微生物与传染病学

丁强

清华大学医学院副教授

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为抗病毒药物开发,传染病防治以及实验动物模型开发提供理论基础

丁强研究员于2013年获得中国科学院上海巴斯德研究所分子病毒学博士学位,之后在美国普林斯顿大学从事博士后研究。2018年全职任教于清华大学,现为清华大学医学副教授,博士生导师。 丁强研究员长期从事分子病毒学研究以及新型病毒感染模型的开发,在病毒感染和宿主相互作用、病毒感染种属特异性的分子机制以及开发新型病毒感染遗传学系统等方面取得了突出的成绩,发表多篇高水平的科研论文,申请2项专利。

研究严重威胁人类健康的RNA病毒感染和宿主相互作用的关系

丁强课题组主要以对人类公共健康产生严重威胁的RNA 病毒为主要研究对象,运用分子生物学,反向遗传学,基因组以及蛋白质组学手段,阐述病毒的生活周期,鉴定对病毒感染必需的宿主因子以及限制病毒感染的抗病毒因子。从分子水平上研究病毒种属感染以及器官感染特异性的机制,从而为抗病毒药物开发,传染病防治以及实验动物模型开发提供理论基础。

具体研究内容包括:1.病毒感染的分子基础,发现鉴定病毒感染必须的宿主因子或者限制性因子;2.寻找决定病毒感染种属特异性的宿主因子;3.在理解病毒和宿主相互作用的基础上,开发支持病毒感染的动物模型,为新药和疫苗开发提供有力的工具。

取得的研究成果包括:

·阐述戊型肝炎病毒(HEV)复制和病毒组装释放的分子机制

HEV是一种严重威胁公共健康的病毒,临床中尚无治疗HEV感染的药物。HEV基因组编码ORF1、ORF2和ORF3蛋白。ORF1具有病毒聚合酶活性,负责病毒基因组的复制;ORF2是衣壳蛋白,负责病毒颗粒组装;ORF3对于病毒颗粒的释放至关重要。为研究HEV的生活周期,课题组建立了新型的HEV细胞模型,即ORF1反式互补复制子模型。运用ORF1反式互补模型,发现了病毒基因组中多个功能性顺式作用元件调控基因组复制和转录。该发现不仅加深了对HEV的生活周期的认识,且为开发抗HEV药物提供了新的靶点。

·揭示SARS-CoV-2细胞受体ACE2发挥作用的遗传学基础,提示病毒具有广泛的潜在易感宿主范围

ACE2是SARS-CoV-2的受体,其在很大程度上决定了病毒的宿主范围。以此为切入点,丁强团队发现非哺乳动物ACE2基本不具有病毒受体功能,哺乳动物中多个种属物种ACE2均具有病毒受体活性,提示SARS-CoV-2具有广泛的易感宿主,提示未来防控病毒从动物到人传播的必要性。另外,还发现ACE2病毒受体活性与物种的进化程度没有直接关系。其次,新世界猴类、树袋熊科(考拉)和部分啮齿类动物ACE2不具有病毒受体功能,通过遗传学分析和功能验证,揭示了决定ACE2病毒受体活性的遗传学规律,为理解ACE2的功能以及病毒入侵机制提供了重要的理论基础。

·建立基于SARS-CoV-2核衣壳蛋白(N)的反式互补细胞模型

SARS-CoV-2属于生物安全三级(BSL-3)病原体,由于我国可进行SARS-CoV-2培养和研究的BSL-3实验室数量有限,严重制约了基础研究和应用研究。病毒N蛋白负责包裹病毒基因组RNA形成核糖核蛋白复合物(RNP),对于病毒颗粒的组装至关重要。丁强团队建立了基于N蛋白的反式互补SARS-CoV-2细胞模型,该模型大致原理为,将病毒基因组中N基因删除,替换成GFP报告基因。通过体外连接和体外转录获得N基因缺失,携带GFP报告基因的SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2 GFP delN) RNA基因组,将该基因组RNA电转到稳定表达病毒N蛋白的Caco-2细胞中(Caco-2-N,包装细胞系),可包装出SARS-CoV-2 GFPdelN病毒样颗粒(VLP)。该系统的安全性主要体现在以下三点:首先,SARS-CoV-2 GFP delN VLP只能在过表达病毒N蛋白的细胞中完成整个生活周期,不能在普通细胞中传代;其二,利用蛋白质连接技术(Intein),将N基因拆分成2个独立的表达载体中,基本杜绝了N基因和病毒基因组重组的可能性;其三,在实验过程中,重组病毒在包装细胞系中传代控制在8代以内,进一步减小了病毒基因组和N mRNA重组的机会(深度测序表明病毒在包装细胞中传代10代,均未发现重组)。该系统可以真实模拟SARS-CoV-2的生活周期,用于评价抗病毒药物、抗体以及疫苗的效果。申请人也用该系统筛选具有抗病毒活性的化合物,发现了尼日利亚霉素和土贝母皂苷具有抑制SARS-CoV-2的功能。

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学术荣誉与奖励

2021荣获教育部青年人才项目

2017美国病毒学会“2017 Postdoctoral Fellow Travel Award”

开设课程

分子病毒学导论

其他社会职务

1.《Viruses》编委

2.《Journal of Medical Virology》副编辑