乔德里西解决医学难题

生物化学家乔德里西讲述了通过DNA诊断病毒（和治疗疾病）的新方法。他的研究可以帮助我们了解疟疾，非典，禽流感 - 以及日常生活中百分之六十的无法确诊的病毒感染。

怎么说呢？我们应该如何来研究

那些围绕在我们身边，又同时帮助医学发展的病毒？

我们怎样才能把我们积累的有关病毒的知识

变成简单、可行的方法运用到诊断中去？

我想将所有我们现在已知的有关检测病毒

和病毒图谱的方法

变成，比如说，一块小小的芯片。

当我们开始思考这个计划时 -

我就在想我们如何通过一个简单的诊断

将所有的病原体同时检测出来 -

其实这个想法实施起来有一些困难。

首先，病毒是相当复杂的，

同时它们的进化速度相当快。

这是一种小核糖核酸病毒

小核糖核酸病毒包括了

普通感冒和小儿麻痹症之类的病症。

你们仔细看病毒的外壳

这些黄色的部分

进化得很快，非常快，

而那些蓝色的部分则进化得相对缓慢。

当人们想到制造泛用型病毒检测剂时

病毒的快速演变是个问题，

因为我们如何能够对一直变化着的病毒进行检测呢？

但是进化是一种平衡：

哪里有快速变化，哪里也会有超级保守 -

有些东西几乎是不变的。

所以我们要再看仔细些，

现在我要向你们展示一些数据。

这些东西你在桌子的电脑上就可以完成。

我将一些小核糖核酸病毒

如普通感冒和小儿麻痹症等

分割成小的片段，

第一个例子是柯萨奇病毒，

我将它们放到小玻璃片上，

然后我将这些小玻璃染成蓝色

如果有另一个病毒有着和那个病毒相同的

基因序列.

