未雨绸缪:感染奶牛的H5N1禽流感爆发，美国科学家们怎么应对？

一直在感染奶牛并在美国引起恐慌的禽流感病毒是否会蔓延全球？科学家们未雨绸缪准备起来。

　　

一直在感染奶牛并在美国引起恐慌的禽流感病毒预计将于本周运抵德国。康奈尔大学(Cornell University)病毒学家Diego Diel的一批H5N1病毒样本将运往Riems的联邦动物卫生研究所(Federal Research Institute for Animal Health)，该研究所拥有世界上为数不多的高安全实验室之一，具备处理牛和其他大型动物身上这种危险病原体的能力。在那里，兽医Martin Beer将使用这些样本来感染奶牛，以寻找比研究人员从实地收集的零星数据中所能收集到的更全面的病毒对牛和人构成的威胁。

疫情已经蔓延到美国九个州的农场，六周后，来自这些地方的数据流仍然有限，因为一些农场抵制监督。圣犹达儿童研究医院的禽流感研究员Richard Webby说:“从受感染的农场获得正确的样本是非常困难的。”“显然阻碍了对实际发生情况的理解。这就是为什么这些奶牛的实验性感染真的会提供大量信息的原因。”

Martin Beer和其他在处理大型动物的生物安全三级(BSL-3)实验室工作的科学家们希望收集有关如何阻止这种病毒在美国乃至世界范围内的奶牛身上滋生的可怕情况的线索。这可能会损害牛肉和乳制品行业，并增加人类大流行的风险。比尔说:“没有人希望这种危险的病毒长期盘踞在一种我们用来生产食物的动物中，奶牛与人类有如此密切的联系。”

上周发表的一篇预印本文章给出了一种可能的解释——为什么这种病毒能在奶牛的乳房中繁殖并最终进入牛奶中。流感病毒能很好地与细胞表面的一种叫做唾液酸的碳水化合物结合，这种碳水化合物因物种而异。禽流感病毒锁定鸭和鸡的唾液酸，而人类流感病毒锁定某些哺乳动物的唾液酸。在bioRxiv上发布的预印本中，来自丹麦的研究人员在奶牛的乳腺中发现了鸭型和人类型受体，这可能使其成为鸟类病毒的天然目标。

Martin Beer认为这些结果可能很重要，但也是初步的，并指出区分某些类型的唾液酸可能很困难。但该预印本的作者之一 Webby表示，很明显，乳房特别适合这种病毒。“我们清楚地知道那里有禽流感病毒的受体，因为它像杂草一样生长。”这组作者还表示担心，当禽流感和哺乳动物流感病毒同时感染一种动物时，牛可能像猪一样成为流感“混合容器”，产生危险的新的人类毒株。Martin Beer更担心的是禽流感病毒的缓慢适应。

到目前为止，这种禽流感毒株对人类的威胁有限。迄今为止唯一的确诊病例是德克萨斯州的一名乳业工人，他报告说与受感染农场的奶牛有过密切接触，患上了结膜炎，但在服用抗流感药物奥司他韦后，他的症状得到了缓解。研究人员上周在《新英格兰医学杂志》(the New England Journal of Medicine)上报告说，一种眼拭子检测出了与感染奶牛的H5N1基因型相同的病毒，名为B3.13。

人类的眼睛可能特别容易感染这种病毒，因为它们含有在鸭和牛的乳房中发现的相同的H5N1受体。但是，Pirbright研究所的流感病毒学家Tom Peacock说，病毒在奶牛乳房中的快速增长引起了人们的担忧，即禽流感病毒可能学会附着在乳房中哺乳动物特有的病毒受体上。“这似乎是尽快从牛身上根除这种疾病的一个很好的理由。”

实验室工作的一个目标是调查病毒是如何在牛之间传播的。目前的理论是，在挤奶过程中，乳房受感染的泌乳奶牛将病毒传播给了其他奶牛，但这是基于间接证据，比如在牛奶店的环境样本中发现了H5N1。堪萨斯州立大学的病毒学家Jürgen Richt说:“现在最大的问题是病毒是通过机械传播还是通过气溶胶在牛之间传播。”测试这一点的最好方法是在高度安全的实验室里进行精心设计的动物实验。“只有少数设施可以做这种工作，所以我们一直在相互协调，谁在做什么。”Richt计划用Diego Diel送给Martin Beer的同种毒株给公牛和母牛的鼻子和嘴巴接种疫苗。“然后我们会看看动物体内发生了什么，”他说。“我们将在4到5天后杀死其中一些牛，然后观察病毒在体内的位置。”其他牛将被观察数周，看他们是否会产生H5N1抗体，以及他们以各种方式传播病毒的时间。在这些最初的感染发生2天后，新奶牛将加入看看它们是否会感染病毒。

Richt在非泌乳奶牛身上做这些实验，Martin Beer将在泌乳奶牛身上做实验，将病毒直接植入所有四头奶牛的乳头内。加拿大萨斯喀彻温省疫苗和传染病组织的主任Volker Gerdts也计划在该组织的BSL-3设施中对小牛进行类似的实验。

 Beer说，使用泌乳奶牛增加了一层复杂性，因为奶牛对环境的变化非常敏感，而且它们需要定期挤奶。“我们刚买了三台新挤奶机，要搬进BSL-3。”但亚利桑那大学的进化生物学家Michael Worobey说，这类实验“绝对至关重要”。“这仍有可能演变成H5N1大流行。这些实验将有助于了解这种可能性。(Martin Beer曾在2007年用另一种类型的H5N1感染过牛。)

其他研究人员正在细胞培养中研究牛流感病毒株。例如，Diel正在研究病毒在不同细胞类型中的复制情况。他还想看看H5N1型牛的血凝素(病毒用来与细胞结合的表面蛋白)的亲和力是否已经改变为更适合人类呼吸道细胞上的唾液酸的亲和力，这表明病毒正在适应在哺乳动物中传播。

一些科学家正焦急地通过追踪感染牛的病毒序列中的突变，寻找禽流感病毒是否出现变得适应人类的迹象。比如一种名为631L的病毒已经被发现似乎可以使H5N1的聚合酶(病毒复制其基因组的酶)在哺乳动物中发挥更好的作用。Tom Peacock说，但是在其他动物的H5N1病例中也发现了类似的突变，到目前为止，几乎没有其他病毒适应哺乳动物突变的证据。

随着新的突变被发现，科学家们正计划对实验中的牛流感病毒毒株进行基因改造，以反映这些变化。Beer说:“这比等待一个新的隔离物再次送来要快得多，后者需要几周的时间。”一旦研究过美国奶牛身上的病毒后，Beer想用欧洲的H5N1病毒谱系做一个类似的实验，看看感染奶牛乳房的能力是现有毒株独有还是更普遍。

Worobey说，官方对疫情本身的缓慢反应与研究领域的积极反应形成鲜明对比：研究人员仍然不知道受感染牛群中有多少泌乳牛和非泌乳牛有抗体，也不知道这些农场的工人是否有抗体——这是感染的迹象。“我希望能得到一些血清学信息。”如果我们要在美国和全球范围认真应对、防止我们可以预防的流行病传播，那么这不是这样做的方式。”