Science:48年謎團終解決!利用人腸道細胞培養物成功地培養人諾如病毒

2020-11-27 生物谷

2016年8月30日/

生物谷

BIOON/--人諾如病毒（norovirus）---全世界急性腹瀉的主要病毒性病原---很難研究，這是因為科學家們沒有發現一種方法在實驗室中培養它們。如今，在Albert Kapikian博士鑑定出人諾如病毒是急性腹瀉的一種病因40多年後，來自美國貝勒醫學院的研究人員首次成功地在人腸道上皮細胞的實驗室培養物中培養諾如病毒。這項成果代表著人胃腸炎病毒研究取得一項重大進展，這是因為它建立一種能夠培養許多諾如病毒毒株的系統，這將允許科學家們探究和開發新的策略來預防和阻止感染，以及更好地理解諾如病毒的生物學特徵。相關研究結果於2016年8月25日在線發表在

Science

期刊上，論文標題為「Replication of human noroviruses in stem cell–derived human enteroids」。

論文通信作者、貝勒醫學院人類、分子病毒學和微生物學教授Mary Estes博士說，「長期以來，人們一直試圖在實驗室中培養諾如病毒。在過去的20年裡，我們也嘗試過。儘管採取過所有的努力，以及成功地培養其他的病毒，但是諾如病毒為何如此難以培養仍然是個謎。」

諾如病毒，也被稱作遊輪病毒（cruise ship virus），在通常支持其他病毒生長的實驗室培養物---如源自癌變組織的轉化細胞---中並不生長。此外，諾如病毒是物種特異性的---人諾如病毒只感染人類和導致人類患病，而小鼠諾如病毒只在小鼠體內這樣做。人諾如病毒並不在小鼠或通常用於研究的其他小型模式動物體內生長。

Estes說，「我的想法是我們之所以沒有成功地培養諾如病毒，是因為我們沒有合適的細胞類型。我們首先證實在慢性諾如病毒感染的病人體內，這種病毒能夠在被稱作腸上皮細胞（enterocyte）的腸道細胞中檢測出，但是在培養時，正常的人腸上皮細胞快速地死掉。當我們了解到荷蘭的Hans Clevers團隊已開發一種方法來製造一種新類型的人腸上皮細胞培養系統（包括腸上皮細胞）時，我們才取得突破。這些新的人多細胞培養物，被稱作類腸道組織（enteroid），是由來自病人組織的成體腸道

幹細胞

製作出來的。我們期待將這種病毒放入這些非轉化的人細胞培養物中，應會讓這種病毒生長。」

論文共同第一作者、Estes實驗室高級研究員Khalil Ettayebi博士說，「我在5年的時間裡一直與Estes博士一起努力嘗試培養這種病毒。我們嘗試了很多方法，但是僅獲得負面的結果，直到我們開始在實驗室中使用這些新的源自人

幹細胞

的類腸道組織培養物。」

這花了Estes和同事們大約1年的時間讓這些人腸道上皮細胞培養物在實驗室中良好地生長。隨後，在利用這些培養物培養諾如病毒之前，他們利用這些培養物試著培養另一種人胃腸道病毒---輪狀病毒（rotavirus）。

Estes說，「輪狀病毒能夠在這些人腸道上皮細胞培養物中生長良好。隨後，我們嘗試培養人諾如病毒，結果發現一些毒株能夠生長，但是另一些毒株不能夠。我們猜測仍然有些東西缺失了。」

研究人員通過將自然條件下存在於小腸上段中的物質加入到這些培養物中來試圖改善諾如病毒的生長，其中小腸上段是這種病毒生長的自然環境。其他的腸道病毒，如輪狀病毒，利用這些物質在體內生長。

論文共同作者、貝勒醫學院醫學、分子生物學與微生物學教授David Y. Graham博士說，「人體通過分泌來自胰腺的酶和來自肝臟的膽汁到小腸中對攝取的食物作出反應。胰腺酶消化大分子和膽汁讓脂肪溶解掉。導致胃腸道炎的病毒，如諾如病毒，利用胰腺酶觸發它們複製，但是這些酶對諾如病毒沒有影響。我們尋思，如果胰腺酶不重要的話，那麼膽汁是允許諾如病毒識別它在哪裡和進行複製的一種關鍵組分嗎？」

