寨卡病毒的陰影籠罩著里約奧運(yùn)會，游客甚至高調(diào)的運(yùn)動員都抱怨對寨卡的擔(dān)憂是遠(yuǎn)離它的理由(即使風(fēng)險可能很低)。公眾關(guān)注的問題是迅速對抗新出現(xiàn)的傳染病的一個突出例子。在與寨卡的斗爭中，公共衛(wèi)生專家已經(jīng)轉(zhuǎn)向可能聽起來像一個不太可能的盟友：轉(zhuǎn)基因生物或轉(zhuǎn)基因生物。

消費者習(xí)慣于聽取糧食作物中的轉(zhuǎn)基因生物，但可能不知道轉(zhuǎn)基因生物在醫(yī)學(xué)中的重要作用。大多數(shù)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，特別是用于根除疾病和防止流行病的疫苗，如寨卡病毒，埃博拉病毒和流感，都依賴于用于制造轉(zhuǎn)基因生物的相同分子生物學(xué)工具。為了保護(hù)公眾，科學(xué)家們采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)快速研究新的健康威脅，制造足夠的保護(hù)性疫苗，監(jiān)測甚至預(yù)測新的疫情。

疫苗，符合分子生物學(xué)

疫苗與免疫系統(tǒng)一起使用，以加強(qiáng)身體自身的自然防御能力。疫苗提供了潛在感染的預(yù)覽，因此如果真正的威脅出現(xiàn)，免疫系統(tǒng)就會準(zhǔn)備好突襲。

最早的疫苗是原始的 - 想想愛德華詹納在1790年代通過摩擦未感染患者和牛痘患者的開放性傷口接種天花。但多年來，醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了疫苗的改進(jìn)。20世紀(jì)70年代引入分子生物學(xué)工具引領(lǐng)了現(xiàn)代疫苗時代，極大地提高了我們研究和操縱病毒的能力。

在顯微鏡下，病毒看起來像尖刺球，內(nèi)部貨艙可容納其遺傳物質(zhì)。“解剖”病毒意味著使用分子生物學(xué)工具近距離地研究其基因(無論是通過DNA還是RNA編碼)。例如，研究人員可以“剪切和粘貼”基因，孤立地研究它們并弄清楚它們的作用?；蛘哐芯咳藛T可以引起基因突變并觀察有機(jī)體的反應(yīng)。

當(dāng)DNA在不同細(xì)胞內(nèi)被修飾或研究時，它被稱為“ 重組DNA”。具有重組DNA的生物被認(rèn)為是GMO。

轉(zhuǎn)基因生物開發(fā)者使用分子生物學(xué)，操縱基因來研究和改變植物DNA，例如，創(chuàng)造出能夠用更少的水或更少的殺蟲劑茁壯成長的新品種。

對于疫苗研究人員來說，分子生物學(xué)是一種萬能的行業(yè)。這些工具使科學(xué)家能夠通過解剖DNA，設(shè)計新疫苗，廉價快速地制造這些疫苗，以及監(jiān)測野外哪些病毒可能成為公共衛(wèi)生問題，找出病毒生存的關(guān)鍵。根據(jù)全球病毒網(wǎng)絡(luò)主席兼馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授JoséEsparza博士的說法，“如果不進(jìn)行分子生物學(xué)，就無法進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)研究。”

轉(zhuǎn)基因生物推進(jìn)疫苗科學(xué)

目前在分子生物學(xué)的幫助下解決的一種疾病是乙型肝炎，即使我們確實有一種有效的疫苗，它也會在全世界每分鐘殺死一個人。

在20世紀(jì)60年代，病毒學(xué)家意識到乙型肝炎抗原 - 一種來自病毒'外殼的蛋白質(zhì)，在感染者身上引發(fā)免疫反應(yīng) - 出現(xiàn)在乙型肝炎患者的血液中。令他們驚訝的是，為健康人注射純化的抗原可以防止未來的感染。1981年批準(zhǔn)的第一種乙型肝炎疫苗(HBV)是通過從乙型肝炎攜帶者的血液中收集抗原而制成的，包括靜脈注射吸毒者。

一旦開發(fā)出重組DNA技術(shù)，研究人員就可以分離病毒抗原蛋白的基因，從而可以通過遺傳指令而不是受感染的血液在實驗室中制造HBV。目前，兩種FDA批準(zhǔn)的乙型肝炎疫苗都包括重組形式的抗原。

分子生物學(xué)可用于加速新疫苗的開發(fā)。例如，在6月下旬，“ DNA疫苗 ”首次被批準(zhǔn)用于針對寨卡病毒的人體試驗。該疫苗不含有寨卡抗原本身，而是含有患者體內(nèi)產(chǎn)生的寨卡抗原基因。

在世界衛(wèi)生組織宣布寨卡成為“ 國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件 ”之后不到五個月，就宣布了這一突破。沒有修改和分離DNA片段的工具，全球病毒網(wǎng)絡(luò)的Esparza博士指出，“我們無法以必要的速度和效率做到這一點。”

