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张永振:鉴定出新冠肺炎的病毒学家,他的编年史


这一年,在知名期刊《普通病毒学杂志,Journal of GeneralVirology》上,张永振发表了团队第一篇有关汉坦病毒的SCI论文,提出大林姬鼠也是汉滩病毒的自然宿主,地理生态因素对汉坦病毒的播散起重要作用。

另外,他还与王昭孝等在贵州发现了褐家鼠携带的汉滩病毒与汉城病毒发生基因片段重排的汉坦病毒。研究结果发表在《医学病毒学杂志,Journalof Medical Virology》上。

也是这一年,在杭州举办的一次狂犬病学术会议上,张永振认识了温州市CDC的林献丹。自此,温州及其周边地区成为张永振研究最重要的一个研究现场。林献丹加入研究团队后,为团队采集到了最多的从海洋到陆地的各类生物样本,为张永振团队的科学研究奠定了最坚实的基础。

2008年

张永振带领几名由朋友支援他的外单位硕士研究生,在SCI收录的病毒学主流期刊上发表了5篇有关汉坦病毒与狂犬病毒的科研论文。其中有关健康犬不传播狂犬病的论文被牛津大学的病毒学家Mary J Warrell等在《医学1000》上给予了高度评价。

这年5月,四川汶川等地发生大地震,他第一时间随队到茂县最偏远的维城乡参加抗震救灾与灾后防病。

2009年

这年9月,张永振在北京协和医院体检中心进行例行体检。医生摸了摸他的脖子后,建议他去做一个B超。做完B超后医生发现情况不妙,说需要做一个穿刺,从病理切片判断是否是肿瘤。随后他被告知自己患上了甲状腺癌。

下午接到检查结果后,他立即打了一辆车从市区赶往昌平的办公室。到了实验室,张永振把学生与工作人员召集起来,安排好每个人的工作。到了晚上,张永振说,我和你们一块吃顿饭,我生病了,需要住院治疗,后面再见。

那场手术做了近8个小时。后来有个去看他的老朋友问张永振:老张,全麻是什么感觉?会做梦吗?

张永振说:没感觉,什么都不知道,应该和死去是一样的。

手术做完一个礼拜后,张永振回到了实验室。脖子是肿的,不能扭头。至今他那侧的脖子与肩膀仍没有知觉,还是麻木的。

这一年,他带领团队在美国CDC办的《新发传染病,Emerging InfectiousDisease》杂志上发表两篇有关出血热的长篇研究论文。

2010年

前一年的春天,中国疾控中心接到报告,淮阳山地区(位于湖北、河南、安徽的三省交界处地区,由桐柏山、大别山、张八岭组成,地理上合称淮阳山)的多名农民被蜱咬伤后出现了发热、出血等症状,严重的出现死亡,感染源不明,很长时间内都无法查找到致病的病原。

3月26号晚上,传染病所领导徐建国所长让张永振负责找出病原体。张永振答应了下来,并提了几个要求。第一,让他独立做实验与分析,不要有任何干扰。第二,必须给他临床样本。第三,得配备高等级的实验室设备与条件(注:张永振实验室当时连一台像样的PCR仪都没有)。

张永振团队一直很小,2001-2020年间他在传染病所招的研究生总共也就9位,朋友支援送来及他在新疆石河子大学招的研究生是他科研的主力军。

承担这一任务时,他只有3个学生,其中两位是他在石河子大学招的硕士研究生。他先让学生整理出两张表,第一张表为新出现疾病病例的临床特征、血常规指标、生化指标。另一张表为国际上已知的和有相似症状的疾病的临床特征、血常规指标、生化指标。没有人知道新发的传染病是由病毒还是细菌引起。张永振习惯了兵团人领兵打仗的思维模式,首先明确战役的战略方向是什么,这就要首先判断引起这种新发传染病的病原体最有可能是什么,细菌还是病毒?然后再解决战术问题寻找突破口,怎么找。

他首先排除了细菌,但还有四个科的病毒能引起出血热:

1、黄病毒科(乙脑病毒、登革病毒等);

2、布尼亚病毒科(包括汉坦病毒,能引起肾综合征出血热(中国称流行性出血热),中国也是肾综合征出血热危害最严重的国家);

3、沙粒病毒科(在中国少见,会引起脑膜炎与出血热);

4、丝状病毒科(其中的埃博拉病毒与马尔堡病毒,能引起严重出血热)。

他认为这种新发的传染病最有可能是由布尼亚病毒或沙粒病毒引起的,在设计PCR引物时,他要求学生要采取简并原则,设计的引物要以属为单位,每一个检测体系要能覆盖检测到属内所有已知的病毒,这样才有可能发现未知的新病毒。

