这是一个关于中间宿主的故事和一个关于“炼金术”的故事
编辑与绘图(来源:500PX)
作者|唐波,分子生物学博士
自从新皇冠肺炎疫情爆发以来,关于人工合成新皇冠病毒的阴谋论一直在不断传播,引起了很多人的关注。上周,有传言称“俄罗斯联邦卫生部称新的冠状病毒是人工合成的”,这引发了另一轮在线讨论。
俄罗斯联邦卫生部很快予以否认,推测一些人将“重组”一词理解为“人工合成”,因为“对俄语一无所知”,然后捏造“假消息”
仅隔一天,俄罗斯卫生部就迅速驳斥了虚假谣言|俄罗斯卫星服务
谣言首先被消除,这是可喜的。但是什么是病毒重组呢?新的冠状病毒是如何重组的?重组意味着什么?重组
是一种自然现象。
病毒最大的困难是快速突变。
病毒突变主要有两种方式,一种是基因突变,即病毒的DNA或RNA在复制过程中产生错误,形成单碱基或多碱基突变大多数突变对病毒本身无害,甚至是致命的。然而,一些突变可以导致病毒的毒性或对环境的适应性。
病毒的突变率不同一般来说,核糖核酸病毒的突变率比脱氧核糖核酸病毒高得多,例如,每一代脱氧核糖核酸病毒一个碱基的平均突变率是1/100000000 (1/100000000)到1/10000000(1/10000000),而核糖核酸病毒的突变率是1/10000000(1/1000000)到1/100000(1/10000)相比之下,人类细胞的平均突变率为2.5/100000000(250/100万)
的另一个变异来自不同病毒之间的基因重组,主要发生在同一属和不同亚种的病毒之间。
当不同亚种的病毒偶尔感染同一宿主时,它们都需要利用宿主细胞的复制系统进行自我复制尽管不同亚种的病毒各有一些特殊的基因片段,但许多基因片段非常相似,导致宿主细胞的复制系统有时会将二者混淆。当复制不同病毒的相同基因片段时,一种病毒的特殊基因片段会重组到另一种病毒上,形成“杂交”病毒新病毒
兼容两种或两种以上病毒的特性,使其具有一些特殊功能。例如,一种最初只感染一种动物的病毒在基因重组后会被另一种动物甚至人类感染。这一次,新的冠状病毒被认为是蝙蝠冠状病毒和未知来源的冠状病毒的重组,这也可能获得感染人类的能力。
是引发这一流行病的新冠状病毒,被认为是由重组形成的,重组也可能获得感染人类的能力。《柳叶刀》杂志中
病毒之间的基因重组可产生与基因突变相同的效果,如增强毒性和传染性、增加可感染细胞的类型、避免宿主免疫系统的攻击、增强抗病毒药物的耐药性等。甚至帮助病毒逆转基因突变造成的不利影响。
病毒重组很常见。
基因重组是一种非常常见的病毒自然变异方式。几乎每种病毒在进化过程中都经历了不同程度的基因重组。例如,
是可怕的艾滋病毒。迄今为止,艾滋病已在全球造成3200多万人死亡。导致艾滋病的艾滋病病毒(人类免疫缺陷病毒,一种逆转录病毒)的进化主要依靠基因重组,其基因重组率甚至高于基因突变率。已经有明确的证据表明,人类艾滋病病毒是由猿猴免疫缺陷病毒进化而来的,猿猴免疫缺陷病毒最初只通过重组和突变感染非灵长类动物。最早的重组可能发生在非洲绿猴和猴免疫缺陷病毒之间
的另一个例子是流感病毒自从1918年首次发现流感病毒以来,它每十年左右就在全球范围内引起一次大流行。2009年,美国首次爆发甲型H1N1流感,全球约6000万人感染,约18500人死亡。截至今日,因H1N1导致的死亡人数已达到35万(中位数为151700~575400)对
的遗传分析表明,H1N1pdm09流感病毒是由一种流行于北美的猪流感病毒和一种流行于欧亚大陆的猪流感病毒重组而成,其中前者贡献了6个基因片段,后者贡献了2个,经人、禽和猪流感病毒多重基因重组后,至少形成了4个基因片段。
2009,美国甲型流感大流行,他们拍了一部电影|《传染病》海报
冠状病毒在冠状病毒家族中的形成和进化自然也离不开基因重组,特别是高致病性的非典冠状病毒和MERS冠状病毒(后者可视为前者的变体)
冠状病毒是一种主要引起呼吸道和肠道疾病的病原体。它因其病毒外壳上的刺蛋白形成的突起而得名该科属于巢科冠状病毒科亚科,可分为四个属其中,α冠状病毒和β冠状病毒只感染哺乳动物,γ冠状病毒和δ冠状病毒主要感染鸟类,少数病毒也能感染哺乳动物SARS病毒和MERS病毒属于β冠状病毒,新的冠状病毒也是β病毒。
