馬來西亞目前面對的最大難題,是嚴重缺乏新冠病毒基因組數據,以監測國內變異毒株的踪迹,甚至是尚未被發現新變異株。學術界不斷呼籲政府加重的測序力度,卻遲遲不獲重視。對抗疫情,就好像和病毒賽跑。由於無法贏得這場比賽,科學家能做的,只有謙卑、盡其所能去測序病毒,緊緊盯著變異的動向,然後採取恰當措施减低變異帶來的風險,而不是坐以待斃。
【文/宋明家】
新冠病毒的變異速度,就好像「地球上跑得最快的人」博爾特(Usain Bolt)100米短跑的9.58秒世界紀錄。
面對博爾特,科學家不可能跑贏他,能够做的只有每天刻苦訓練,然後買一雙好跑鞋,跟在他的後面;能跟得越緊,就不會輸的太慘。若魔鬼式刻苦訓練是「大規模鼻咽拭子檢測」,那雙跑鞋就是「基因組測序」(genome sequencing)。
爲什麽需要基因組測序?
在超高倍電子數顯微鏡下,新冠病毒的RNA基因組,就好像一條約29,000個字母(四種A、U、C或G的「核苷酸」遺傳密碼字母)串成的長鏈;長鏈上有11個基因,包括那惡名昭彰「刺突S蛋白」(spike protein)基因,用以入侵人類和動物的細胞,執行繁衍使命。
但病毒的複製和繁殖過程中,常會發生字母被替換、或被漏掉的烏龍事件。這種烏龍事,科學家管叫它「突變」(mutation),或稱「變異」。也就是說,突變是新冠病毒的天性,突變率則是每個月約一或兩個字母被替換,也容易突變形成變異株(variant)。
基因組測序,是鑒定病毒遺傳密碼字母的生物技術,常用於族群遺傳學(population genetics)的研究,比如探討族群、物種的演化和其生物特徵。在對抗疫情裡,測序能爲科學家提供很多有利資訊,包括病毒基因突變;比如突變若發生在S蛋白基因,那新冠病毒傳染率就可能會被改變(也有可能變得更致命,或者容易逃脫疫苗的對付);對人類來說,這肯定不是一件好事。
簡言之,基因組檢測是除了對病毒作「即時偵測反轉錄聚合酶連鎖反應」(Realtime Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)檢測之外的頭等要務。
(來源:JHU Hub-Johns Hopkins University/Ed Whitman)
爲什麽需要基因組監測聯盟?
由於測序儀器昂貴,試劑等化學藥品也不便宜(測序一個新冠病毒基因組的費用爲800至1,000令吉左右),分析基因組更需要高技術生物資訊人員;所謂「聯盟」(consortium),就是夥同各個有器材、人才和能力進行基因組測序的大學和機構,一起協調合作,避開相互競爭或單打獨鬥,更高效、策略性地使用有限資源,測序所需基因組。
以下略述「聯盟」可以爲國家和全世界帶來的五大好處:
一、病毒變異株的及時偵測:某些病毒基因突變後,會改變感染力、致病力、或影響疫苗及藥物的功效,甚至降低篩檢效率,因此儘早偵測新變異毒株是主要關鍵。比如2020年9月在英國發現的B.1.1.7變種(傳播力比原始毒株快56%),就歸功於該國高效率的基因組聯盟。
二、分析病毒的演化:病毒基因組的變異量和質,對科學家在探索病毒來源、追踪毒株的擴散軌迹、未來可能發生的突變,都極爲重要。
三、基因組數據分享:目前全球科學家測序所得基因組,都會上傳至「全球共享流感數據倡議組織」(GISAID)的開放數據庫,這也已成爲全球病毒基因組的分享平臺,讓科學家得以利用這些資訊來瞭解病毒的演化。
四、協助政府制定抗疫措施:病毒株的種類、變異的危險度、毒株擴散熱點、傳播力度的預測、推測地方性疫情爆發等資訊,都和基因組數據息息相關,因此對前綫人員和醫療資源的統籌調派,至關重要。
五、支援醫藥和篩檢科技研發:有了大量基因組數據,科學家就可以研發更有效、更廉價的藥物和疫苗,或更快捷的篩檢技術。
馬來西亞的基因組測序進度如何?
