一、基因与基因技术
基因（Gene）是什么？基因是生命的密码，也是我们生命的本质。基因是细胞核当中染色体上的一段DNA（脱氧核糖核酸），由A、G、C、T四种核苷酸排列组成，它蕴藏了无限的信息，有着独特的结构。基因是生命通用的语言。地球上有数千万种生物，从复杂的到简单的，从人类到病毒，都具有同样的生命密码，使用的是同一套基因的语言。生命是基因活动和表现的形式，是基因的舞台。基因技术是我们认识自然、改造自然的重要工具。目前基因技术有两个最重要的成果，一个是重组DNA技术，一个是PCR技术。这两个技术又衍生了我们后续的DNA测序、基因编辑等技术。基因技术已经得到了广泛的应用，在服务人类、社会。二、追寻新冠肺炎病原体
新冠肺炎病原体发现
基因技术在抗击新冠肺炎疫情中发挥了作用，首先是帮助我们追寻新冠肺炎的病原体。新一代基因测序技术在锁定病原体过程中发挥了重要作用。中国的科学家和基因测序公司只用了3天时间，就通过高通量病原体测序、信息库比对，初步将不明原因肺炎与新型冠状病毒锁定在一起。高通量测序的迅速普及，让我们能够对病原体迅速地认识、挖掘、锁定。新冠肺炎病原体确认
如何确认新冠肺炎病原体？这个要遵循科赫法则，就是要建立病原体与传染病的因果关系。研究表明，在多名患者体内都有新型冠状病毒病原体，而且可以分离出这个病毒去培养，去感染人类的细胞，还可以感染有人ACE2受体的人源化小鼠模型，并且可以感染灵长类恒河猴模型。经历过这些，我们才能说新冠肺炎是由新型冠状病毒所引起的。寻找新冠病毒中间宿主
新冠病毒与SARS病毒很像，但又不是完全的近亲，可以说是远亲。年我们找到了SARS病毒的宿主——果子狸，因为在果子狸体内分离出了与非典患者相似度高达99%的病原体，即序列相同的病毒。现在我们通过数据比对发现，云南菊头蝠体内冠状病毒与新冠病毒序列相似度高达96%。新冠病毒应该源自于蝙蝠，但是相似度只有96%，所以，可能还需要一个中间宿主，不是蝙蝠直接传染给人类的。年2月，华南农大团队分析来自于穿山甲当中的病毒序列，穿山甲体内分离的新冠病毒与目前感染人的新冠病毒基因组高度相似；香港大学管轶教授与广西医科大学胡艳玲教授对另外来源的穿山甲的分析相似度在85.5%-92.4%之间。穿山甲也是新冠病毒可能来源之一。此前的研究发现云南蝙蝠体内的冠状病毒可能会直接来感染人，也有可能引起类似SARS的疾病。也有可能新冠病毒是在人群中隐形无症状传播了一段时间，恰好在某个时间和地点发生了突变，导致了新冠肺炎的暴发。研究新冠病毒的起源，还需要很多证据才能说清楚，需要更多病毒基因序列的分析，以及更多病毒抗体的检测。三、新冠肺炎患者核酸诊断
病原性疾病的病原体检测是预防和治疗的关键。病原体中微生物占绝大多数，能够感染人的病原体中微生物超过了种。病原性疾病发展很快，如果不能早期检测，往往会延误治疗甚至带来生命的威胁。核酸检测是病原体检测首选和金标准。任何病原体感染都有独特的遗传物质，因此针对病原体的核酸检测就有简单、灵敏和特异的优点，可以用于感染性疾病快速检测。由于基因检测没有窗口期，病原体早期的感染也能够检测到。基因检测的技术和方法有很多，包括分子杂交、PCR、等温扩增、第一代基因测序、FISH、基因芯片和高通量基因测序等等。这些技术八仙过海、各显神通，在不同疾病的诊断中发挥着重要的作用。病原体检测用普通的PCR来检测，会出现污染、假阳性、气溶胶等问题，就影响了它在病原性疾病中的应用。真正能够在临床广泛进行核酸检测的技术是荧光实时定量PCR（qPCR）技术。这个技术全程封闭，最大程度降低了PCR的污染，而且可以定量。所以它就在灵敏和特异的基础上增加了无污染和定量，在病原体检测中大显神威。现在PCR技术发展到了第三代，叫数字PCR技术，也称为单分子PCR。它能做到绝对的定量、实现低频突变的检测，包括它对病原体的检测极为灵敏，但缺点是通量低、成本高。核酸检测有没有可能出现“假阴性”？王辰院士2月初提到，对于新冠肺炎确诊患者的检测，阳性检测率只有30%-50%。核酸检测出现“假阴性”的因素很多，包括：企业和研究机构仓促上马，准备不足，特别是质控不够；
管理部门的监管也不足，事急从权；
检测试剂盒体系差异，各家企业选择的基因、引物、探针，包括酶体系都不完全一样；