非典病毒是已知的七种能感染人类的冠状病毒之一,也是第一种致命的冠状病毒自2002年11月以来,非典疫情已在广东、北京等地爆发。它已经蔓延到世界上37个国家和地区,感染了8000多人,造成774人死亡。随后不久,香港中文大学的关彝和其他国内外研究小组从果子狸身上发现了一种与非典冠状病毒非常相似的冠状病毒。科学家曾经认为果子狸是非典病毒的天然宿主
然而,在2005年,香港大学的研究人员和武汉病毒研究所的史团队独立地发现,非典病毒的自然宿主是红鼻蝠,而灵猫只是中间宿主。此后,几个研究小组在中国、东南亚和欧洲的许多省份发现了来自红鼻菊头蝠的与非典相关的冠状病毒。在接下来的十年左右,石的团队一直在努力寻找非典冠状病毒的天然来源。经过五年的调查,2017年,他们终于在云南省昆明市附近的一个山洞里发现了蝙蝠身上所有非典病毒的遗传因子。
尽管经过16年多的努力,目前还没有发现非典病毒的直接宿主动物,但科学家推测非典冠状病毒是由几个蝙蝠非典相关冠状病毒在这个洞穴或其他地方进行一系列基因重组而形成的。目前,可以确定的是,果子狸传染性非典型肺炎相关冠状病毒是通过重组两种蝙蝠传染性非典型肺炎相关冠状病毒获得的,其中一种与传染性非典型肺炎冠状病毒基因组有96%的相似性,并且被认为是由另外两种蝙蝠病毒重组而来蝙蝠
携带大量病毒|病毒
MERS冠状病毒的自然宿主也是蝙蝠,中间宿主是骆驼。早在1983年,人们就已经在骆驼身上检测到MERS冠状病毒感染,所以科学家推测MERS冠状病毒更容易发生基因重组。自2012年沙特阿拉伯爆发以来,中东呼吸综合征疫情已在全球范围内感染了2000多人,死亡率为35%科学家们已经观察到,MERS冠状病毒的尖峰蛋白基因和另一个基因与其他基因组位置的来源不一致。据推测,一些与MERS相关的冠状病毒在蝙蝠、骆驼或蝙蝠和骆驼之间经历了多重基因重组,最终形成了能感染人类的MERS冠状病毒。
迄今发现的七种能够感染人体的冠状病毒(最后一种是新的冠状病毒)。除了严重急性呼吸系统综合症、呼吸系统综合症和新的冠状病毒外,其他四种病毒的致病性相对较低,一般只引起类似普通感冒的轻微呼吸道症状。|图片来自《自然评论微生物学》
新冠状病毒是如何重组的?
是第七种能感染人类的冠状病毒。这种新的冠状病毒传染性极强,截至2月26日,已在全国范围内造成78000多人感染和2700人死亡。现有证据表明,这种新的冠状病毒不是人工合成的,也不是实验室中已知的病毒泄漏,而是由蝙蝠等野生动物的基因重组形成的。
2年3月3日,武汉病毒研究所的石团队在《自然》杂志上发表了一篇论文,指出这种新的冠状病毒的基因组与鼠13(一种与非典有关的菊头蝠冠状病毒)有96%的相似性复旦大学张永珍的团队也在同一期《自然》杂志上报道说,这种新的冠状病毒的基因组与来自浙江舟山的一组蝙蝠传染性非典型肺炎相关冠状病毒的基因组的相似度达到了89.1%这表明,像非典冠状病毒和中东呼吸综合征冠状病毒一样,新冠状病毒的自然宿主是蝙蝠
,中间宿主可能是穿山甲2月13日至21日,美国和中国的三个科研小组分别发表了关于bioRxiv的预印论文。该论文称,在走私到中国南方的穿山甲样本中检测到与新冠状病毒基因组相似度超过90%的冠状病毒,因此穿山甲可能是中间宿主之一。可以看出,俄罗斯卫生部发表的声明(以及中国网民的传言)“普遍怀疑新型冠状病毒是蝙蝠冠状病毒和未知来源冠状病毒的重组病毒”,完全是基于现有的科学研究。
穿山甲| 500PX
被认为是新冠状病毒的中间宿主。然而,应该指出,穿山甲可能不是新冠状病毒的唯一中间宿主2月11日,来自法国和加拿大的研究人员在《抗病毒研究》杂志上写道,在新冠状病毒尖峰蛋白(冠状突起)(构成该蛋白最小四元结构的共价单元)的两个亚单位的连接处有一个12个碱基的插入突变(基因片段)。目前,在蝙蝠或穿山甲冠状病毒中还没有发现这种突变。然而,这种突变发生在其他病毒中,因此这种新基因片段很可能是由其他中间宿主中的不同病毒重组产生的。如果新基因片段的自然起源能够被发现,关于新冠状病毒非自然起源的阴谋论将不会被解决。
但是从以前的经验来看,仍然需要一些努力来找出新冠状病毒的所有基因元件的来源,以及新冠状病毒是如何由bat冠状病毒和来自其它宿主的冠状病毒重组而形成的。毕竟,找到非典冠状病毒的天然来源花了十多年的时间。作为公众,我们只能等待科学家找到完整的证据。
(高培文主编)