感染

挖掘新型冠狀病毒基因測序信息,追溯疫情爆發之源

作者:Siyu 來源:醫咖會 日期:2020-02-04
導讀

         病毒來自哪個生物?

        2020年1月31日,Science新聞版塊發表了專職作者Jon Cohen的報道:“Mining coronavirus genomes for clues to the outbreak’s origins(挖掘新型冠狀病毒基因測序信息,追溯疫情爆發之源)”。其中也提到了近期盛行的人為製造病毒的陰謀論。讓我們一起細看文章,一探究竟吧。

        attaaaggtt tataccttcc caggtaacaa accaaccaac tttcgatctc ttgtagatct …

        (作者先以一長串堿基測序開頭,熟悉生物的同學應該知道atcg這四個字母分別代表組成DNA的最基本的四種脫氧核苷酸,a腺嘌呤、t胸腺嘧啶、c胞嘧啶、g鳥嘌呤)

        這一串字符絕不僅僅是想唬住讀者,這是某個病毒的一小段基因序列,而正是這個被稱為2019新型冠狀病毒的病原體,席卷中國,廣受全球矚目。科學家在全球共享流感數據倡議組織(Global Initiative on Sharing All Influenza Data )的數據庫中,公開分享了至少53位病人的病毒全測序信息,分享的相關信息也在不斷增多。

        研究者廣泛研究這些病毒的測序結果,試圖探究2019新型冠狀病毒的來源,且將其和在蝙蝠和其他物種身上發現的相關病毒的進化家族樹相匹配。

        “從病毒序列裏麵獲得的最最重要的信息是,這個病毒是從某個生物個體傳給人類,然後展開了人傳人的播散,”來自華盛頓大學和Fred Hutchinson癌症研究中心的生物信息學專家Trevor Bedford如是解釋道。

        病毒來自哪個生物?

        結合市場環境抽樣中展示的病毒信息,我們可知武漢華南海鮮市場在2019新型冠狀病毒擴大爆發的過程中扮演了早期重要角色。大多數研究者表明,病毒的測序信息顯示,人們可以打消病原體來自武漢病毒科研機構這個荒謬觀點。

        2019新型冠狀病毒有大約29,000個核苷酸堿基。現在在網站如virological.org和nextstrain.org,預印版刊載平台如bioRxiv,甚至一些同行評議的期刊上,都可以讀到許多關於2019新型冠狀病毒測序結果的分析。中國學者分享數據,使得世界各地的公共衛生實驗室開發自己的病毒診斷方法成為可能,目前至少18個國家的機構參與其中。

        當第一份2019新型冠狀病毒的測序結果可以公開獲取時,研究者將其匹配到由其他已知冠狀病毒組成的家族樹圖上(這些已知的冠狀病毒在多種生物中廣泛存在和傳播),他們發現新型冠狀病毒和來自於蝙蝠的“近親”病毒最為相似。

        武漢病毒研究所的冠狀病毒專家石正麗教授領導的團隊於1月23日在bioRxiv上報道,2019新型冠狀病毒與一種蝙蝠所攜帶的病毒有96.2%的相似性,與引起重症急性呼吸綜合征(簡稱SARS)的“非典”冠狀病毒有79.5%的相似性。

        但是SARS冠狀病毒和來自蝙蝠的病毒有更高的親緣關係,測序數據有力的證明了這一點,病毒從果子狸攜帶的冠狀病毒傳染給人類,果子狸和人類攜帶的冠狀病毒僅僅有10個核苷酸的差異。由於這個原因,許多科學家更加懷疑,在蝙蝠和2019新型冠狀病毒之間有一個或者多個“中間宿主”。

        石正麗教授團隊強調指出的蝙蝠冠狀病毒被命名為RaTG13,根據Bedford的分析,RaTG13病毒和2019新型冠狀病毒有大約1100核苷酸的差異。在Bedford聯合創立的網站nextstrain.org上,Bedford畫出了冠狀病毒的親緣家族樹(圖例如下所示),裏麵包括了來自蝙蝠的病毒、果子狸的病毒、SARS病毒和2019新型冠狀病毒的序列。

