中国农大新闻网讯 10月21日，中国农大动物医学院王晓佳课题组与合作者，在《环境科学与技术》期刊（Environmental Science & Technology <ES&T>），在线发表题为《污染物上人唾液液滴在蒸发中的病毒动力学及衰变》（Virus Dynamics and Decay in Evaporating Human Saliva Droplets on Fomites）的研究论文, 探讨含病毒唾液液滴的结构、蒸发动力学，及其对病毒活力的影响。了解残留物中病毒存活这个复杂的物理化学过程，可为疫病防控政策的制定与公共卫生安全提供信息。

大多数呼吸道病毒都通过含有病毒的呼吸道飞沫传播，这些飞沫可被近距离的旁观者直接吸入呼吸道或眼结膜，或者沉淀于物体表面、再通过触摸传播。飞沫一般在几分钟内蒸发，留下的残留物可能含有活病毒。我们以4种有代表性的囊膜病毒为研究对象，包括水泡性口炎病毒（vesicular stomatitis virus, VSV），新城疫病毒（Newcastle disease virus, NDV），单纯疱疹病毒（herpes simplex virus 1, HSV-1），以及普通冠状病毒 HCoV-OC43，研究了含病毒唾液的蒸发动力学变化。如图1所示，由于蒸发诱导对流引起的运动，大部分盐离子聚集于液滴残留物的中心区域；而颗粒物被夹带、聚集和积累在液滴外围区域（即咖啡环区），其中小颗粒（如唾液蛋白溶菌酶、乳铁蛋白）分布在咖啡环的外层，大颗粒(病毒粒子)则分布在咖啡环内层。

图1 唾液液滴蒸发中病毒粒子、蛋白质以及盐分的动力学变化

围绕病毒存活规律，科学家们曾提出几种机制学说，如含病毒液滴中盐浓度的影响、盐成分的干燥平衡效应，以及疏水键的破坏等。然而图1结果提示，液滴很快干燥后，残留物中的病毒粒子与盐分“各就各位”，存在明显的空间距离；而病毒与蛋白质存在着接触与交叠，那么这两者之间的关系如何呢。

考虑到液滴蒸发过程中相对湿度与病原体的存活关系密切，我们设计了如下试验：将含有病毒的天然唾液沉积于玻片上，在不同湿度下干燥8（图2A）与16小时（图2B）后，收集残留物中的咖啡环区域，病毒在低湿度与高湿度条件下存活得更好，而在中等湿度下生存能力大大降低。有趣的是，当蛋白质被灭活时，病毒活力和相对湿度之间的曲线关系消失，病毒滴度恒定。随后在灭活的残留物中加入溶菌酶或乳铁蛋白 (唾液抗病毒蛋白成分)进一步探究这种关系时，回归效应产生了。这些研究结果表明，在液滴残留的“咖啡环”区域内，抗病毒蛋白和病毒粒子的直接接触导致了病毒活力与相对湿度之间的关系；在中等湿度（50-70%）条件下，抗病毒蛋白对咖啡环内病毒活性的影响最明显。

图2 唾液液滴中病毒活力测定

之后，研究者基于扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量色散谱仪 (EDS)，以及荧光共聚焦等试验结果，建立了解释上述病毒存活规律的理论以及定量模型。新解释基于如下三种效应：液滴在不同相对湿度下的干燥时间、咖啡环宽度，以及病毒与抗病毒蛋白的相对位置及接触面积。在环境低湿度条件下，液滴干燥迅速，由于颗粒沉降时间相对较短，病毒与抗病毒蛋白在咖啡环中相互作用的时间与空间有限，使病毒得以存活。在高湿度下，咖啡环宽度最大，单位体积病毒周围的蛋白浓度相对较低，且液态水在一定程度上有利于病毒存活。而对于中等湿度，病毒粒子与蛋白存在最大的接触时间与交叠面积，导致病毒活性最低。这一研究成果揭示了病毒随飞沫排出体外，在不同环境条件下病毒在液滴中的存活规律，对于动物及人病毒性传染病的防控提供了科学依据。

中国农业大学动物医学院研究生孔子萌、路易斯维尔大学医学院Harpal Singh Sandhu博士、北京航空航天大学能源与动力工程学院邱璐教授为论文第一作者，中国农业大学王晓佳副教授、哈佛大学医学院Chi-Fu Jeffrey Yang教授、以及北京航空航天大学陶智教授为论文通讯作者。本项目是在中国农业大学王晓佳主持的国家自然科学基金项目(31772739)、科技部国家重点研发项目(2017YFD0502200)，以及动物免疫抑制疾病预防与控制团队基金(CAU-G-PCIDA)资助下完成。 

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c02311

供稿：动物医学院

供图：动物医学院

编辑：李杨

责编：于哲 马文哲

来源：中国农业大学新闻网