新冠待解|我们“看到”了病毒,但不知道来自哪里、如何而来 ...

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发表于 2020-12-31 11:36:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
2019年年底至今,第7种人类冠状病毒SARS-CoV-2(新冠病毒)已造成全球超过8000万人口感染,逾177万人失去生命。而在疫情暴发伊始,即使是训练有素的病毒学家都不能立即判定局面,在一段时间内“不明原因肺炎”的阴影笼罩了人类社会。
在这样的新发传染病面前,科学家冲锋在前、肩负找出“真凶”的重任。“这个时候需要具备能力的科学家去作出判断、下结论,并上报有关部门。”国内一名病毒学家在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者采访时强调,有没有具备这种能力和有担当的科学家,这对疫情早期尤其重要。
这并不是一件容易的事情。疫情暴发之后的2020年4月,研究冠状病毒已长达40年的美国微生物学家Susan R. Weiss在美国《实验医学杂志》(JEM)上发表了文章,感慨在她刚进入冠状病毒领域的时候,冠状病毒研究人员远没有如今之多。
1980年秋季,第一届国际冠状病毒会议在德国维尔茨堡召开,当时Weiss受邀请参会,出席会议的有大约60人,几乎是当时该领域的全球研究人员。“每一次类似SARS疫情或新冠疫情这样的大流行,都会促使研究人员涌入这个领域。而随着病毒的消失,研究人员又会减少。至今,科学界对人类冠状病毒仍充满诸多未知。”
和2003年SARS(非典)相比,科学家这次揪出真凶的时间缩短很多。今年1月最开始的几天里,中国的研究团队通过对患者支气管肺泡灌洗液(BALF)样本测序,获得了部分或者完整的新冠病毒基因组序列。1月9日将病原学鉴定结果通报世界卫生组织;1月12日,中国将新冠病毒基因组序列信息在全球流感共享数据库登记报告,将基因组病毒数据情况向国际社会进行了通报。
中国疾病预防控制中心首席流行病学专家吴尊友在2020年11月时表示,新冠疫情暴发初期,中国只用7天就明确了病原体、用2天就研发出了诊断试剂,创造了人类认识一种新传染病的最短纪录。
吴尊友认为,病毒的基因序列是疫情治疗与防控最核心的“卡脖子”技术。中国确定新冠病毒基因序列后,没有申请专利保护,而是免费向全世界分享,“这是中国免费向全球提供的公共产品,也是中国对全球新冠防控最大的贡献。”
除了破解病毒基因组序列,科学家还向外界描述了电子显微镜下病原的真身。这种带着包膜的RNA病毒和其他几种已知的人类冠状病毒一样,其包膜上特殊的刺突蛋白(Spike protien)使其看起来像“皇冠”,冠状病毒也因此得名。
目前科学界的认识为:冠状病毒属巢式病毒目,冠状病毒科,冠状病毒属,为有包膜的正股单链RNA病毒,直径为80-120纳米,约有3万个碱基组成,其遗传物质是已知RNA 病毒中最大的。新冠病毒是β冠状病毒属成员,属于其中一个亚属Sarbecovirus属。
1965年,科学家分离出首个人类冠状病毒。而直到在SARS出现之前,人类并未过多关注这类自带“皇冠”的病毒,此前发现的冠状病毒旨在人类中引起轻微类似感冒的症状。但SARS-CoV、MERS-CoV和此次的SARS-CoV-2却对人类制造了严重威胁。
疫情席卷全球一年之际,全球的科研力量都为此集结,然而待解谜团仍有许多。除了包括保持社交距离等传统的应对措施,人类还没有手握消灭新冠的利器。
其中,病毒来自哪里?这将可能是最早引发困惑、又最难解决的问题。图片来源:清华大学环境学院特聘教授、中科院生态环境研究中心研究员、中国工程院院士曲久辉等人论文“Natural Host–Environmental Media–Human: A New Potential Pathway of COVID-19 Outbreak ”。

图片来源:清华大学环境学院特聘教授、中科院生态环境研究中心研究员、中国工程院院士曲久辉等人论文“Natural Host–Environmental Media–Human: A New Potential Pathway of COVID-19 Outbreak ”。