截至6月7日,我國境內已發現三種「高關注變異株」(Variants of Concern, VOC):Alpha (B.1.1.7,最先在英國發現)、Beta(B.1.351,南非)、Delta(B.1.617.2,印度)。至於危險性較低的「需留意變異株」(Variants of Interest, VOI),已偵測到的共有三個:Theta(P.3、菲律賓)、Kappa(B.1.617.1、印度)、Eta(B.1.525、英國/尼日利亞)。
我國目前面對的最大難題,是嚴重缺乏新冠病毒基因組數據,以監測國內變異毒株的踪迹,甚至是尚未被發現新變異株。
根據知名測序儀生産商Illumina估計,要偵測一個在社區占0.1至1.0%的新病毒株(相等於1000個確診病例裡有1至10人感染此新變種),需要測序至少5%的確診病例。以基因組監測的世界模範生英國爲例,該國測序百分比是9.70%;早在疫情初期,英國政府就預見了基因組測序的重要性,於2020年4月投入2,700萬美元,設立COVID-19 Genomics UK Consortium基因組聯盟,協調推動全國的基因組測序。
在馬來西亞,學術界不斷呼籲政府加重測序力度,卻遲遲不獲重視。從表一和圖一可見,我國基因組測序的進展真的慘不忍睹,尤其這幾個星期因確診病例大幅增加,即便過去一個月內增加近一倍的基因組數目,測序率也只微增至0.16%,遠低於世界測序平均率(1.08%)。相比其他東南亞國家,特別是那些人均國內生產總值(GDP)比我國低很多的越南、柬埔寨、菲律賓和泰國,我國的表現更顯得尷尬困窘。
無論如何,科學、工藝及革新部在六月初終於爲國人捎來好消息,把一筆約323萬令吉的研究基金,頒給國民大學一名教授,讓他帶領三所公立大學(馬大、瑪拉工藝大學、砂拉越大學)和研究機構(大馬醫學研究所、大馬基因研究所)人員,以期在短期內測序3000個新冠病毒基因組。這數目雖然還是杯水車薪,但至少可以稍微提高至比較接近1%的測序率。
其他各國的基因組測序
值得一提的是,由於基因組測序的努力,越南和印尼也在這兩個星期陸續發現境內的新變異毒株。菲律賓這個比馬來西亞窮很多的國家(人均GDP爲3,966美元,對比我國的12,500美元),測序率從2020年底的0.006%(30個基因組),劇增至今年六月的0.34%(4,295基因組)。這全賴該國政府去年開始策略性地把基因組測序工作交給菲律賓大學的菲律賓基因組中心(Philippine Genome Center)執行。
一些西方國家也一度疏忽了測序的重要性,其中最特殊的例子是美國。在今年一月拜登成爲美國第四十六任總統前,特朗普的非科學抗疫方案,擾亂了許多原本可以做得更好的抗疫措施。換了領導層後,該國一改過去散亂游擊的測序戰略,以一個稱爲SPHERES(SARS-CoV-2 Sequencing for Public Health Emergency Response, Epidemiology and Surveillance)的全國聯盟,帶領各個大學和研究機構,策略性的大量測序病毒樣本,使美國測序率從去年十二月的0.28%,大幅度提升至今年六月的1.58%(見表一)。
德國和加拿大的測序之路也跟美國差不多,都是先忽略然後慢慢迎頭趕上,相比英國成立的基因組聯盟,德國衛生部和加拿大的Canadian COVID-19 Genomics Network,都是分別遲至今年一月和二月才開始把測序率目標訂定爲5%,達到國際水平的測序率要求。
對抗疫情,就好像和病毒賽跑。由於無法贏得這場比賽,科學家能做的,只有謙卑、盡其所能去測序病毒,緊緊盯著變異的動向,然後採取恰當措施减低變異帶來的風險,而不是坐以待斃。
宋明家 |
出身於馬來西亞吉蘭丹州蕉風椰林的古板可憐(Kubang Kerian)。原以為會終一生古板可憐,因貪戀校園混了個碩士,被中學生再教育兩年,爾後重返實驗室和DNA鬼混,博士畢業後吉人天相得以在某國外大學分校任高級講師。愛好枕戈待旦於雜草稻的分子遺傳演化,遵循儒林生存法則小有發表學術論文數十篇。某年突然發現手指也可以拼出方塊字,從此欲罷不能,每逢周末晚文火煎煮一幅幅五千年古老圖像,在華文報章熬制成評論、科普、雜文等百餘篇,聊以顧影自憐也自娛。 |
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