        (原網站做了很多交互效果,可以獲取更多信息,感興趣的夥伴可以查看:

        https://nextstrain.org/groups/blab/sars-like-cov?c=host)

        (友情添加一個關於家族樹的說明:

        係統發生樹(英語:phylogenetic tree)又稱演化樹或進化樹(evolutionary tree),是表明被認為具有共同祖先的各物種間演化關係的樹狀圖。是一種親緣分支分類方法(cladogram)。在圖中,每個節點代表其各分支的最近共同祖先,而節點間的線段長度對應演化距離(如估計的演化時間)。

        來自維基百科:

        https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B3%BB%E7%B5%B1%E7%99%BC%E7%94%9F%E6%A8%B9)

        Bedford教授的分析表明,RaTG13和2019新型冠狀病毒這兩種病毒在25至65年前有共同的祖先,這個時間長短是根據其他冠狀病毒的變異速率和兩種病毒的核苷酸差異估算而出的。看樣子RaTG13似乎花了數十年變異成了2019新型冠狀病毒。

        引起中東呼吸綜合征(MERS)的冠狀病毒,也和蝙蝠的病毒有聯係。但是有力的證據證明,MERS病毒從蝙蝠到人經過了駱駝的中間傳播。石正麗教授在bioRxiv上的論文中展示的係統發生樹更清晰地顯示了駱駝攜帶病毒和MERS的聯係(如下圖藍色箭頭所示,紅色部分字符表示武漢冠狀病毒)。

        病毒在人群中播散的時間越長,就會擁有更多時間發生變異,進而在被感染人群中分化出不同亞類。2019新型冠狀病毒序列分析中,追溯7個核苷酸發生的變化,顯示病毒是在非常近期傳播到人類的。但是我們仍然不知道是具體哪種生物傳播給人類的。“在蝙蝠身上探測到的病毒和被感染的人類分離的病毒之間還是有著巨大的灰色地帶”,Vincent Munster表示。他是美國國家過敏和傳染病研究機構的病毒學家,對於蝙蝠、駱駝和其他生物上的冠狀病毒有豐富的研究經驗。

        病毒爆發的源頭在哪裏?

        強有力的證據表明,華南海鮮市場對於2019新型冠狀病毒的早期傳播有重要作用,但是華南海鮮市場是否是病毒爆發的源頭仍待繼續考證。許多最初確診為2019新型冠狀病毒感染的案例中,一個研究41例裏麵有27例和武漢華南海鮮市場有接觸史(詳見:Lancet:武漢新型冠狀病毒感染病人的臨床特征);另一個研究中47例有26例和武漢華南海鮮市場有接觸史(1月29日發表在NEJM上,DOI:10.1056/NEJMoa2001316)。在早期數據很少時,沒有華南海鮮市場接觸史的病例高達大約45%,提示動物傳人的情況也可能發生在別處。

        根據新華社報道,武漢華南海鮮市場的“現場采樣”發現了2019新型冠狀病毒的證據。在所測試的585個樣本中,有33個樣本顯示2019新型冠狀病毒陽性,這些樣本都聚焦於巨大市場的西側,這也正是售賣野生動物之處。“在潮濕的市場發現測試陽性的樣本有非常重要的作用。”Edward Holmes說。他是悉尼大學的一位進化生物學家,與第一個公開發布2019新型冠狀病毒序列的團隊有著學術合作經曆。

        病毒是什麼時候感染人類這個謎題有很多可能的猜測,當時在不同的市場可能都有近期被感染的一批動物的售賣;或者受感染的動物販子可能將病毒在不同的市場中人傳人;或者,如Bedford推測,這些最初被感染的案例是被傳染性較低的病毒感染的。

        “如果有其他市場環境采樣得到了一些測序數據,那麼對於闡明動物傳人的頻率和發生時間將會有重大的幫助。”Bedford表示。

        眾說紛紜,科學破解陰謀論

        對於病毒爆發的來源尚無定論,眾說紛紜。北京大學等研究機構發表在“醫學病毒學期刊(the Journal of Medical Virology)”的測序分析被廣為討論,其中考慮“蛇最可能是2019新型冠狀病毒的動物來源”。然而這個觀點也受到一些測序專家們的質疑。