Estes說，「當我們將膽汁加入到這些培養物中時，之前不能生長的諾如病毒毒株如今大量地生長。」

論文共同第一作者、Estes實驗室博士後研究員Kosuke Murakami博士說，「當我們發現膽汁允許人諾如病毒成功地複製時，我最為激動。」

論文共同第一作者、貝勒醫學院分子病毒學與微生物學助理教授Sue Crawford博士說，「這種新的培養系統將最終允許我們深入認識這種病毒如何導致疾病。」

Estes說，「我們最終解決了這個持續了48年的古老秘密。我們加入膽汁到這些培養物中，從而能夠在模擬腸道環境的培養物中培養諾如病毒。膽汁對幾種重要的

細菌

性致病原而言是至關重要的，但是這是第一次證實膽汁在人腸道病毒複製中起著重要作用。」

這些人腸道上皮細胞培養物是非常獨特的，而且研究人員期待這些培養物將允許他們解答重要的問題，比如為何一種諾如病毒毒株能夠感染這個人而不會感染另一個人。

Estes說，「這些新的培養物是非常令人關注的，這是因為它們具有小腸不同區域的性質，而且擁有生理學活性。每種培養物是獨特的，能夠反映建立這種培養物的個人的

遺傳

特徵。這允許我們證實一些培養物，如同一些人一樣，僅對一種或多種人諾如病毒毒株是敏感的。這些培養物將允許我們確定這種毒株僅限制在一些人而不是其他人體內複製的機制。」

這是首個例子來說明人腸道上皮細胞培養物能夠被用來培養一種之前不能夠培養的病原體。

Estes說，「我預測通過改變某些條件，這種新的培養系統將允許培養我們此刻不能夠培養的其他病毒或

細菌

。如果我們取得成功的話，那麼它將有助開發有效的方法來阻止和治療感染、測試疫苗、切斷傳播，以及更好地理解這些微生物如何感染人、對人體防禦作出反應和進化。」（生物谷 Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉載！點擊 獲取授權 。更多資訊請下載生物谷app。Replication of human noroviruses in stem cell–derived human enteroids

Khalil Ettayebi, Sue E. Crawford1,*, Kosuke Murakami1,*, James R. Broughman1, Umesh Karandikar1, Victoria R. Tenge1, Frederick H. Neill1, Sarah E. Blutt1, Xi-Lei Zeng1, Lin Qu1, Baijun Kou1, Antone R. Opekun2,3,4, Douglas Burrin3,4, David Y. Graham1,2,5, Sasirekha Ramani1, Robert L. Atmar1,2, Mary K. Estes

doi:

10.1126/science.aaf5211PMC:PMID:

The major barrier to research and development of effective interventions for human noroviruses (HuNoVs) has been the lack of a robust and reproducible in vitro cultivation system. HuNoVs are the leading cause of gastroenteritis worldwide. We report successful cultivation of multiple HuNoV strains in enterocytes in stem cell–derived, nontransformed human intestinal enteroid monolayer cultures. Bile, a critical factor of the intestinal milieu, is required for strain-dependent HuNoV replication. Lack of

app

ropriate histoblood group antigen expression in intestinal cells restricts virus replication, and infectivity is abrogated by inactivation (e.g., irradiation, heating) and serum neutralization. This culture system recapitulates the human intestinal epithelium, permits human host-pathogen studies of previously noncultivatable pathogens, and allows the assessment of methods to prevent and treat HuNoV infections.