这年4月,张永振团队前后仅用了两周就确认了病原体是一种属于布尼亚病毒科白蛉病毒属(现为布尼亚病毒目)的新病毒。依据研究结果与其最先流行与发现的地理地点,并按照当时的国际病毒分类命名规则,张永振将其命名为“淮阳山病毒”。

在4月20日上午中国疾控中心的内部会议上,张永振与另一位“千人计划”教授(鉴定工作主要在美国完成)同时报告了湖北与河南交界地区出血热类疫情由新布尼亚病毒引起。

张永振团队立即又从武汉新洲区2009年的一位农民患者家狗窝里采集到的长角血蜱中发现了该病毒。随后,张永振亲自带领团队前往湖北的麻城、随州、孝感,河南的信阳等地开展了长达半年艰苦的现场流行病学调查,证明了长角血蜱是该病毒的储存宿主与媒介。

经过新布尼亚病毒(淮阳山病毒)生态与流行病学现场调查与研究的历炼,这一年已加入团队多年的武汉市CDC的田俊华,成长为如温州市CDC林献丹那样的现场研究人员,他与林献丹成了张永振现场研究的左膀右臂。后来张永振对他们两人的评价是:不怕脏、不怕苦、不怕累,克服一切困难,想尽一切办法超额完成任务。

这一年,他在美国CDC办的《新发传染病,Emerging InfectiousDisease》期刊的第八期上发表当期的首篇论文——《中国人与动物中汉坦病毒的感染》,这也是一篇综述性的文章。这篇文章发表后,张永振的邻居,传染病所的老教授范明远先生还专门到他家祝贺,并语重心长地说:“小张,不简单,好好干!”

2011年

春天,他带领两名团队成员,回到他曾工作过的新疆兵团农五师与农九师,开展节肢动物病原学调查。在老朋友与老同学的帮助下,不到20天的时间里在新疆的博乐与塔城两地采集到2万多只蜱。随后他又带着学生到温州、盐城、武汉、济源、内乡等更广泛的地区采集各种节肢动物,为后面研究RNA病毒的遗传进化奠定了物质基础。

这一年秋天,张永振的妻子赵斌秀被确诊为肺癌。

他妻子是中国疾控中心环境与健康相关产品安全所消毒室的一名主任技师,从事消毒相关的疾控与科研工作。他妻子先后做过3次手术。随后8年里,为了让张永振能更好地工作,到医院看病大多是她一人去,甚至在节假日还随同张永振一起到昌平的实验室,并住在那里。

2012年

这是张永振在病毒学科研上实现转折的一年。他带着几名硕士研究生,在国际最权威的病毒学期刊《病毒学杂志,Journal ofVirology》上连续发表了3篇论文。

第一篇论文,提出了褐家鼠迁徙导致了当今汉城病毒的世界性分布,这篇论文也是该期刊当期的亮点论文。

第二篇是他们在温州发现,当地的社鼠携带的汉坦病毒是完全独立的新种,取名为“大别山病毒”。但在研究这个病毒时他们发现,在汉坦病毒种的形成过程中至少发生了9次跨种间传播事件。他们提出了“跨种间传播在汉坦病毒种形成中起决定性作用”。

第三篇是有关淮阳山病毒的生态、多样性及其进化的研究,提出了中国湖北河南交界地区生态因素的改变是淮阳山病毒感染人并引起淮阳山血热新发传染病疫情的主要因素。

张永振在汉坦病毒研究上取得国际学术界认可后,当时已是国际顶尖病毒学家的悉尼大学教授(澳洲科学院院士与英国皇家学会会士)爱德华·霍尔姆斯博士开始和张永振合作,后来成为了非常要好的朋友。在张永振走向大病毒领域的研究上,他提供了不少帮助。

爱德华时常怀疑张永振是不是不睡觉,因为张永振在夜里回复他的邮件总是很快。

2013年

2011年底,张永振团队认为蝙蝠可能在汉坦病毒的遗传进化中发挥作用。随后的一两年内,他们在浙江龙泉、湖北武汉等地采集的蝙蝠与其他动物样本中发现了以下病毒:

在浙江龙泉地区的中华菊头蝠中发现了龙泉病毒;

在湖北黄陂地区的普通伏翼蝠中发现了黄陂病毒;

在内蒙古牙克石地区的东北鼩鼱中发现了牙克石病毒;

在云南梁河的四川短尾鼩中发现梁河病毒。

借助新发现的汉坦病毒,他们对全世界发现的汉坦病毒进行了系统的进化生物学研究,研究结果以封面论文的形式发表在国际权威的病原学杂志《美国公共图书馆—病原学,PLoSPathogens》上,封面上的评论是“在中国新发现的汉坦病毒挑战了其来源于啮齿类动物的传统观念”。

