简单、廉价的猪瘟诊断技术

虽然公共卫生当局一直关注由新型新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的当前COVID大流行，但许多其他病毒一直在全球秘密传播，导致人类和其他动物严重疾病和死亡。其中一种病原体是导致非洲猪瘟（ASF）的病毒。这种传染性强、往往致命的疾病已经摧毁了世界各地的猪群，目前正在非洲、欧洲等地迅速蔓延。

　　

当公共卫生当局的注意力集中在由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的当前COVID-19大流行时，许多其他病毒正在悄悄地在全球蔓延，导致人类和其他动物严重疾病和死亡。

其中一种病原体是引起非洲猪瘟的病毒。这种高传染性，往往致命的疾病已经摧毁了世界各地的猪群，目前正在非洲，欧洲，亚洲和美洲迅速蔓延。

目前还没有针对非洲猪瘟的治疗方法或疫苗。必须对猪群进行持续监测，以发现疾病的任何迹象。如果怀疑为非洲猪瘟，则进行实验室确认。这通常是一项昂贵和耗时的工作(通常从样本收集到测试结果输出需要几天时间)，这使得控制非洲猪瘟爆发具有挑战性。检测结果呈阳性后，通常屠宰所有受影响或接触过的动物。

在一项新的研究中，亚利桑那州立大学的研究员Chao Wang和他的同事们提出了一种快速诊断这种疾病的创新方法，这可能会彻底改变这一过程，并帮助保护全球数百万动物。Wang是生物设计中心分子设计和仿生学以及电气、计算机与能源工程学院的研究员。

该项目由ASU和西班牙的Centro de Investigación en Sanidad Animal合作完成，Centro de Investigación en Sanidad Animal也是欧盟的非洲猪瘟参考实验室和粮农组织的非洲猪瘟参考中心。

Wang和他的同事们已经从美国农业部国家食品和农业研究所的农业和食品研究计划获得了75万美元的资金，用于研究他们的诊断测试，称为NaSRED(纳米颗粒支持的快速电子检测)，一种高度准确的检测非洲猪瘟病毒的方法。

NaSRED提供了几个优于现有方法的优点。该测试可以大幅降低成本，在几分钟内产生结果，而不是几小时或几天。可以很容易地在实地进行，而无需求助于处理类似诊断测试所需的精密实验室设施。

值得注意的是，NaSRED的诊断敏感性估计超过目前此类检测的金标准酶联免疫吸附试验(ELISA) 10倍以上，超过ELISA的动态范围100倍以上。(动态范围是一个诊断测试可以测量的最低到最高数量的范围。)

这项基本技术已经显示出令人印象深刻的结果，早期的原型被用于确定两种全球人类病原体的存在，SARS-CoV-2和埃博拉。

“我一看到非洲猪瘟病毒，就立刻被它的复杂性惊呆了，”Wang说。“病毒颗粒本身有多层保护，表面装饰有50多种结构蛋白，而SARS-CoV-2病毒颗粒只有一个单一的脂质双分子层和少量表面蛋白。这使得我们很难理解病毒是如何造成破坏的。这也是没有有效疫苗的一大原因。因此，非洲猪瘟的病毒诊断至关重要。”

无形的威胁

非洲猪瘟是一种传染性极强的病毒性疾病，通常像野火一样在猪群中蔓延，死亡率高达95-100%。该病毒在家猪和野猪中引起严重疾病。

非洲猪瘟最早于20世纪初在东非发现，后来于20世纪50年代末传播到欧洲。最近，非洲猪瘟在许多亚洲国家造成了严重破坏。中国受到的打击尤其严重，自2018年首次出现该病以来，中国约有50%的猪死于该病，仅一年内就造成了1410亿美元的直接经济损失。

这种疾病正在出口生猪和猪肉产品的国家以及将猪作为饮食中重要食物来源的国家造成相当大的社会经济困难。

虽然包括波多黎各和美属维尔京群岛在内的美国目前没有出现非洲猪瘟，但据信，美国通过已经出现非洲猪瘟的其他国家(包括多米尼加共和国和海地)输入该病的风险正在增加。

非洲猪瘟对美国的影响可能是毁灭性的，因为美国是世界第三大生猪生产国，每年生产超过1150万吨猪肉，同时也是世界第二大猪肉出口国。如果非洲猪瘟爆发，美国将面临严重的经济后果。

会议的挑战

现有的非洲猪瘟诊断检测包括对非洲猪瘟病毒特异性的核酸、抗体或抗原的检测。最敏感的检测，包括实时聚合酶链反应(PCR)和ELISA，需要实验室设施和受过培训的人员来进行。它们还常常需要很长时间才能取得结果，这在追踪像非洲猪瘟这样的快速传播、爆炸性传染性疾病时是一个重大缺陷。

理想情况下，猪群应该通过一种便携式诊断设备持续监测，并储存在畜栏附近，从而能够以较低的成本更早、更快地发现疾病。这种方法还将允许进行广泛、高频率的检测，这是破坏病毒传播链和遏制非洲猪瘟暴发的一个关键因素。

该项目包括NaSRED的设计和验证，这是一种使用金属纳米颗粒的便携式诊断传感设备。NaSRED测试使用具有不同光学特性的金属纳米颗粒收集物来搜寻非洲猪瘟的生物标记物，即非洲猪瘟病毒存在的指示信号。

项目提案描述了一种被称为p72的特定非洲猪瘟蛋白的检测，以及两种抗体，抗p54和抗p30，与仅检测这些疾病特征之一的诊断方法相比，这是一种更加准确和敏感的检测方法。

该技术使用金属纳米颗粒，将被称为配体的特定分子结合物附着在金属纳米颗粒上，这种结合物可以寻找与非洲猪瘟病毒相关的蛋白质和抗体。当纳米颗粒遇到血液样本中的ASF蛋白和抗体时，疾病目标就像胶水一样粘在纳米颗粒传感器上。

当ASF蛋白和抗体附着在纳米颗粒上时，它们聚集形成簇。这些簇的重量增加会导致它们沉到试管的底部，导致溶液中可检测到的颜色变化。当光线穿过溶液时，可以观察到这些簇的独特光学特性，这表明ASF病毒是阳性的。

利用简单廉价的电子电路，该系统可以很容易地将金属纳米颗粒产生的光信号转换为测试结果的定量电子读数。收集到的信号将被电路自动记录下来，并传输到电脑或手机上，在那里，阴性或阳性的结果将显示出来，使测试成为一项更容易的任务，最终可能由农民来执行。

最终的传感系统是笔侧测试的理想选择，它将是手持的，材料成本预计在20美元左右，而单独测试的成本不到1美元。快速检测需要不到一微升的血液，几分钟内就能得出结果。

这项技术是在资源有限的环境中测试猪的一个特别有吸引力的选择，并有望极大地加强与这一全球祸害作斗争的努力。

 

 

作者:Richard Harth