科學人剪影

擺平流感的分子生物學先驅

菲爾斯發現流感病毒上一個蛋白質的片段,可以用於發展廣效性的疫苗,這將會終結季節性的疫苗接種,並且防止大流行發生。

撰文/赫勒曼斯(Alexander Hellemans)
翻譯/金翠庭

科學人剪影

擺平流感的分子生物學先驅

菲爾斯發現流感病毒上一個蛋白質的片段,可以用於發展廣效性的疫苗,這將會終結季節性的疫苗接種,並且防止大流行發生。

撰文/赫勒曼斯(Alexander Hellemans)
翻譯/金翠庭

導演伯格曼(Ingmar Bergman)l957年著名的電影「第七封印」的故事發生於14世紀,當時歐洲鼠疫正劇,黑死病的大流行中,半數人口死亡。劇中瑞典的騎士布羅克(Antonius Block)才從十字軍東征歸來,卻發現死神正在等著他,他向偽裝成神父的死神挑戰下棋,希望藉由下贏每一步棋而逃過死亡。


30年來,研究人員和衛生工作者已經和一個危害人類和許多動物的狡猾病毒,進行了類似的戰役,那就是可怕的流感病毒。這個病原比死神還聰明,它不斷地改變它的外貌(外殼),如同西洋棋中的士兵,因此免疫系統辨別不出它的新偽裝。


世界衛生組織(WHO)和其他單位每年都在嘗試預測病毒外殼的下一個次改變。一旦WHO決定了最有可能的變異,藥廠只剩下幾個月的時間可以製造疫苗。比利時根特大學的分子生物學家菲爾斯評論:「需要用來製造季節性疫苗的整個組織,存在著重大的缺失,就是慢。有時我們錯失了成為主流的病毒,它一旦流行起來,我們將毫無準備。」菲爾斯的目標是:一個廣效性的疫苗,就像有些孩童時期的接種一樣,可以賦予終生的免疫力。


數十年來,科學家夢想著能找出方法,一勞永逸防止流感,特別是針對最嚴重的A型流感病毒,但這是個令人望而生畏的任務。流感病毒外觀多變的外殼,主要有兩種蛋白質:使病毒附著並進入細胞內的血球凝集素(HA),以及促進病毒傳佈到其他細胞的神經胺酸(NA)。這些蛋白質是構成流感病毒命名的基礎。舉例來說,H5N1病毒指的是特定種類的血球凝集素和神經胺酸,代表的是一種禽流感亞型。這些蛋白質的基因經常發生點突變,因而造成遺傳漂變(genetic drift)。


除此之外,來自不同的人類和動物的病毒株之間也會交換基因,形成遺傳移變(genetic shift)。漂變與移變都會令受過流感感染的人,體內的抗體無法辦識這些蛋白質,而現今有超過90株的病毒在流傳著。


不同於不幸的騎士布羅克,菲爾斯相信他已經找到對手的致命缺點。縱然病毒善於偽裝它的士兵棋子,在外殼上卻有一個地方是不能改變的。他表示,那就是M2的蛋白質的外側,應該能做為製造疫苗的標的。


經過了50幾年鑽研於分子生物學領域,特別是在基因組解碼的研究後,菲爾斯下了這個結論。他與他的團隊在1972年發表了第一個完整基因的DNA序列。這是一種感染細菌的病毒(噬菌體)表面蛋白的基因。四年後,他們發表了該噬菌體的完整基因組,共有四個基因。菲爾斯回憶:「這是第一個完整定序的基因組。」那時基於醫療上的重要性,他決定將重心轉向研究流感病毒。


1980年時,菲爾斯首先將在1965年流行的人類病毒株H3N2血球凝集素的基因定序。他將這株的血球凝集素,與1968年在香港大流行的病毒中的血球凝集素基因加以比較,證實了點突變造成了遺傳漂變。


同樣重要的還有,他的研究令他了解病毒如何藉用遺傳移變而達成跨物種的傳佈。那時科學家已經知道,來自l968年流感患者體內的抗體,同時可作用於1963年從帶有流感病毒的鴨子體內所分離出來的病毒株。菲爾斯研究了這個鴨病毒中血球凝集素基因的序列,發現它果然與1968年香港大流行的病毒非常相近。現在傳染病學家了解到,禽流感病毒的遺傳改變,足以引起人類間的大流行。


菲爾斯解釋:「若是這樣跨物種的感染發生,任何現存的免疫能力都將無法阻擋這個病毒,它會迅速蔓延到全世界,因為當它出現時,看起來就像是個全然不同的病毒。所以,我們所需要的是不會因漂變和移變而失效的疫苗。」…


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第77期7月號】