轉(zhuǎn)基因生物作為制藥廠

嚴(yán)格避免使用轉(zhuǎn)基因食品的消費者可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，他們所依賴的大量藥物和疫苗都是轉(zhuǎn)基因生物的產(chǎn)物。

許多疫苗和頂級藥物都含有蛋白質(zhì)作為主要成分。從頭開始制造蛋白質(zhì)太昂貴和微妙。但活細(xì)胞必須使蛋白質(zhì)存活下來，并且可以誘導(dǎo)它們大量生產(chǎn)醫(yī)學(xué)蛋白質(zhì)，只需要DNA指令和含糖肉湯作為燃料。由于必須將這些遺傳藍(lán)圖插入細(xì)胞中，因此許多疫苗和藥物在技術(shù)上是轉(zhuǎn)基因生物的產(chǎn)物。

改良細(xì)菌，酵母甚至中國倉鼠細(xì)胞是藥物和疫苗行業(yè)中未被發(fā)現(xiàn)的分子工廠。2014年，25種最暢銷藥物中有10 種是“ 生物制劑 ” - 由重組產(chǎn)生的蛋白質(zhì)組成的藥物 - 包括關(guān)節(jié)炎，癌癥和糖尿病的重磅炸彈治療。在疾病控制和預(yù)防中心(CDC)推薦用于新生兒的10種疫苗中，有3種以重組形式提供; 例如，HBV由改良酵母產(chǎn)生。最早的重組疫苗和藥物已經(jīng)使用了三十年。

也許在2014年埃博拉西非爆發(fā)期間，轉(zhuǎn)基因藥物用于醫(yī)學(xué)的最引人注目的例子就出現(xiàn)了。當(dāng)美國醫(yī)生Kent Brantly和其他西方志愿者感染埃博拉時，有幾個人被稱為Zmapp的“ 秘密血清 ” 治愈。由轉(zhuǎn)基因煙草植物制造，它是幾種攻擊埃博拉病毒的蛋白質(zhì)的混合物。

轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物的技術(shù)，被稱為“藥物治療”，是由Charles Arntzen在20世紀(jì)90年代初開發(fā)的。在Zmapp的情況下，抗體在煙草植物的葉子中制成。當(dāng)它們被收獲時，不是被制成香煙，而是將它們的細(xì)胞打開并收集藥物。研究人員稱制藥業(yè)是制藥業(yè)的“ 革命 ”。

生物技術(shù)公司應(yīng)用生物技術(shù)研究所已經(jīng)采用該技術(shù)制造下一代藥物疫苗。他們正在開發(fā)一種產(chǎn)生乙型肝炎抗原的轉(zhuǎn)基因玉米植物。植物可以被收獲并變成口服疫苗片，看起來像一個小晶片，而不是必須冷藏和注射的液體。希望口服疫苗可以降低發(fā)展中國家的乙型肝炎發(fā)病率，目前疫苗所依賴的冷供應(yīng)鏈，衛(wèi)生針和訓(xùn)練有素的醫(yī)務(wù)人員要么缺乏，要么過于昂貴。

診斷的未來

除了改進(jìn)疫苗之外，同樣迫切要求公共衛(wèi)生的未來將解決尚未開始的大流行病。病毒學(xué)家Esparza計算了過去14年中發(fā)生過的11次大流行，其中包括埃博拉，H1N1(豬)流感和MERS - 其中只有一種是病毒。“完全可以預(yù)測會有其他大流行病。不容易預(yù)測的是哪一個。兩年前，沒有人能夠預(yù)測寨卡，”他告訴我。

分子生物學(xué)經(jīng)常出現(xiàn)在大流行的前線，出現(xiàn)在廉價且不需要大量設(shè)備或培訓(xùn)的現(xiàn)場診斷工具中。例如，哈佛大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊最近公布了一項基于紙張的測試 - 類似于妊娠測試 - 使用CRISPR / Cas基因編輯工具將寨卡病毒與密切相關(guān)的登革熱病毒區(qū)分開來。如果Cas9蛋白在一滴血中遇到寨卡病毒的特定DNA序列，它會開始鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致彩色讀數(shù)。

除了診斷單個患者之外，分子生物學(xué)工具將用于領(lǐng)先于未來尚未知的大流行威脅。公共衛(wèi)生官員呼吁監(jiān)測經(jīng)常出現(xiàn)新疾病的地方的感染情況?？焖贉?zhǔn)確的診斷測試是確定哪些病毒已經(jīng)傳播的關(guān)鍵，并且可以讓研究人員預(yù)測新的大流行病并開發(fā)和儲存疫苗。

Esparza博士說：“到目前為止，我們對寨卡和埃博拉等威脅采取了非常積極的應(yīng)對措施”。在轉(zhuǎn)基因生物的幫助下，傳染病專家擁有了領(lǐng)先于下一次爆發(fā)的工具，超越了對快速檢測，遏制甚至預(yù)防的反應(yīng)。