病毒学的未来五十年：从人工智能到气候变化

病毒学的未来五十年：从人工智能到气候变化

2024年10月，中山大学医学院施莽教授团队与阿里云李兆融团队在《细胞》杂志上发表了一篇重磅论文，报道了迄今为止规模最大的RNA病毒研究。这项研究利用人工智能技术，发现了超过16万种全新RNA病毒，大幅扩展了全球病毒圈的认知边界。

这一突破性发现不仅展示了人工智能在病毒学研究中的巨大潜力，也预示着未来病毒学研究将面临前所未有的机遇与挑战。正如《细胞》杂志50周年专刊所展望的那样，病毒学的未来五十年将是充满创新与突破的五十年。

病毒学研究的最新进展

近年来，病毒学研究取得了显著进展，特别是在中国。中国病毒学家在多个领域做出了重要贡献，包括病毒技术与方法、病毒疫苗与药物、病毒发现与鉴定、病毒理论与机制等。例如，在疫苗研发方面，中国研制出了脊髓灰质炎口服疫苗、乙型脑炎鸡胚疫苗和新型细胞培养天花疫苗等，显著提升了国家公共卫生水平。

然而，面对数以百万计的未知病毒，传统研究方法已显现出局限性。正如施莽教授所说：“RNA病毒是一种高度分化、种类繁多且容易变异的病毒，尤其在面对缺乏同源性或同源性极低的‘暗物质病毒’时，传统的序列同源性比对方法很容易失灵。”

人工智能开启病毒学研究新纪元

人工智能技术的引入，为病毒学研究带来了革命性的变化。施莽教授团队开发的LucaProt模型，采用深度学习的Transformer架构，能够自主形成一套关于病毒的判断标准。在测试中，该模型展现出极高的准确性和特异性，假阳性率仅为0.014%，假阴性率为1.72%。

利用LucaProt模型，研究团队对来自全球生物环境样本的10,487份RNA测序数据进行病毒挖掘，发现了超过51万条病毒基因组，代表超过16万个潜在病毒种及180个RNA病毒超群。其中，23个超群无法通过序列同源方法识别，被称为病毒圈的“暗物质”。

这一发现不仅大幅扩展了全球RNA病毒的多样性，还揭示了RNA病毒基因组的灵活性。研究团队报告了迄今为止最长的RNA病毒基因组，长度达到47,250个核苷酸，并发现了超出以往认知的基因组结构。

气候变化：病毒传播的新推手

在全球变暖的背景下，气候变化已成为病毒传播的重要影响因素。2023年是有记录以来最热的一年，大气中的二氧化碳水平比工业化前时代高出50%，海平面上升创历史新高。这些变化正在通过加速人类和病原体的接触来增加暴露途径，使人类相对于传染病的脆弱性愈发显著。

气温和湿度可以直接影响病毒在空气中的存活和传播。黄存瑞教授的研究团队指出，气温和湿度可以调节呼吸道的抗病毒功能，包括上皮完整性、黏液纤毛清除和组织修复功能，从而影响宿主的先天免疫和适应性免疫反应。

极端天气事件的频发也加剧了病毒传播的风险。2024年春运期间，湖北、河南等地出现2009年以来最强雨雪冰冻天气，对交通运输造成严重影响。而在春运后半程，中央气象台更是连发大雾、沙尘暴、寒潮、暴雪、大风、强对流等六个预警，极端天气成为大众返程的主要障碍。

更令人担忧的是，气候变化可能促使更多病毒从野生动物溢出到人类社会。亨德拉病毒和尼帕病毒的故事就是典型的例子。气候变化导致动物栖息地丧失，迫使携带病毒的动物迁移到人类活动区域，增加了病毒跨物种传播的风险。

病毒间相互作用机制：揭秘宿主免疫互作

为了应对日益复杂的病毒威胁，国家自然科学基金委员会发布了“冠状病毒-宿主免疫互作的全景动态机制与干预策略”重大研究计划。该计划聚焦冠状病毒的变异机制、进化趋势和流行规律，旨在揭示病毒与宿主免疫系统的复杂互作机制。

研究方向涵盖病毒变异与免疫应答的关系、免疫保护和损伤机制、病毒诱导的免疫损伤致病机制等多个方面。通过多学科交叉研究，该计划致力于发展针对病毒性传染病的免疫干预新策略，为疫苗和药物研发提供理论支持。

未来展望：机遇与挑战并存

面对未来五十年的病毒学研究，机遇与挑战并存。一方面，人工智能、大数据和量子计算等先进技术将为病毒学研究提供强大工具，使科学家能够处理海量数据，发现更多未知病毒。另一方面，气候变化、人口增长和全球化等因素也将带来新的挑战，增加病毒传播和疾病暴发的风险。

为了应对这些挑战，跨学科合作将成为未来研究的关键。正如施莽教授所说：“我们希望继续通过跨领域、紧密的科研合作，充分利用云计算和人工智能的优势，解决生命科学领域的重要问题。”

此外，加强全球监测网络、提升公共卫生体系、推动疫苗和药物研发也是未来的重要方向。通过持续的科学研究和国际合作，人类将能够更好地理解病毒，预测疾病暴发，制定有效的防控策略，最终实现对病毒性传染病的精准预防和治疗。

病毒学的未来五十年将是充满创新与突破的五十年。随着科技的进步和研究的深入，人类将能够更好地应对病毒带来的挑战，保护全球公共卫生安全。