每一个挑战都有学习的机会,这篇论文为拓展机会提供了一张地图。”

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-03-24
    • 根据发表的发现,去年在中国武汉市出现的新型SARS-CoV-2冠状病毒是自然进化的产物,自那以后引起了大规模的COVID-19流行并传播到其他70多个国家。今天在《自然医学》杂志上发表 对来自SARS-CoV-2和相关病毒的公共基因组序列数据的分析发现,没有证据表明该病毒是在实验室中制造或以其他方式设计的。 “通过比较已知冠状病毒株的可用基因组序列数据,我们可以坚定地确定SARS-CoV-2来自自然过程,” Scripps Research免疫学和微生物学副教授Kristian Andersen博士说。纸。 除了Andersen之外,图兰大学的Robert F. Garry以及《 SARS-CoV-2的近端起源》一书的作者。悉尼大学的爱德华·霍姆斯(Edward Holmes);爱丁堡大学的Andrew Rambaut;哥伦比亚大学的W. Ian Lipkin。 冠状病毒是一大类病毒,可导致严重程度范围广泛的疾病。冠状病毒引起的第一个已知的严重疾病是2003年在中国爆发的严重急性呼吸系统综合症(SARS)。 2012年,沙特阿拉伯爆发了第二次严重疾病,爆发了中东呼吸综合症(MERS)。 去年12月31日,中国当局向世界卫生组织发出警告,称新的冠状病毒毒株暴发引起严重疾病,该毒株后来被命名为SARS-CoV-2。截至2020年2月20日,已记录了近167,500例COVID-19病例,尽管还有更多轻度病例可能未被诊断。该病毒已杀死6600多人。 流行病开始后不久,中国科学家对SARS-CoV-2的基因组进行了测序,并将数据提供给全世界的研究人员。所得的基因组序列数据表明,中国当局迅速发现了该流行病,并且由于单次引入人群后人与人之间的传播,COVID-19病例的数量一直在增加。其他几个研究机构的Andersen和合作者使用此测序数据,通过重点研究该病毒的几种典型特征来探索SARS-CoV-2的起源和进化。 科学家分析了刺突蛋白的遗传模板,刺突蛋白是病毒外部的骨架,用来捕获并穿透人和动物细胞的外壁。更具体地说,他们集中研究了刺突蛋白的两个重要特征:受体结合域(RBD)(一种钩住宿主细胞的钩子)和裂解位点(一种分子开罐器),它可以使病毒裂解然后输入宿主细胞 自然进化的证据 科学家发现,SARS-CoV-2刺突蛋白的RBD部分已经进化为有效靶向人细胞外部称为ACE2的分子特征,ACE2是参与调节血压的受体。实际上,SARS-CoV-2刺突蛋白在结合人类细胞方面是如此有效,以至于科学家得出结论认为,它是自然选择的结果,而不是基因工程的产物。 SARS-CoV-2骨架的数据-整体分子结构支持了自然进化的证据。如果有人试图设计一种新的冠状病毒作为病原体,那么他们将利用已知会引起疾病的病毒的骨干来构建它。但是科学家发现,SARS-CoV-2主链与已知的冠状病毒有很大的不同,并且大多数类似于蝙蝠和穿山甲中发现的相关病毒。 安德森说:“病毒的这两个特征,即刺突蛋白的RBD部分的突变及其独特的骨架,排除了实验室操纵作为SARS-CoV-2的潜在来源的可能性。” 英国Wellcome Trust流行病学负责人Josie Golding博士说,Andersen及其同事的发现“对于为流传有关病毒起源(SARS-CoV)的谣言提供基于证据的观点至关重要。 -2)导致COVID-19。” Goulding补充说:“他们得出结论,该病毒是自然进化的产物,结束了对故意基因工程的任何猜测。” 病毒的可能来源 根据他们的基因组测序分析,Andersen及其合作者得出结论,SARS-CoV-2的最可能起源遵循两种可能的情况之一。 在一种情况下,该病毒通过在非人类宿主中的自然选择演变为当前的致病状态,然后跳向人类。这就是以前的冠状病毒爆发的方式,人类直接暴露于麝香(SARS)和骆驼(MERS)后感染了该病毒。研究人员提出,蝙蝠是SARS-CoV-2最可能的储存库,因为它与蝙蝠冠状病毒非常相似。然而,尚无蝙蝠直接传播的案例,这表明蝙蝠与人类之间可能存在中间宿主。 在这种情况下,SARS-CoV-2刺突蛋白的两个显着特征-与细胞结合的RBD部分和打开病毒的切割位点-在进入人类之前已经进化到它们的当前状态。在这种情况下,一旦感染人类,当前的流行病可能会迅速出现,因为该病毒已经进化出使其具有致病性并能够在人与人之间传播的特征。 在另一种建议的方案中,该病毒的非致病性版本从动物宿主跃入人类,然后在人群中演变为目前的致病状态。例如,一些来自穿山甲,在亚洲和非洲发现的犰狳类哺乳动物的冠状病毒的RBD结构与SARS-CoV-2非常相似。来自穿山甲的冠状病毒可能已经直接或通过中介宿主(如麝猫或雪貂)传播给了人类。 