        各種陰謀論也在興起。CBC新聞的一篇報道加拿大政府將在溫伯尼市一家研究危險病原體的實驗室工作的中國科學家驅逐出境,在社交媒體上被扭曲成了:他們是私運冠狀病毒的間諜。作為中國研究蝙蝠和人類冠狀病毒的知名實驗室,武漢病毒研究所也被推向了謠言的風口浪尖。但我們也可以在華盛頓郵報上讀到這樣的標題,“專家揭穿了將中國的冠狀病毒與生化武器研究連接的陰謀論”。

        從研究機構泄露出病毒的這種擔憂,在此次疫情爆發前就已存在。Nature在2017年就發表過對於建設生物安全等級4級的實驗室的新聞,一位來自美國羅格斯大學的分子生物學家Richard Ebright曾表達過關於意外感染的擔憂,他強調SARS發生時實驗室工作人員出現過意外感染。

        Ebright對於危險病原體研究的深重擔憂由來已久,他在2015年就曾經批判過一個試驗,這個試驗編輯了一個存在於蝙蝠體內的和SARS類似的病毒,目的是看被編輯的病毒是否有引發人類疾病的潛能。

        近期,Ebright也曾質疑Bedford關於2019新型冠狀病毒距離RaTG13至少有25年的進化史的計算結果,他的論點是,病毒從不同的宿主傳播到人類時的變異數率是不同的。

        Ebright告訴ScienceInsider(本文發表在Science上的專欄名字),2019新型冠狀病毒的數據來看,兩種情況也都是有可能的:從生物意外傳播;從實驗室意外傳播。(讀者們別被嚇著,這隻是作者先立後破的寫法)

        但是,在生態健康聯盟(EcoHealth Alliance)工作的疾病生態學家Peter Daszak反擊了Ebright的上述主觀臆斷。“每次如果浮現新的疾病和新的病毒,總有類似的故事流出:這是生物工程製造的病毒或者有病原體流出”, Daszak說道。“真是讓人尷尬!貌似人類對於這種爭議和傳奇說法是沒有抵抗力的,哪怕真相就在我們眼前。野生動物攜帶的病毒有令人驚歎的多樣性,而人類隻是揭示了冰山一角。正因為如此豐富的多樣性,總會有一些病毒感染人類,也總會有一些病毒引發疾病。”

        武漢病毒研究所和生態健康聯盟的研究者們正在中國各個地方的山洞抓捕蝙蝠,為研究冠狀病毒采集樣本。上麵這張照片發生在廣東。

        Daszak和石正麗教授的團隊花了八年在中國各地抓捕蝙蝠,采集糞便和血液樣本,用以研究病毒。Daszak說他們采集了10,000多隻蝙蝠和2000多隻其他生物的樣本。他們已經新發現了500多種冠狀病毒,其中有50多種在進化家族樹上和SARS病毒有較近的關係——包括前文提到的RaTG13病毒(2013年在雲南,在一隻蝙蝠的糞便中發現)。

        “我們不能因為在雲南發現的病毒和2019新型冠狀病毒的測序結果高度相似,就推斷蝙蝠是最初的來源”,Daszak說道,他也指出我們目前僅發現了一小部分感染蝙蝠的冠狀病毒。“我們持續耕耘,在中國南部和中部不斷采樣,會發現更多的病毒,期待其中有一部分可能會和2019新型冠狀病毒更加相似。”

        這不僅僅是憑借著“強烈的好奇心”去探索到底是什麼引發了現在的疫情,Daszak表示,“如果我們不能發現源頭,就仍有這種可能,病毒從某個農場或者其他地方傳播擴散,一旦這次爆發消停了,真正的源頭仍然會繼續溢出,難以遏製。如果是這樣,關於真正源頭的應急措施仍然無法開展。”

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