科研創新開拓傳染病防控新範式

發佈時間:2020-10-12 16:24:56 | 來源:中國網·中國發展門戶網 | 作者:陳亮,陳媛,張學敏 | 責任編輯:劉夢雅

關鍵詞:科研創新,人工智慧,大數據,雲計算,傳染病,疫情,防控

中國網/中國發展門戶網訊 傳染病始終是人類生存的主要威脅,深刻影響了人類文明的發展和歷史進程。2020 年初,一場突如其來的新冠肺炎疫情席捲全球,在世界範圍內引發嚴重的公共衛生危機,也引起了人們對公共衛生應急體系的深刻思考。

科技創新與突破是新發突發傳染病疫情防控的關鍵。進入 21 世紀以來,生物技術迅猛發展,並與奈米、資訊、精密電子、先進製造等多學科交叉融合,帶來産業模式革命性轉變和技術全面升級。大數據、雲計算、人工智慧等資訊技術的出現為傳染病疫情的有效防控提供了新的手段。當前,傳染病防控技術及其産業發展呈現“自動化、智慧化、資訊化、精準化”的動向,將改變人類面對新發突發傳染病疫情時的被動應對現狀,可實現及時、快速、精準而高效的主動防禦。應對新發突發傳染病疫情,應通過學科交叉實現技術創新突破,開拓傳染病防控的新範式。

發展基於資訊化的自助、快速診斷技術

發展從原始樣本採集到檢測結果判別全程自動化、智慧化的病原現場快速檢測技術,使得原來須由專業實驗室完成、依賴特殊條件的檢測在基層醫療機構甚至家庭就可以完成,實現自助檢測。例如,發展試紙化快速診斷試劑,使之能夠深入家庭,非專業人士即可掌握使用;檢測結果可通過手機終端應用(APP)掃描上傳數據中心,並即時得到智慧分析結果報告。這種技術呈現高通量、低成本、自動化和便捷化趨勢。在應對嚴重疫情時,國家可據此實時掌握傳染病病原感染總人數及其地理位置資訊,並在此基礎上實施精準防控措施。自助診斷在目前還有很多技術方面的困難,但這正是自助診斷技術需要突破和發展的原因。家庭自助檢測技術的發展,將極大降低應對重大傳染病防控所付出的社會成本。當前,生物科技正處於廣交叉、深融合、大突破的時代,傳染病快速診斷技術正在與資訊、奈米、材料等技術高度融合,面臨重要突破機遇。

發展基於資訊化的傳染病智慧預警系統

發展從原始樣本採集到檢測結果判別全程自動化、智慧化的病原現場快速檢測技術,依賴於資訊化的傳染病智慧預警系統建設。新發突發傳染病的傳播規律通常是:第一階段點狀(患者)出現;第二階段從點到線;第三階段從線到面。當前,傳染病主要是在醫院中被發現,並上報疾控中心(CDC)等專業機構以對疫情做出判斷;然而,此時疫情通常已處於第二階段後期,甚至更嚴重階段。通過創新並整合國際最尖端生物技術、資訊技術和人工智慧技術,研發基於大數據的“新發突發傳染病智慧化預警系統”,將可能在第一階段甚至第一個患者(點)出現時就能發現新發突發傳染病,實現對傳染病疫情的實時監測和及時預警,達到最早干預和最佳防控效果。例如,基於微生物的遺傳資訊大數據,通過智慧化技術對病毒等病原體的資訊進行甄別,可在第一時間及時發現可能導致疫情的病原體,並自動發出預警資訊。發展“新發突發傳染病智慧化預警系統”是一個複雜的系統工程,需要大數據、人工智慧、資訊技術、精密儀器、生物資訊學、微生物學、流行病學和傳染病學等多學科人才的通力合作和集智攻關。

發展基於大數據的傳染病智慧溯源系統

對病毒等病原體的有效溯源,是阻斷傳染病疫情傳播的關鍵。但是,從近幾十年來的各種疫情發生情況看,通過傳統技術和方法對病原體的準確溯源是十分困難的。廣義的病原體溯源包括遺傳進化溯源、宿主溯源和時空溯源。大數據時代的到來,以及智慧技術的發展,使病原體的快速、有效溯源成為可能。通過對病毒等病原體的溯源,分析病毒在不同個體之間的傳播過程、不同宿主之間的轉換過程,以及不同外部環境和宿主免疫反應等選擇壓力下的進化規律,揭示新發突發傳染病病原體的起源、跨種傳播和毒力進化趨勢,還可能挖掘決定其傳播力、致病力和耐藥性等的關鍵分子特徵,指導藥物和疫苗的開發及干預策略的制定。因此,發展基於大數據的傳染病智慧溯源系統,通過大數據挖掘技術,實現對病原體資訊的智慧化分析,快速、準確追蹤病原體來源,對新發突發傳染病的有效防控十分重要。

發展基於共性機制的廣譜抗病毒特效藥物

病毒的種類不計其數,而且由於基因突變,病毒不斷演化變異。因此,當疫情出現時,很難及時從頭研發特效藥物。為有效應對新發突發傳染病疫情,應該加強對病毒感染的共性機制研究,針對共性機制研發廣譜抗病毒藥物。通過不斷擴大廣譜抗病毒藥物的備選庫,力爭為新發突發傳染病處置提供“以不變應萬變”的技術手段。

發展廣譜抗病毒藥物,可從病毒感染的共性機制和抗病毒感染的天然免疫機制 2 個方面著手。

病毒感染存在若干共性機制,可作為廣譜抗病毒藥物設計的切入點。 病毒複製需要應用它的聚合酶合成遺傳物質,而病毒聚合酶的底物識別域具有高度保守性; 病毒的一些關鍵蛋白質具有保守結構域,如流感病毒的血凝素蛋白、冠狀病毒的衣殼蛋白質等,其可作為設計廣譜抗病毒藥的靶標; 發展針對病毒特有的程式性移碼翻譯共性機制進行干預的新策略,抑制病毒蛋白質合成。

加強人體抗病毒感染的天然免疫研究具有重要意義。機體在病毒感染後産生特異性免疫(中和性抗體等)之前,具有抗病毒天然免疫能力,這是機體抗病毒感染的第一道防線。已有資訊顯示,通過糖基化調節,提升病毒感染細胞的干擾素産生水準,能顯著促進機體對病毒的有效清除。加強此類研究工作,將為新發突發疫情的應對提供有效防治手段。

綜上,為應對未來安全挑戰,我們只有不斷加強前瞻性創新佈局,開拓傳染病防控的新範式,才能做到未雨綢繆,建立更加智慧、高效、有特色的新發突發傳染病防控體系,鑄就維護國家公共衛生安全和保障人民健康的“國之堅盾”。(作者:陳亮,國家生物醫學分析中心副研究員;陳 媛,國家生物醫學分析中心;張學敏,中國科學院院士,國家生物醫學分析中心主任、研究員。《中國科學院院刊》供稿)

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