相關焦點

  • 諾如病毒
    諾如病毒有許多共同特徵：直徑約為26～35nm，無包膜，表面粗糙，球形，呈二十面體對稱;從急性胃腸炎病人的糞便中分離，不能在細胞或組織中培養，也沒有合適的動物模型;基因組為單股正鏈RNA;在氯化銫密度梯度中的浮力密度為1.36～1.41g/cm3;電鏡下缺乏顯著的形態學特徵，負染色電鏡照片顯示，NV是具有典型的羽狀外緣，表面有凹痕的小圓狀結構病毒。
  • Science:利用經過基因改造的人ACE受體作為誘餌引誘新冠病毒,阻斷感染
    在一項新的研究中，來自美國伊利諾伊大學香檳分校等研究機構的研究人員指出利用誘餌受體（decoy receptor）---一種經過改造的自由漂浮的受體蛋白---引誘SARS-CoV-2，這樣這種誘餌受體就可結合這種病毒並阻止感染。
  • 諾如病毒是什麼 預防諾如病毒的方法有哪些
    諾如病毒是什麼諾如病毒也被人稱之為瓦克病毒，是一種人類杯狀病毒中諾如病毒屬的原型代表，這種病毒在全世界方位內都有流行爆發過，一年365天都有機率感染，主要感染對象為成人以及學齡兒童，一般在冬季高發，在美國每年非細菌性腹瀉爆發中有百分之九十都是諾如病毒所引起的。
  • 研究發現，豬的流行性腹瀉病毒CoV能夠感染人類原代細胞
    由於冠狀病毒在豬肉行業造成了嚴重的經濟損失，而豬又是人類疾病暴發的關鍵中間宿主，這個研究合成了一種重組病毒（rSADS-CoV）和一種編碼紅螢光蛋白（tRFP）的衍生物來代替ORF3。rSADS-CoV在多種連續的動物和靈長類細胞系（包括人肝癌和直腸癌細胞系）中高效複製。值得關注的是，rSADS-CoV還可以在幾種不同的原代人肺細胞和原代人腸道細胞中高效複製。
  • Stem Cell Rep: 利用幹細胞技術培養人體腸道細胞
    因此，關於新型口服藥物吸收的研究依賴於體外或動物模型來精確地重建小腸的環境。當前，科學家廣泛使用人類結腸癌細胞系Caco-2作為腸上皮模型。但是，這有其缺點：Caco-2細胞是從結腸細胞中分化得到的，因此，它們相比小腸細胞而言更像結腸上皮細胞。例如，這些細胞不表達細胞色素P450 3A4（CYP3A4），這是一種對藥物代謝至關重要的蛋白質，而該蛋白質在小腸中大量表達。
  • PLoS Pathog:首次利用高解析度電子顯微鏡觀察腸道中HIV感染
    2016年10月5日/生物谷BIOON/--眾所周知，人腸道在消化中起作用。但是它也在免疫系統中發揮著一種顯著性的作用。事實上，它是HIV感染早期階段體內首先受到攻擊的部分之一。了解這種病毒如何感染細胞和在腸道中如何積累是開發新療法的關鍵。
  • 校園成諾如病毒高發地,哈爾濱116名師生感染,高發季節如何預防?
    29日晚，經哈爾濱市南崗區疾控中心檢測，在190名接受檢測人員中，有100名學生和16名教職員工，共計116人檢測結果為諾如病毒感染。二百餘人相繼感染如何造成的？據了解，此次諾如病毒暴發的哈爾濱市繼紅小學南崗校區，共有5個年級，54個教學班，115位教職員工，2349名學生。
  • 科學家發現：每個人的腸道都有獨特的病毒「指紋」，年齡和種群影響其多樣性
    更好地了解腸道環境中的病毒，甚至可以增進對一些病情最嚴重的新冠患者所經歷的胃腸道症狀的了解。由俄亥俄州立大學科學家開發的腸道病毒資料庫確認了存在於人類腸道中多達33242種獨特病毒。在這項研究中，研究人員從大約10年來32項研究的數據入手，這些研究對16個國家的1986名健康人和病人的腸道病毒進行了觀察。利用檢測病毒基因組的技術，該小組確定了超過33000種不同的病毒種群。
  • 健康知識 | 關於「諾如病毒」的風險提示
    據中國疾控中心統計，自9月份以來，全國已報告超過30起諾如病毒暴發，涉及病例約1500例；目前正是諾如病毒感染高發期，小編在此提醒大家重視諾如病毒的防控。諾如病毒的「簡歷」諾如病毒屬杯狀病毒，又名諾沃克病毒，源於1968年在美國俄亥俄州諾沃克的一所學校引起的一次胃腸炎暴發，之後被改名為諾如病毒。
  • @黑河人:如何應對諾如病毒的來勢洶洶↘
    跟小編一起來看↓↓↓01什麼是諾如病毒？諾如病毒原名諾瓦克病毒，屬於杯狀病毒科諾如病毒屬，為單股正鏈RNA病毒，表面無包膜。諾如病毒具有多個基因型。根據基因結構特徵，諾如病毒被為10個基因組（Genogroup，GI‐GVI），其中GI、GII和GIV感染人，GI和GII是引起人類感染性腹瀉的兩個主要基因組，進一步分成30個以上的基因型。
  • 諾如病毒腹瀉 這些家長們都應該知道