这里的序列——

顺便说一句，这些序列甚至没有同蛋白质编码-

几乎完全与所有这些相同，

所以我将这个序列做为一个标记物

来检测更多的病毒，

不需要再进行个别实验。

在那些进化迅速的地方

你会看到很大的差异，

在这里你可以看到缓慢的变化和较小的差异。

现在我们再看看别的，比如说

蜜蜂急性肠道病毒

这应该是蜜蜂界中最严重病毒-

这种病毒和柯萨奇病毒几乎没有任何相似之处，

但是我可以向你保证在右侧屏幕中的病毒中的

最保守的基因序列

都在相同的区域里。

因此我们可以简述这些进化中的超保守区域 -

这些病毒如何进化的——

仅通过选择这些区域的DNA或RNA片段

作为检测试剂在我们的芯片上表现出来。

那是我们所做的，但我们如何去做呢？

很长时间以来，自从我读研究生

我一直在试验DNA芯片 -

即在玻璃上打印DNA。

你们看，就是这个：

这些小的盐点是DNA留在玻璃上的印记，

同样我可以在玻璃芯片上放上千个盐点

然后把它们作为检测试剂。

我们把芯片带到惠普公司，

用他们的原子显微镜来观察其中的一个点，

你们看到的就是这个：

你们能很清楚地看到在玻璃上的DNA链，

所以我们现在所做的就是将DNA打印在玻璃上，

那些又小又平的东西是要作为病原体的标记物。

我在实验室里用小机器人来制造这些芯片，

我真的非常热衷于传播科技。

如果你刚好有钱去买一辆凯美瑞汽车，

那你也可以制造一个这个，

我们在网站上有个免费的如何做的指南，

附带基本的组件订购部分 -

你可以在你的车库里生产一个DNA芯片机器。

这部分是所有重要的紧急开关。

（笑声）

每个重要的机器都有一个大的红色按钮。

但真的，非常坚固。

你可以在你的车库里制作DNA芯片，

快速解码一些遗传程序。非常有趣。

（笑声）

所以我们做的——是一个非常酷的项目——

我们是从制作呼吸道病毒芯片开始的。

我讲的是

你知道，那种情况，你进了诊所，

但没有得到诊断。

好，我们刚好把所有人类呼吸道病毒

放在一张芯片上，然后又加入疱疹病毒以更好的测定。

为什么不呢？

作为一个科学家第一件要做的事就是

确定你要做的工作。

我们所做的就是提取组织培养细胞，

用不同的病毒感染它们，

用荧光标记核酸，

来自这些组织培养细胞的遗传物质——

大部分是病毒类的东西——把它粘在芯片上。

如果DNA序列是匹配的，它们就会粘在一起，

我们来看这些点。

如果它们发亮了，我们就知道那有某种病毒。

那是其中一张芯片的样子，

这些红点实际上是来自病毒的信号。

每一个点代表不同的病毒家系

或者病毒物种。

要看清它们是很困难的，

所以我把它们编成小的条码，

按家系分组，这样你可以直接看到结果。

我们所做的就是提取组织培养细胞，

用腺病毒感染，

你可以在腺病毒旁边看到这个小的黄色条码。

同样我们用副流感病毒-3感染———

它是副粘病毒——你在这看到小的条码。

然后我们又用呼吸道合胞病毒。

这是所有日托中心的灾难——

大体上说就象是鼻粘膜病。

（笑声）

你能看到这个条码是同一家系的，

但它与副流感病毒-3不同，

它会使你患非常严重的感冒。

所以我们要有独特的标记，每一种病毒都有一种指纹。

小儿麻痹症病毒和鼻病毒：它们是同一家系的，相互非常接近。

鼻病毒是普通感冒，你们都知道小儿麻痹是什么，

你们可以看到这些标记是不同的。

和卡波济氏肉瘤相关的疱疹病毒

底端有很好的标记。

所以不是一条带或是什么东西

来告诉我说这里有一个特殊的病毒；

是大量的条码代表整体。

我能看到鼻病毒，

这是放大的鼻病毒的小条码，

那么不同的鼻病毒呢？

我怎么知道我有哪种鼻病毒？

已知普通感冒有102种变异，

仅仅只有102种是因为人们已经厌倦去收集它们了，

每年都有新的。

这里有4种不同的鼻病毒，

你可以看到，即使用你的眼睛就可以，

而不用任何计算机模式匹配

识别软件，

你就可以区分这些条码。

这是某种划算的作法，

因为我知道所有这些鼻病毒的遗传序列，

并且实际上我设计了芯片

能够明确地区分它们，