采集到的样本本身有差异；新冠病毒诡异变化，病毒在不同的时期、不同的部位，分布不一样（比如肺泡灌洗液、唾液、痰液、鼻黏膜、咽喉拭子检测的病毒都不一样）。
检验操作流程也不同；比如病毒灭活时RNA可能降解，提取的时候方法不一样，人员的操作和培训、实验室的规范不同等等。
这些都影响了核酸检测的准确性，所以要加强核酸检测的各种质量管理和质量控制。要克服各种不确定因素，最终让核酸检测更快速、更灵敏、更稳定、更安全、更方便、更简单。尽管核酸检测出现“假阴性”的问题，但依然是不可缺少的金标准。我们对一种疾病的诊断要综合分析临床症状、生化检测、影像检测、免疫检测和核酸检测。对任何的检测诊断都要实事求是，也要因地制宜。四、新冠肺炎疫苗和药物开发
新冠肺炎疫苗研发
疫苗是对病原体进行改造，刺激机体免疫系统产生应答。它的核心是诱导产生特异性的中和抗体来有助于清除病原体。疫苗直接相关的是通过体内的B淋巴细胞产生抗体。疫苗是控制传染病最重要的手段，新冠肺炎最重要的预防手段就是研发疫苗。国内和国外对新冠病毒的疫苗研发非常重视。我国的新冠疫苗研发有5条路线同步进行：灭活疫苗、重组基因工程疫苗、腺病毒载体疫苗、核酸疫苗、流感病毒双重疫苗，目前国际上疫苗已经进入了临床试验阶段。我们对新冠病毒疫苗的研发寄予了很大的期望，但是研发道路依旧艰辛，因为存在ADE效应（高小山注：预防接种后，因免疫机能障碍引起中枢神经系统内的脱髓鞘疾病）等一些不确定的因素。我们很担心的是，新冠病毒疫苗研发出来，病毒却变了，没有保护作用。流感疫苗就遇到这样的问题。新冠肺炎药物研发
目前治疗新冠肺炎的药物基本是老药新用，从原有的药当中，在安全性的基础上，进行积极推测，找到我们需要的药。新冠肺炎是一种新的疾病，致病机理还不清楚，基因技术如何协助开发特异性药物？基因技术能够阐明致病机制，揭示病毒的结构特征，明确药物靶点；帮助建立病毒感染计算、蛋白、细胞模型，药物筛选的模型；帮助建立新冠肺炎动物模型，开展药物安全性有效性研究；制备病毒蛋白，筛选抗体，进行安全评估研究。（1）药物筛选如何利用分子生物学和基因技术方法进行药物筛选？我们首先要根据病毒的生物周期过程涉及到的蛋白质进行阻断。目前发现的新冠病毒有29种蛋白，针对它进行结构功能的研究，就可以设计和筛选药物。药物筛选策略有：设置拦路虎——抑制病毒进入细胞。比如对病毒外面的S蛋白进行封闭，包括中和抗体就起到这个作用。
断粮草——抑制病毒蛋白酶活性。让它后面不能翻译，不能转录，比如PL、3CL蛋白酶抑制剂。
以假乱真——抑制病毒RdRp活性。这是最关键的一步，新冠病毒是RNA病毒，这个关键的酶与人体内很多复制、转录的酶完全不一样，这个酶现在就成为药物作用研究的靶点。瑞德西韦是一种核苷酸类似物、酶抑制剂，能抑制病毒RNA的复制、转录。
其他靶点——抑制病毒融合、包装、转运，有Furin酶抑制剂，TMPRSS2抑制剂。
老药新用研究——比如氯喹、法匹拉韦、千金藤素。
（2）细胞因子风暴新冠肺炎导致疾病加重甚至死亡与细胞因子风暴分不开。细胞因子风暴引起体液中多种细胞因子（如IL-6、TNF-α、IL-12、IL-1）和多种IFN等迅速大量产生，引发炎症和机体的肿胀，使得血管壁容易穿透渗出引起一氧化氮大量释放、血压降低、休克等等。细胞因子风暴不是新冠肺炎独有，在SRAS中细胞因子风暴也是非常疯狂的。肿瘤治疗中的CAR-T治疗也有可能会引起细胞因子风暴，是机体的过分炎症反应。2月15日，中科大魏海明与附一院徐晓玲团队发现，用托珠单抗（IL-6受体抑制剂）来阻断IL-6的通路，能有效治疗新冠肺炎的比较严重的病症，特别是对危重患者，非常有效，能降低死亡率，成功摆脱危险。托珠单抗是罗氏制药重组的人源化抗体，是通过基因工程的方法制备的。（3）针对靶点的药物在病毒感染的过程中，除了S蛋白要与细胞表面ACE2受体结合，同时S蛋白会被丝氨酸蛋白酶（TMPRSS2，有辅助病毒感染的作用）裂解，从而激活S蛋白。德国和日本的科学家针对丝氨酸蛋白酶找到了它的抑制剂——卡莫司他、萘莫司他，这两种抑制剂可以阻断病毒感染细胞，而且药物浓度都非常低。目前这两种药物已经上市。（4）抗体疗法近期，用新冠肺炎康复患者的血清治疗重症患者的抗体疗法效果不错，其实这种方法是古老的方法，在西班牙流感、SARS、H5N1禽流感、H1N1甲型流感、MERS及埃博拉等重大突发传染病疫情中都有使用。