    日前，廣州一學校因發生諾如病毒感染而導致停課，不少媽媽的朋友圈也在流傳著諸如「新型病毒—諾如病毒進入高發期」的信息，引起很多擔憂。記者了解到，所謂「新型病毒—諾如病毒」其實很普通，由其引發的病毒感染性腹瀉每年都有散發，眼下因為氣溫驟變等原因，一些抵抗力較弱的寶寶不幸中招，關於這種病毒，家長們應該知道哪些呢？
  • 諾如病毒是什麼?為什麼能在浙江大學一天感染69人?
    諾如病毒諾如病毒（Norwalk Viruses），是人類杯狀病毒科諾如病毒屬的一種病毒。是一組形態相似、抗原性略有不同的病毒顆粒。此後，世界各地陸續從胃腸炎患者糞便中分離出多種形態與之相似但抗原性略有差異的病毒樣顆粒，均以發現地點命名，如：Hawaii Virus（夏威夷病毒）、Snow Mountain Virus（雪山病毒）、Mexico Virus（墨西哥病毒）和Southampton Virus（南安普頓百度）等。2002年8月第八屆國際病毒命名委員會批准該病毒名稱為諾如病毒（Norovirus）。
  • 天津在入境郵輪中首次檢出諾如病毒陽性病例
    央廣網天津11月7日消息（記者賈立梁 通訊員霍祥雲 耿潔寧）近日，天津東疆檢驗檢疫局檢疫人員在對「海洋贊禮號」郵輪實施入境檢疫時，檢出一例諾如病毒感染病例。該類疾病在天津口岸郵輪檢疫中尚屬首次發現。　　當天，檢疫人員接到船醫及代理申報，船上有一名船員出現嘔吐等症狀。
  • 【傳染病】諾瓦克病毒(諾如病毒)感染及預防
    諾瓦克病毒最早是從1968年在美國諾瓦克市暴發的一次急性腹瀉的患者糞便中分離的病原。此後，世界各地陸續自胃腸炎患者糞便中分離出多種形態與之相似但抗原性略異的病毒樣顆粒，均以發現地點命名。該病毒曾被稱為小圓結構病毒，後稱為諾瓦克樣病毒,直至2002年8月第八屆國際病毒命名委員會批准名稱為諾如病毒。
  • 微生物與細胞資源的保存與發掘利用
    中國網／中國發展門戶網訊 21 世紀以來，以現代生物技術為導向的生物資源開發和競爭是世界經濟發展的戰略重點之一，生物技術的重大突破和發展正在深刻地改變世界經濟發展模式和人類社會生活方式。在各類生物資源中，微生物與細胞資源的應用在革命性地解決人類發展面臨的重大問題，如健康、工業、農業、生物安全和環境治理等方面，已經發揮了巨大的作用並展現出了廣闊的前景。
  • 研究人員使用水果提取物與輻照技術結合消除諾如病毒
    的主要載體，諾如病毒是發達國家中最常見的引起胃腸炎的一組病毒。印度國家科學研究所(INRS)的研究員Monique Lacroix教授開發了一種基於蔓越莓汁和柑橘提取物的可食用塗層，該塗層可以使諾如病毒對伽瑪射線更敏感，從而可以在保持食品質量的同時消除它們，所有這些對消費者都沒有風險。
  • 針對新冠病毒,Science期刊最新研究進展一覽
    在美國，有250萬多人較早地使用了這款app，這為醫生、科學家和政府官員提供 了關於COVID-19的寶貴數據，以便更好地抗擊病毒疫情。文章中，研究人員利用先進的人類腸道培養模型進行研究，在體外成功實現了SARS-CoV-2病毒的繁殖，同時監測了細胞對病毒的反應，這或許就能提供一種研究COVID-19的新型細胞培養模型，相關研究發現或能解釋研究者觀察到的結果，即大約三分之一的COVID-19患者會經歷腹瀉等胃腸道症狀，以及研究人員能在糞便樣本中檢測到病毒這一現象。
  • 港大團隊構建全球首個蝙蝠腸道類器官,證實新冠能夠感染腸道
    迄今為止，除了使用幹擾素（IFN）-缺陷Vero E6或Vero細胞分離出的三株病毒和一株遺傳合成病毒之外，大多數鑑定出的蝙蝠SARSr-CoV尚未成功分離和培養。中華菊頭蝠被認為是SARS-CoV的天然宿主。
  • 導致哈爾濱繼紅小學全校停課的諾如病毒是什麼?
    11月30日，黑龍江哈爾濱市繼紅小學發出緊急停課通知，因有學生出現嘔吐、腹瀉等症狀，經疾控中心檢測，確認個別班級出現諾如病毒患者，教師將線上教學。 諾如病毒，又稱諾瓦克病毒（Norwalk Viruses，NV）是人類杯狀病毒科(Human Calicivirus，HuCV)中諾如病毒（Norovirus,NV）屬的原型代表株。它是一組形態相似、抗原性略有不同的病毒顆粒。 諾如病毒感染性腹瀉在全世界範圍內均有流行，全年均可發生感染，感染對象主要是成人和學齡兒童，寒冷季節呈現高發。
  • 兒科醫生說--如何預防和治療諾如病毒感染?
    人是如何感染諾如病毒的？ 諾如病毒是一種腸道病毒，感染後容易導致急性腸胃炎。諾如病毒通常通過以下途徑感染： ●食用或飲用被諾如病毒汙染的食物或水； ●觸摸被諾如病毒汙染的物體後未徹底洗淨雙手而進食； ●接觸過諾如病毒感染患者，如照顧患者、與患者分享食物或共用餐具。