但对于还不知道遗传序列的鼻病毒怎么办呢？

我们不知道它的序列，那就不要做它们。

这是4个鼻病毒

我们对此一无所知，

没有人对它们做过测序，你也能看到

你得到了独特的且可识别的格局。

你可以想象建立一个资料室，无论是真实的或是虚拟的，

收藏基本病毒的指纹。

但这又是瓮中捉鳖，对吧？

你有组织培养细胞：有大量的病毒。

那么人呢？

你控制不了人，就象你所知道的。

你不知道某个人会往杯子里咳出什么东西，

它可能非常复杂，对不对？

可能有许多细菌，可能有一种以上的病毒，

它肯定有宿主遗传物质，

对此我们怎么办？

我们如何做阳性对照？

非常简单。

要是我就做鼻灌洗。

这个想法就是我们实验性地用病毒给人们接种，

这是经人体实验委员会批准的，他们是拿薪水的。

简单讲我们用普通感冒病毒

给人接种。

或者更好的是我们把人们

从急诊室解救出来，

——未明确的群体获得性呼吸道感染。

你不知道什么会从那个门进来，

所以让我们以阳性对照开始，

我们知道某人是健康的。

他们的鼻子受到病毒的袭击，

让我们看发生了什么。

当天：什么都没发生。

他们仍然是健康的，清洁的——很奇怪。

实际上我们认为他们的鼻道会充满病毒，

即使你是在健康人周围走动。

它相当清洁，如果你是健康的，你是相当健康。

第二天：我们得到了很强的鼻病毒模式，

与我们在实验室做组织培养实验

得到的非常相似。

很好，这又是划算的作法，对吧？

我们在这个人的鼻子里放大量的病毒，

（笑声）

我指，我们希望能这样。他真的感冒了。

走过这条街的人会怎么样？

这里的两个人各自用他们的身份识别码代表，

他们都有鼻病毒，我们在实验室从未见过这种类型。

我们做了部分测序，

它们是新的鼻病毒，没人见过。

记住，我们在这个芯片上所用的

进化—保守序列使我们能够检测出

新的或无特征的病毒，

因为我们是从整个进化中挑出的保守序列。

这是另一个人。你可以自己在这玩诊断游戏。

这些不同的块代表

副粘病毒系中不同的病毒，

你可以在这些块下面

看到信号在哪里。

没有犬瘟热，那样可能不错。

（笑声）

但当你看到第9块时，

你可以看到呼吸合胞病毒。

也许它们有后代了。你也可以看到

与其相关的家系成员：RSVB在这里出现了。

太好了。

这是另外一个人，分2天抽取了血样，

他反复到诊所来。

这人有副流感病毒-1，

你能看到这有一条带，

这是仙台病毒：是小鼠副流感病毒。

有很强的遗传关联，非常有趣。

因此，我们制作了芯片，

芯片上有每一个发现的已知病毒。

每一种植物病毒，每一种昆虫病毒，每一种海产病毒。

我们可以从基因库得到每样东西，

也就是国家基因序列库。

现在我们来用这个芯片。我们用它做什么？

首先，你有一个大的象这样的芯片，

你需要一些信息，

我们设计的这个系统是自动诊断。

这个想法是我们仅有虚拟模式，

因为我们不可能得到每一个病毒的样本，

它是完全不可能的。但是我们能得到虚拟模式，

将它与我们观察到的结果进行比较，

这是一个非常复杂的混合物，于是我们提出了某种记分法，

即它是鼻病毒或什么东西的可能性有多大。

这就是它看起来的样子。

例如，如果你的细胞培养

用乳突病毒慢慢感染，

你得到一个计算机读出，

我们的算式表示它可能是乳突病毒18型。

实际上培养细胞的病毒就是

慢性感染。

让我们来做困难点的事吧。

我们把蜂鸣器放在诊所里。

病人来了，而医院不知道做什么，

因为医院无法诊断，他们就叫我们。

就是因为这个，我们在海湾地区装了这个东西。

这是三周前的一个病例。

一个28岁健康女性，无旅行史，

不抽烟喝酒，

发烧10天，盗汗，血痰，

咳嗽带血，肌肉疼痛。

她来到诊所，医生给她抗生素，

然后送她回家。

10天以后她又来了，仍然发烧，

她还缺氧——肺部缺氧。

医生给她做了CT扫描。

正常的肺这都是暗的和黑的，

这些白的东西都不好。

这种分支和芽胞的形成显示病人有炎症，

她有可能是感染了。

因此给病人用

第三代抗生素头孢菌素和强力霉素进行治疗。