但是康复者的血浆疗法受到的影响因素比较多。抗体在什么时候起效果，为什么起不同的效果，取决于时效，与不同的时期、不同的状态、不同的浓度都有关系。弄清楚病毒的中和性抗体是抗体治疗的重要关键，现在中和性抗体的研究已经成为热点。抗体疗法还有很多不确定因素，我们期待经过筛选没有ADE的重组人中和抗体。新冠肺炎患者的症状与治疗效果千差万别，重症患者、轻症状患者、无症状都不一样。产生症状差异的原因很多，有年龄问题、其他伴随疾病、治疗方案、病毒感染的数量多少和变异程度，不可忽视的是患者的遗传基因多态性也有影响。五、新冠病毒感染与致病机制
新冠病毒是如何感染人的呢？新冠病毒感染人体示意图新冠病毒是通过S蛋白（含S1和S2两亚基）帮助病毒和人体细胞膜上跨膜受体蛋白质结合，从而进入细胞内部。病毒S蛋白就像一把打开宿主细胞的钥匙，钥匙不断的改变，就可以打开世界上不同生物的锁，可以是蝙蝠的、人的，以后还可以是小鼠、狗、猫的。S基因不断进化，宿主也可以不断进化，研究病毒的钥匙——S蛋白就至关重要。通过病毒序列的研究，南开大学的团队发表论文说，新冠病毒钥匙中多了一个新的功能叫Furin蛋白酶（弗林蛋白酶）切位点。弗林蛋白酶让钥匙像加了润滑油一样，特别容易打开锁。SARS病毒与新冠病毒细胞融合与释放对比SARS病毒没有弗林蛋白酶切位点，到了人细胞里面才把病毒的核酸释放出来，所以效率就特别低。新冠病毒有弗林蛋白酶切位点，细胞刚一融合，病毒的RNA序列就释放出来了，感染的效率就特别高，可以进行病毒的复制、转录、翻译等等。新冠病毒获得了弗林蛋白酶切位点，一方面能够与ACE蛋白结合很强，另一方面能够更快地释放出RNA，病毒的效率比内吞途径要高-0倍。新冠病毒除了感染肺部器官以外，其它组织器官也可能受累，包括消化道、呼吸道，肾脏，男性生殖系统，还有神经细胞也受感染，导致嗅觉、味觉的失灵。新冠病毒易感器官分布图科学家对人细胞进行单细胞RNA-seq分析，这是一个新的基因检测和分析技术。上图中红色标注的是新冠病毒受体基因ACE2高表达的组织和器官，要对这些器官加强保护。新冠病毒感染还会对男性的精巢进行攻击，所以会引起生殖损伤。ACE2在新冠肺炎中具有双重作用：
一方面它是病毒感染人细胞的那把锁，叫引狼入室；
另一方面它又起到了消防灭火的作用。
我们现在发现ACE2与SARS导致的肺部急性损伤有关系，其中有一个机制就是ACE2的表达被下调了。如果给予一个重组的ACE2进去，就可以保护急性损伤。ACE2可以减少细胞因子的释放，抑制细胞的炎症、纤维化，包括动脉粥样硬化、脑缺血、肥胖、肾炎、肝炎、肝纤维化、哮喘等等，ACE2对心脑血管疾病、动脉粥样硬化等都有保护和治疗作用。ACE2重组蛋白可以大幅降低新冠病毒的感染。ACE2可以主动与病毒结合，这样病毒就不能感染人细胞ACE2，这是一种竞争性结合。最近的实验表明可以有上百倍、上千倍的阻断效率。重组ACE2治疗新冠肺炎病毒感染在中国已经进行了临床试验。六、基因技术与病毒改造
新冠疫情暴发之后没多久，瑞士的科学家很快就合成了一个人造的新冠病毒，这种技术很简单，合成一个病毒只要一个生物学专业毕业的大学生都可以做到。因此，对于新冠病毒的改造合成，很多人有怀疑和猜测，但是众多的科学家还是发表了各种各样的声明，反对阴谋论，反对病毒是人造的这些观点。我们对于病原体的生物安全问题要给予高度重视。国家领导人最近提出把生物安全纳入国家安全体系，系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设，全面提高国家生物安全治理能力。病原体已经出现并在整个历史周期中传播，随着世界变得更加城市化、旅行增多以及栖息地被破坏，这种风险变得更加严重。另外，恐怖主义组织已经发现了追求生物武器的价值，并且我们对于未来这种情况能否有转机并不抱信心。生命科学与技术的进步既可以降低对这种武器的技术门槛，也可以扩大具有相关技能的个人数量，从而形成威胁。所以，冠状病毒在内的病原体改造引起人们推荐文章
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