鉴于他短时间内在汉坦病毒遗传进化上的这些研究,赫尔辛基大学的AlexanderPlyusnin教授对该校的中国留学生常说:张永振的进步太快,在汉坦病毒遗传进化研究上他已经超越了我。

张永振认为,他们研究的最终目的并不是仅为发现新病毒,而是要查清病毒在自然界中的本底,揭示它们的遗传进化、生态,以及播散规律,希望有朝一日能对它们进行天气预报式的预测预报预警,为新发传染病的主动防治提供理论依据与技术支撑。

也在这一年,张永振对他的学生说:在汉坦病毒的遗传进化研究上,目前我们已经站到这个领域的山顶上,但我们不能停留在这个山头上,我们一定要跳到更大更高的山头上。

这一年三月,爱德华应张永振邀请来到中国CDC传染病所,与张永振团队进行了面对面的交流,非常仔细地参观了实验室的所有工作,察看与询问每一实验细节。张永振又带着爱德华到了温州与龙泉,实地察看林献丹带领的温州等地的现场工作是如何进行的。他在中国CDC与温州市CDC也分别做了学术报告。这次访问更加坚定了他对张永振的信任及与张永振的合作。后来他安排他的学生来中国参加张永振团队的研究工作。他的学生说,爱德华回澳洲后说发现新病毒与进行病毒进化研究,张永振能抓住重要科学问题,其现场合作伙伴太好啦,必须与张永振合作。

这一年的六月,赫尔辛基大学AlexanderPlyusnin教授第三次来访张永振实验室。他住在中国CDC的专家公寓,由于时差原因,他早上不到6点就到了张永振的实验室。到了实验室,他看到了正在办公室折叠床上睡觉的张永振。这令他很意外。然而这对于张永振来说,睡办公室早已习以为常。在中国疾控中心传染所的20多年间,他就是这么过来的。

2014年

四年前(2010年)在研究淮阳山病毒时,在湖北荆门地区采集的微小牛蜱样品中,张永振团队发现了两条与黄病毒科病毒的NS3和NS5基因同源全新基因片段,按照当时黄病毒科的分类标准,这两个基因片段应该代表一个新的病毒属,根据发现地的地名和宿主,张永振将这个病毒命名为“荆门蜱病毒”。

依据经典黄病毒的基因组结构,NS3和NS5这两个基因片段应该在同一条RNA链上,中间与两边还有其他的基因序列。但张永振团队始终无法将两个片段连接上,也扩增不到其他的病毒序列。在后来近四年的时间里,这个问题一直没人能解开。

2013年夏天,张永振突然想到,获得的NS3和NS5这两个片段会不会本身就不在同一条RNA核苷酸链上?

这个未知的病毒是否是一种分节段的病毒?7月21日下午,他把这个想法告诉了两位博士生,他们在那天晚上反复分析验证后,证明了这个大胆的猜想。随后又找到了另外两条编码结构蛋白基因片段。令人惊奇的是,后找到的两个片段与当时已知的所有病毒序列无同源性。

判断这四个基因片段代表一个前所未知的崭新病毒,风险巨大,张永振认为这是他科研生涯中遇到的最大挑战。

张永振说,关于基因组分节段和不分节段病毒的起源问题是病毒遗传进化领域的重大课题,涉及到病毒的生物学定位,一直是困扰科学家们的难题。

一些实验室里的模拟实验结果提示,在病毒的进化过程中,基因组分节段与不分节段的两类病毒间应该有着进化上的关联。然而在当时,基因组分节段和不分节段的两类病毒之间看似没有任何联系,也未能在自然界找到一个能明确证明两者之间有遗传进化关联的病毒。直到荆门病毒的发现,这个病毒建立了基因组分节段病毒和不分节段两类病毒间进化的桥梁。荆门病毒的发现不但挑战了原有病毒分类规则,同时为研究基因组的进化提供了新的思路。

鉴于荆门病毒的特殊生物学意义,论文在《美国科学院院报,PNAS》发表后,剑桥大学的生物学家Hayley M.Bennett博士立即以 “新发现的蜱病毒拨开了迷雾”为题在顶尖的自然子刊《自然微生物评论,Nature ReviewMicrobiology》上发表了评论文章。美国普林斯顿大学等编著的经典病毒学教材《病毒学原理》第四版(2015)与第五版(2020)图文重点讲述了荆门病毒的故事及其生物学意义。