然后,SARS-CoV-2的另一个独特的刺突蛋白特征性切割位点可能已经在人类宿主内进化,可能是通过在流行病开始之前人类人群中未被检测到的有限循环。研究人员发现,SARS-CoV-2裂解位点看起来与禽流感菌株的裂解位点相似,该株已证明可以在人与人之间轻易传播。 SARS-CoV-2可能已经在人类细胞中进化出了这种强力裂解位点,并很快开始了当前的流行病,因为冠状病毒可能已经变得更有能力在人与人之间传播。 该研究的合著者安德鲁·兰巴特(Andrew Rambaut)警告说,目前很难甚至不可能知道哪种情况最有可能发生。如果SARS-CoV-2以当前的病原体形式从动物源进入人类,则会增加未来爆发的可能性,因为致病病毒株仍可能在动物种群中传播,并可能再次跳入人类。非致病性冠状病毒进入人群,然后发展出类似于SARS-CoV-2的特性的机会更低。 该研究的资金由美国国立卫生研究院,皮尤慈善基金会,惠康基金会,欧洲研究委员会和ARC澳大利亚获奖者奖学金提供。
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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-04-07
    • 在不确定的时期,我们正在见证科学史上最伟大的时刻之一。 科学家在为新的冠状病毒开发治疗方法的竞赛中打破了速度记录。有些正在寻找希望找到有效药物的古老分子。其他人则利用合成生物学的最新突破来设计复杂的治疗方法和疫苗。 之前,我曾讨论过一些争相开发治疗方法的合成生物学公司。猛Ma象生物科学公司等其他公司正在开发急需的测试。每天都有来自世界各地的最新突破的补充报告。但是我们如何才能理解所有这些信息呢? 为了提供一个广阔的视野,SynBioBeta和拜耳的Leaps合作,以可视化研究社区的整体进展。该项目的核心是一个信息图,显示了各种治疗和预防措施的时间表(单击此处下载)。它基于米尔肯研究所的数据,该研究所最近发??布了一个详细的跟踪器,以监视当前正在开发的60多种已知COVID-19治疗和预防措施中每一种的进展。 一个收获:发展冠状病毒治疗和预防的进展正以前所未有的速度发展,几乎每周都有历史记录被打破。 拜耳公司高级副总裁兼飞跃主管Juergen Eckhardt说:“全球生物技术界对危机的反应真是令人鼓舞。”拜耳是拜耳公司的一个部门,负责将影响力投资引入解决方案,以解决当今健康和农业领域的一些最大挑战。 “我们很高兴在这个视觉时间表上成为合作伙伴,以帮助广大观众了解科学创新如何以及何时使我们度过这个充满挑战的时代。” 药物的批准有标准的程序。在第一阶段的试验中,对一小群健康受试者进行药物安全性评估。在后期阶段(II期和III期),疗效是在更大的人群中测量的,通常与安慰剂相比。COVID-19的情况预计将很快变得如此可怕,然而,许多人正在寻求快速测试。这可能包括允许试验性药物“扩大使用范围”,以供同情地使用,这将允许医生在测试完成前将药物提供给危重病人。 再利用现有药物 安全停止COVID-19的最快方法是发现一种已经批准的药物对它起作用。重新使用的药物不需要像新药物那样进行广泛的检测,而且可能已经大量供应。米尔肯研究所的追踪者确定了这类药物中的7种候选药物。 一种是抗疟疾药氯喹,最近几天被一些人吹捧为对抗冠状病毒的一种可能的神奇药物。德国制药公司拜耳(Bayer)上周向美国捐赠了300万片氯喹(氯喹)。美国食品和药物管理局(FDA)和一些学者正在联合调查氯喹是否能缓解19名患者的症状。 市场上还有成百上千的其他fda批准的药物已经被证明对人体是安全的,并且可能有针对COVID-19的治疗潜力,因此许多科学家正在迅速筛选已知的药物库,希望发现一种有效的化合物。 Anti-Coronavirus抗体 抗体是人类免疫系统的自然组成部分。它们在血液中昼夜不停地工作,以阻止病毒等。目前的问题是,由于新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是新的,还没有人有足够的时间来开发针对它的抗体。没有人,也就是说,除了那些从COVID-19中恢复过来的人。 从这些人身上提取的抗体可以帮助仍然被感染的病人。只要遵循标准协议,这种病人到病人的转移无需大量的测试或冗长的审批流程。目前还不清楚这种治疗方法是否适用于COVID-19,也不知道是否有足够多的康复供体来大规模应对感染。 为了改善这一过程,加拿大温哥华的AbCellera等公司正在应用新的生物技术。 AbCellera公司正在使用专用工具和机器学习技术,对从COVID-19中恢复的患者体内的数百万个B细胞进行快速筛选。B细胞负责产生抗体。该公司已宣布与礼来公司在该项目上的合作,并计划将其最热门的抗体——中和病毒的抗体——带到诊所。 AbCellera公司首席执行官卡尔·汉森博士在一份声明中说:“AbCellera的平台以前所未有的速度提供了迄今为止世界上最大的抗萨尔- cov -2抗体面板。”