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The COVID-19 Virus, By the Numbers

注:这篇文章是加州理工学院科学家正在进行的关于COVID-19大流行研究的系列文章的一部分,每个科学家都有自己的专长。从生物学,到化学,到社会科学,再到计算机,对抗这种疾病的关键还有待发现。

当Rob Phillips决定离开凝聚态物理领域而成为一名生物学家时,那是因为他对病毒着迷。在过去的20年里,加州理工学院的Fred和Nancy Morris生物物理学、生物学和物理学教授一直在寻求对病毒研究的数字把握。

他说:“人们渴望得到定量的信息。当你对事实有一个数字把握时,你可以对过程如何展开做出更精确的预测。这很复杂也很难,但我们已经取得了进展

2018年,菲利普斯和他的长期合作者罗恩·米洛(Ron Milo)和伊农·巴隆(Yinon Bar-On)对地球上有多少生物物质进行了全面的定量全球评估,说明了人类是如何对我们的环境造成不成比例的影响的。

现在,随着SARS-CoV-2型冠状病毒(SARS-CoV-2)在全球范围内的流行,Phillips和由以色列魏茨曼研究所的Ron Milo领导的研究小组,已经把他的" – by- numbers"方法转向研究这种新型病毒。他和他的同事们现在已经在《生命》杂志上发表了一篇论文,内容是关于构成covid19的关键数字——病毒在人体内的平均浓度、病毒在不同表面的稳定性、感染率等等。我们和菲利普斯坐下来讨论新论文。

让我们从最基本的开始:什么是病毒?

病毒占据了生物和非生物之间的阴影世界。病毒本质上是一个小容器,里面是它的遗传信息。他们的基因很少。这种新型冠状病毒大约有25个基因。作为比较,一个细菌有大约4000个基因,一个人有大约20000个基因。它们用这么少的基因就产生了如此巨大的生物影响,这真是令人着迷。

在感染期间,病毒就像特洛伊木马一样。它们携带遗传物质进入宿主细胞,欺骗宿主细胞制造数百或数千个新的病毒副本。然后新的病毒从细胞中爆发出来,摧毁它,并对更多的细胞做同样的事情。在这一点上,它基本上是病毒和宿主的免疫系统之间的战争,试图组织防御和消灭包藏病毒的细胞。

这些数字说明了什么?有什么重要的收获?

基因数据非常有趣:SARS-CoV-2有50%的基因与普通感冒冠状病毒相似,96%与蝙蝠冠状病毒相似。这些人畜共患病毒——来源于动物并转移到人类的病毒——已经存在。它们是人类历史的一部分。

关于病毒进化和突变率的数据将使我们了解病毒发生变化的时间尺度。会不会出现第二波感染?会是季节性的吗?例如,流感病毒基本上每年都在进化,这就是为什么我们每年都要注射新的流感疫苗。

很难全面掌握感染率的一个问题是,数据中也存在很大的统计差异。有些人比其他人更具有传染性,不同的感染者携带的病毒量表现出巨大的差异。这是一个动态的情况,所以我们仍在掌握数字。

还有什么问题没有解决?你最感兴趣的回答是什么?

有各种各样的有趣的和非常多元,问题仍然没有答案,从分数的摆脱受感染细胞的病毒感染,病毒的数量从这样一个受感染的细胞,摆脱的人口比例是无症状的。我特别喜欢的是我们可以用数学来预测未来动态系统的路径。当然,科学史上最著名的例子之一发生在物理学和天文学的早期,当时诸如第谷·布拉赫、约翰内斯·开普勒和艾萨克·牛顿等科学家就如何预测行星的运动达成了协议。类似的想法关于所谓"dynamical systems"相关流行病的传播在时间和空间上就像我们现在正在经历,现在绝大纲要的数据高可用空间,时间,和人口决议提供了一个机会真正深入并找出这个流行的展开。

这带来了这样的希望:下一次这样的大流行来的时候,甚至可能是这次大流行本身,如果人们能够足够快地工作,我们将更好地知道如何思考它将如何演变,也许更好地知道如何应对它。

是什么促使你将研究转向新型冠状病毒?

六、七周前,就在这种冠状病毒开始向美国扩散的时候我的一个朋友——研究病毒的物理学家——告诉我,到明年4月,我们所有人都将被限制在家里,无法飞往任何地方。说实话,我很害怕。我意识到我们需要集中注意力,我想找出我的团队可以在哪些方面做出改变。

SARS-CoV-2研究的困难之一是有太多的单独的小插曲。人们都在看拼图的不同部分;这有点像盲人摸象的故事,盲人摸着大象的不同部位,每个人都拿出不同的大象图片。在冠状病毒的情况下,有些小插曲:病毒的生存在各种表面突起蛋白在病毒的结构生物学# x27;表面,电子显微镜的结构元素病毒的细胞生物学病毒与宿主相互作用,等等。

我们想要做的是创建一个一站式的资源,人们可以找到关于SARS-CoV-2的生物学和感染过程的关键数字。我的合作伙伴——罗恩·米洛和两位出色的研究生伊农·巴隆和阿维·弗莱蒙——我想总结一下科学文献,把它们放在一起。为此,我们所有的参考文献都是完全透明的,直接引用每篇论文中的句子,并准确地表明我们是如何知道我们所知道的事情的。论文也将是活的,这意味着每次文献更新一些数字,我们可以更新这篇论文。

这篇论文的题目是"SARS-CoV-2 (COVID-19)。"除Phillips外,论文的共同作者还有Weizmann科学研究所的Yinon Bar-On,加州大学伯克利分校的Avi Flamholz和Weizmann科学研究所的Ron Milo。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/covid-19-virus-numbers