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大约20年前的非典,噩梦般的一幕在我的记忆中挥之不去:长白街荒凉得没有一点生命的迹象。学校停课,地铁空无一人,人们不敢出门。每天晚上国家电视台都会报道新的病例和新的死亡。一直以来,我们都不得不面对一个令人不寒而栗的事实:非典这种冠状病毒太过新奇,以至于没有人知道它是如何传播的,也没有人知道如何有效地治疗它。目前还没有疫苗。最终,近人丧生。
很难不将SARS与最近肆虐中国并在全球蔓延的新冠状病毒COVID-19相提并论。然而,对这两种流行病的反应也突显出,在过去20年里,生物技术和全球合作取得了多么大的进展。基因测序技术、合成生物学和开放科学的进步正在重塑我们应对潜在全球流行病的方式。在某种程度上,这两种流行病反映了科学本身,反映了技术进步和合作精神的转变。
让我明确一点:对一种新传染病的任何反应都是科学、政治、种族主义、错误信息和民族自负的混合。然而,对这两次疫情的比较突出地表明,科学界在过去20年里发生了怎样的变化?
更便宜,更容易的基因合成
病毒的基因蓝图是其起源和特征的第一个线索。对COVID-19的反应极其迅速。武汉发现首例h7n9禽流感病例后不到一个月,中国科学家就将该病毒的部分基因蓝图存入了网上广泛参考的数据库GenBank中。
几乎立刻,来自世界各地的各个部门——学术、生物技术、政府——的科学家们开始在网上订购部分病毒基因组,在他们自己的实验室进行研究。
制造定制DNA分子的商业公司的兴起,如集成DNA技术(IDT)和生物芯片公司,证明了从年到年,基因合成发生了多么大的变化。从零开始制造整个基因组的成本大幅下降,催生了一个蓬勃发展的廉价邮购病毒行业。例如,Biobasic提供的“引物”可以扩增COVID-19基因的某些部分,每个引物只需几美元。这些未经加工的基因工具,经过快速合成和纯化后,成为科学家在自己的实验室里再造病毒重要部分的关键成分。
病毒基因组的快速共享和简单的在线订购使科学家更容易研究这种病毒并测试可能的疫苗。根据CBS8的一份报告,圣地亚哥的一家生物技术公司Inovio已经开发出一种针对COVID-19的潜在疫苗,并在小鼠和豚鼠身上进行了试验。如果获得FDA批准,人类临床试验最早将于今年夏天开始。赛诺菲和其他制药巨头也紧随其后。相比之下,非典疫苗的研制大约花了20个月的时间,而此时疫情早已平息。尽管同样的命运可能等待着COVID-19,但疫苗研发的势头却是空前的。
更进一步说,科学家现在也有能力从头再创造出COVID-19。部分病毒基因序列通常足以制造疫苗。然而,只有一个活得、完整的版本可以提供重要问题的线索,比如它是如何传播的,它来自哪里,它是如何从动物跳到人类的。例如,通过系统地突变病毒的某些部分,科学家可以破译病毒传播或产生疾病所需的关键基因,或者建立更精确的预测在人群中传播的模型。
然而,到目前为止,中国是唯一可以获得完整病毒的国家,这意味着其他国家需要直接从其数字DNA代码构建病毒。这项技术已经存在了大约20年,但是商业化基因合成的进步极大地简化了这个过程,以至于主要的障碍是监管——对实验室事故或生物恐怖主义的恐惧——而不是技术。
随着基因合成成本持续下降,合成生物学工具变得更加强大,实验室克隆出的流行病级别的病原体可能会变得更加突出,以抗击流行病。正如一位冠状病毒专家所说,合成病毒是“医学研究领域应对新威胁的未来”。
SARS和COVID-19反应的另一个区别不是生物技术。年非典爆发时,互联网只对一部分用户开放,电子邮件相对较新。从一个被隔离的地区获取信息是非常困难的。
尽管面临着数字化的挑战,SARS仍然是一个团结的时刻,在这个时刻,国际上的研究人员——无论遇到什么困难、竞争和内部纷争——都聚集在一起,通过个人通信来共享信息、标本和试剂。然而,向更多的受众传播信息依赖于政府机构,包括CDC,或者期刊上的学术论文。
相比之下,COVID-19的数据交换迅速而丰富。由于像bioRxiv这样的预发表服务器的兴起,科学家们现在可以很容易地绕过期刊发布中长达数月的同行评审过程,直接在网上发布他们的研究结果。
开放共享信息是一把双刃剑:因为有关bioRxiv的论文没有经过同行评审,它们的质量可能会受到影响。然而,这些资源已经迅速成为研究COVID-19的科学家们的在线饮水机。例如,一个从头开始构建COVID-19的团队从服务器上提取了四个不同的基因组序列,并对它们的结果求平均值,以生成一个一致的序列。
信息的迅速传播不仅有助于疫苗的开发。这也缓解了公众的恐惧。一种新型的、致命的病毒必定会激起公众的恐惧、错误信息和不信任,尤其是如果科学家们对早期的结果保持沉默的话。BioRxiv提供了一种将初步数据置于聚光灯下的方法,科学家和记者可以在此基础上研究、构建或向公众报告可靠的结果。
发布前的服务器并不完美,存在错误信息或被误解的数据的机会,这些需要被审查。但是很明显bioRxiv在加速病毒传播知识方面起着关键作用,同时也是开放科学运动的一个证明。
一个全球战
随着科学变得更加开放,它也变得更加协作。
自年非典(SARS)爆发以来,全球合作在数量上出现了爆炸式增长,如今国际合作的项目已多如牛毛。科学界对COVID-19的反应就是这种转变的一个强有力的例子:与时间赛跑,而不是为了个人名声而“占用”数据,让我们让每个人合作,加速发现。
也就是说,如果“归零地”国家不采取第一步,即向世界发出新病毒爆发的警报,全球合作就不可能实现。我们可以惊叹于基因技术、合成生物学或计算机模型的进步,以应对病毒流行;但从根本上说,要预防疾病的爆发,就需要来自源头国家的早期预警——该死的尴尬。
更多的流行病将会到来。在过去的三十年里,超过30种新型传染病在全球范围内肆虐。模拟实验表明,蝙蝠和其他动物携带者体内的许多病毒有可能直接传染给人类。