“在11天内,我们已经发现了数百种应对当前疫情的SARS-CoV-2病毒的抗体,与全球病毒学专家进行了功能测试,并与世界领先的生物制药公司之一签署了一项共同开发协议。我们对礼来应对这一全球挑战的速度和敏捷性印象深刻。我们的团队共同致力于提供一种对策来阻止疫情的爆发。” 范德比尔特大学(Vanderbilt University)的詹姆斯·克罗(James Crowe)也在对康复病人的血液进行筛选。使用一种来自伯克利照明公司的新仪器Beacon。克罗的团队一直在B细胞中寻找中和SARS-CoV-2的抗体。该项目背后的技术是近年来由美国国防部资助开发的。 “通常情况下,这是一个5年的项目,”克罗告诉我。但在他的团队正在跟进的快速过程中,动物研究最快可在两个月内完成。 今天早上,Berkeley Lights宣布了一个全球新兴病原体抗体发现联盟(GEPAD)来攻击COVID-19和其他病毒。它与范德比尔特大学(Vanderbilt University)、拉霍亚免疫学研究所(La Jolla Institute for Immunology)和埃默里大学(Emory University)合作,加速上述工作向更广泛的研究领域延伸。 打印DNA从未如此重要 这种合作还包括商业伙伴,包括为该项目合成DNA的Twist Bioscience公司。 Twist的首席执行官Emily Leproust说:“我们的任务是为生物学家提供取得突破所需的原材料。”“如果需要DNA,我们希望快速完美地制造出来。” 另一家专注于DNA合成的公司,SGI-DNA,正在以低得多的成本向研发COVID-19疗法的研究人员提供其工具。该公司表示,来自世界各地的人们都来找他们帮忙。 “我们没有时间可以浪费,”博士Todd R. Nelson说,他是SGI-DNA的首席执行官。他说,研究人员需要合成DNA和RNA,而Bio-XP机器可以在短短8小时内提供这些信息。 Nelson继续说:“在一两天的时间里,我们已经构建了被认为对成功研制非典- cov -2疫苗至关重要的基因。SGI-DNA使它们以不同的基因库的形式出现,研究人员可以利用这些基因库在几小时内找到“可用药的”靶标,大大加快了治疗和疫苗上市的时间。 老鼠,人类和人工智能 除了在康复病人体内寻找抗体外,生物技术专家还有其他锦囊妙计。 一种方法是通过基因工程使实验室老鼠模仿人类免疫系统。然后将病毒或部分病毒呈现给这些动物,让它们自行恢复。希望他们的B细胞能够产生有效的抗体。因为这发生在一个受控的环境中,生物学家可以更好地理解和设计这个过程。 早在2月4日,一家名为GenScript的公司就在实施这一战略,当时警方将8只接种了2019年nCoV抗原的转基因小鼠护送到中国的研究实验室。在12小时内,研究人员成功地在小鼠体内发现了特殊抗体,这种抗体可以识别这种新病毒,并有可能阻止它与细胞结合。在不到24小时的时间里,genscript完成了一系列的步骤,而使用之前的技术需要三个月的时间。 另一种方法涉及计算方法和人工智能。像分布式生物这样的公司正在使用计算机来重新设计抗体,以更好地瞄准SARS-CoV-2。该公司正在优化已知的针对SARS- cov -1的抗体。SARS- cov -1是2003年SARS爆发的病毒。 分布式生物技术公司的首席执行官杰克·格兰维尔说:“我们相信,广泛中和具有生物物理特性的抗体将成为战胜所有冠状病毒的关键武器。” COVID-19的疫苗 疫苗通过模拟感染起作用,从而使人体对病毒进行防御。有效的疫苗需要花费时间才能开发,而且可能需要更长的时间进行测试。但是生物技术的最新进展再次加快了这些努力。 值得注意的是,Moderna已在创纪录的时间内启动了针对COVID-19的1期疫苗试验。西雅图的患者已经开始接受实验性mRNA疫苗的注射。 Moderna大大提高了剂量,并在短短44天内获得了FDA的测试批准,这是有史以来的最高记录。 加快进度 这些计划将重点放在一个共同的敌人上,并把不同的公司聚集在一起。 新兴的合成生物学领域的巨头银杏生物公司(Ginkgo Bioworks)宣布了一项2500万美元的基金,以帮助促进更多的合作。该公司将向任何知道如何停止COVID-19的人提供其实验室设备和专有技术。 “我们不希望任何科学家都必须等待。大流行已经到来,因此,快速成型和大规模生产的时机已经到来,”银杏首席执行官Jason Kelly说。 这些努力(以及上面的信息图)应该给您带来希望。尽管我们现在生活在不确定的时代,但我们也目睹了科学史上最伟大的时刻之一。 伯克利·莱特公司首席执行官埃里克·霍布斯说:“这是一个可怕的时刻,同时也是让全球科学界共同努力克服这一非常艰巨和具有挑战性的疾病的绝佳时机。” “我们也在学习和开发工具和技术,以确保我们能够对下一个威胁做出更快的反应,以免在将来再到这一点。”