鉴于在节肢动物中发现了具有重要生物学意义的荆门病毒,张永振认为找到了金矿,带领团队开展了节肢动物中病毒多样性与进化的更加系统深入的研究。

这一年,做海洋生物研究的陈骁加入了张永振团队,是张永振从事海洋病毒研究最有力的助手。

爱德华第二次来到张永振实验室,讨论进一步加强病毒进化的合作研究。张永振带着他到了武汉市CDC,看了武汉周边地区地理生态、湖泊与河流,也去了武汉华南海鲜市场。

2015年

这一年,在70种节肢动物中,张永振团队发现了112种全新RNA病毒,其中包括基因组最复杂多样的RNA病毒——楚病毒。包括楚病毒在内的这些新病毒的发现,充分证明了所有负链RNA病毒具有共同的祖先。另外,他们还发现了缺少编码糖蛋白基因或核蛋白基因的病毒,以及节肢动物在病毒的进化与播散中起重要作用。

长达26页的文章发表在《eLife》上。当时期刊的主编是Randy W.Schekman,他在2013年获得诺贝尔生理学或医学奖。他又在同期安排了由来自爱丁堡大学的国际著名病毒学家撰写的3页评论文章:《节肢动物是病毒进化的心脏吗?》。同时,剑桥大学的生物学家AstridGall博士以 “充满病毒的昆虫”为题在顶尖的自然子刊《自然微生物评论,Nature ReviewMicrobiology》上也发表了评论文章。两篇文章均高度评价张永振团队有关节肢动物中病毒多样性及其进化的科学意义。

也是在这一年,张永振与武汉市CDC的主任周敦金及余滨主任医师、武汉市中心医院呼吸科的赵苏主任等,联合在武汉的医院中开始开展不明原因呼吸道感染病原体监测及肺炎病原谱的研究。

2016年

动物分为脊椎动物与无脊椎动物两个大类。过去研究动物携带的病毒主要集中于哺乳动物与鸟类脊椎动物。脊椎动物占整个动物种类不到4%,而无脊椎动物则占整个动物种类的96%以上。无疑,张永振认为解析了无脊椎动物中的病毒则能更好地理解认识整个病毒圈的全貌。

2016年,张永振团队在《自然,Nature》上发表《无脊椎动物RNA病毒圈的重新界定》的研究论文,报道了1445种全新的病毒。这篇论文充分证明了自然界RNA病毒的高度多样性与进化上的连续性,所有的RNA病毒具有共同的祖先,并且系统揭示了RNA病毒的遗传进化规律及RAN病毒与DNA病毒、细胞生物之间的遗传进化关联,提出了RNA病毒基因组进化的模型。在无脊椎动物中发现了仅编码RNA依赖的聚合酶基因病毒,加上2015年在节肢动物MajaStanojević中发现的缺少编码糖蛋白基因或核蛋白基因的病毒,这些特殊新病毒的发现也对现有病毒的概念提出了挑战:什么是“病毒”?

一位负责审稿的科学家说,这些新病毒的多样性和基因结构毫无疑问地颠覆了人类对病毒世界的认识,是一项革命性的研究。同时他认为这篇论文是他审过的最令人激动的论文,甚至是他读过的最令人激动的论文。

同时,顶尖的自然子刊《自然微生物评论,Nature Review Microbiology》的编辑AshleyYork博士在《自然微生物评论,Nature ReviewMicrobiology》上发表题目为《揭开病毒圈的秘密》的评论文章。高度评价张永振团队有关无脊椎动物中病毒多样性及其进化的科学意义。

在中国疾控中心的官网上,我们依然能看到对这一发现的评价:“此次张永振团队研究发现的新病毒数量很多,不仅充实了病毒的‘数据库’,还填补了病毒进化上的主要空缺。同时也改变了病毒学的传统观念,为认识生命的起源进化提供了新的基础。”

简单来说,这些病毒的发现让人类重新认识了病毒本身。爱德华·霍尔姆斯常常对张永振说:张,你改变了病毒学。

2017年

这一年3月,张永振接受赫尔辛基大学AlexanderPlyusnin教授的邀请赴赫尔辛基大学讲授病毒的遗传进化。5月,受塞尔维亚贝尔格莱德大学教授MajaStanojević博士的邀请赴贝尔格莱德大学讲学,并被医学院聘为客座教授。11月,应俄罗斯国家病毒与生物技术中心研究员LiudmilaN. Yashina博士邀请,赴俄罗斯新西伯利亚访问,讲学、参观考察,商讨双方合作事宜。

7月起,他带领团队成员先后赴新疆、河南、江苏、浙江等地现场调查采样。9月在浙江温州文成山上采样时,张永振掉到5米多的深坑,摔断3根肋骨、一节脊椎骨骨裂。事后学生们调侃说,他是用生命在采样。




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