第三天，没有任何作用：她发展为急性衰竭。

医生不得不给她插管，把管子插到她的喉咙里，

开始为她机械换气。

她不能自主呼吸了。

下一步做什么？不知道。

换抗生素，然后医生就换了另一种抗生素，

然后达菲，

不清楚为什么医生认为她患了感冒，

但他们改用达菲。

第六天，他们基本放弃了。

如果没有别的选择，就是打开肺部做活组织检查。

做这个的死亡率是8%。

但从这一步能得到什么？

你看她的肺部组织，

我不是病理学家，但你从这一步也讲不出什么。

你能说的也就是有许多肿胀：细支气管炎。

它没有结果：这是病理学家的报告。

所以，为什么进行这些检测？

当然，他们做了许多检测，

他们为她做了70多项检测，

对每一种细菌、真菌和病毒都进行了测定。

你从这看到的：

SARS、间质性肺炎病毒、HIV、RSV——所有这些。

结果每项都是阴性。这些检测价值10万美元。

我是指他们为这个妇女尽了最大的努力。

在医院第8天，他们叫我们去了。

他们给了我们气管内吸取物，

你知道，从喉咙取的一点液体，

从这个管子里，他们下到这个部位。

我们把它放在芯片上，我们看到了什么？副流感病毒-4.

副流感病毒-4到底是什么东西？

没人检测过副流感病毒-4，没人关注它。

实际上都没有对它进行过大段测序，

只测了一小段。

对它几乎也没有流行病学的研究。

没人考虑过它，

因为没人知道它会造成呼吸衰竭。

为什么会这样？只是传说，没有数据——

没有数据支持它是造成严重的疾患还是轻微疾病。

但清楚的是我们有这样一个病例，一个健康人倒下了。

这是一例报道。

在最后两分钟，我要告诉你们最后一件事情，

还没有公开——明天就会出来——

是一个很有趣的例子，你如何用这个芯片

发现新的东西，打开一扇新门。

前列腺癌。我不需要给你许多关于

前列腺癌的统计数据，你们大多对它已经有所了解，

美国癌症第三大死因。

它有许多危险因素，

其中一个是它的遗传倾向。

大约10%的前列腺癌患者

亲属中有这种倾向。

对早期发作的前列腺癌进行的关联性研究绘制了第一个基因图，

这个基因叫做RNASEL。

它是什么？它是一种抗病毒防御酶。

我们坐在一起思考

为什么有突变的、

抗病毒防御系统有缺陷的男人患前列腺癌？

这没什么意义——除非，也许是有一种病毒。

我们把肿瘤——现在我们有100多种肿瘤——放到芯片上，

我们知道谁RNASEL有缺陷，谁没有。

我给你们看来自芯片的信号，

给你们看反转录病毒块。

从这个信号中我可以告诉你们

抗病毒防御酶有突变的男人

有肿瘤的机会是40%，

这个标志显示了一种新的逆转录病毒。

有点太疯狂了。它是什么？

所以我们克隆了整个病毒。

首先，自动诊断告诉我们

它与小鼠病毒非常相似。

但它没有告诉我们很多，

所以实际上我们还是克隆了全部。

我在这里给你们显示这个病毒基因组？

这是一个典型的伽玛逆转录病毒，是个新的病毒，

以前没人见过它。

它最近的亲系，实际上是来自小鼠，

我们把它叫做嗜异性逆转录病毒，

它除了感染小鼠，也感染其它物种。

这是个树形系统分类

可以看到它与其它病毒的关系。

我们对许多病人都是这样做的，

我们认为他们都是独立感染的。

他们都有同一种病毒，

但又有很大的不同，而且有理由相信

都是独立获得的。

它真的在组织里吗？我将以这个结束我的演讲。是的。

我们利用肿瘤组织切片，

放置这个病毒，

我们发现细胞里有病毒颗粒，

这些人的确都有这个病毒。

这种病毒导致前列腺癌吗？

我在这所说的一切都没有这个因果关系，我不知道。

它与肿瘤的发生有关吗？我不知道。

是因为这些人对病毒敏感吗？

可能是吧。对于癌症它可能什么也做不了，

但它是一扇门。

这个病毒与肿瘤遗传变异之间

有很强的关联。

这就是现在我们所知道的。

所以我想它提出了更多的没有答案的问题，

但这就是科学所在。

这都是我们实验室做的，

大多数的成果我都不能居功。

这是我和Don的合作。

这个人在我的实验室开始这个项目，

这个人是做前列腺研究的。

非常感谢。