“皇冠”钥匙更适应人类,全球近180万人已死于这场疫情
 截至12月29日的最新数据显示,全球已有超过8119万人累计确诊为新冠病毒感染,其中超过177.2万人付出了生命。
这些数据的背后表明:新冠病毒完全适应了人类。相比而言,此前的SARS-CoV、MERS-CoV并未造成全球大流行。尤其是MERS-CoV,大多数病例都是由于病毒来源于阿拉伯半岛上的骆驼,并只有零星的人际传播。
正如前面提到,冠状病毒的“皇冠”是其特殊标签,而在功能上,刺突蛋白负责与受体结合入侵宿主细胞,双方分别被比作“钥匙”和“锁”。刺突蛋白也因此被视作药物研发的重要靶标。
在感染过程中,S蛋白被宿主蛋白酶(如TMPRSS2)裂解为N端S1亚基和C端S2亚基,S1和S2分别介导受体结合和膜融合。其中,S1包含N末端结构域(NTD)和受体结合结构域(RBD),在确定组织向性和宿主范围方面至关重要。
在病毒入侵人体时,RBD会与人类受体ACE2(血管紧张素转化酶2)结合。而NTD的功能此前尚不清楚,但军事医学科学院陈薇院士与西湖大学周强实验室等团队在6月发表的一项研究中曾指出,NTD或可作为抗体中和的关键表位,是对抗新冠的治疗性单克隆抗体的一个有希望的靶点。
值得注意的是,在人类意识到这种病毒的杀伤力之际,它已经在人群中“游刃有余”,这表明它的“钥匙”匹配度非常高,也就是所谓的“宿主适应性”。
今年4月哈佛医学院发表在顶级学术期刊《科学》(Science)上的一篇论文指出,数据显示,COVID-19的病死率显着高于季节性流感,不过低于两个密切相关的冠状病毒SARS-CoV以及MERS-CoV。另外也有证据表明,新冠病毒比SARS-CoV和MERS-CoV更具传染性,个体在无症状或处于有症状前的潜伏期即可传播病毒。
澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者在11月参加了一场学术会议,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所研究员、国家禽流感参考实验室主任陈化兰院士提到:一般来说病毒从动物传播到人类需要时间来适应,而SARS-CoV-2出现之后其传播性特别强,这可能是它最大的特点。
初步分析显示,新冠病毒与SARS-CoV在核苷酸水平上的相似度为79%。不过,新冠病毒和SARS-CoV在刺突蛋白上仅表现出72%的核苷酸序列相似性。中科院武汉病毒所研究员石正丽等人于2013年在中国云南采集的中华菊头蝠样本RaTG13和新冠病毒在核苷酸序列水平上相似性则为96%。
尽管存在这种序列相似性,但新冠病毒和RaTG13在许多关键的基因组特征上存在差异。其中最重要的一点是,新冠病毒包含了S蛋白S1和S2亚基交界处的一个多碱基(furin)酶切位点插入(PRRA残基)。
这种插入可能增加了病毒的传染性,这在其他相关的β冠状病毒种并不存在。类似的多碱基插入在其他人类冠状病毒中存在,包括HCoV-HKU1,以及在禽流感病毒的高致病性毒株中也存在。值得注意的是,中国科学院西双版纳热带植物园2019年在云南的马来菊头蝠中采集到的粪便样本中新发现了一种蝙蝠冠状病毒(RmYN02),该病毒中也观察到S1/S2裂解位点PAA氨基酸的独立插入。
科学家们分析,这些插入事件反映了正在进行的冠状病毒的自然进化。虽然RmYN02在刺突蛋白上与新冠病毒有相当大的差异(序列相似性大约72%),但在最长编码基因去1ab上亲缘关系最接近(核苷酸序列相似性大约97%)。而尽管SARS-CoV和MERS-CoV都与新冠病毒密切相关,并且都被认为有蝙蝠宿主,但是这些病毒之间的生物学差异是惊人的。
新冠病毒的传染性明显更强,导致它与SARS-CoV和MERS-CoV的流行病学动态非常不同。因此,对科学界而言,确定支持这种传播性的病毒学特征显然是一个优先事项。
如此强的传播性,让科学家惊呼这种具有相对高毒力的呼吸道病原体具有跨越物种界限的不寻常本领。国内一名病毒学家在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者采访时表示,这种病毒在中间宿主中发生了演化,并且早在2019年12月之前,病毒已经在人群“隐秘传播”阶段过程中逐步演化出了关键突变。
2020年3月,中国医学科学院北京协和医院、中国疾控中心、加州大学洛杉矶分校、匹兹堡大学、湖南大学五家合作单位的研究人员发表重磅论文,显示新冠病毒在刺突蛋白(S蛋白)的S1和S2结构域之间存在独特的四个氨基酸插入(PRRA),它可能是一个弗林(Fruin)或TMPRSS2(跨膜丝氨酸蛋白酶2)酶切位点。而此前的研究表明,冠状病毒可能发生蛋白酶裂解,从而触发病毒-细胞膜之间的融合。这种启动和触发融合机制的灵活性极大地调节了不同冠状病毒的致病性和趋向性。
论文提出,RBD的潜在重组,以及独特的弗林蛋白酶切位点的存在,可以解释新冠病毒传染性的显着增加。图片来源:石正丽等人论文“Characteristics of SARS-CoV-2 and COVID-19”。

图片来源:石正丽等人论文“Characteristics of SARS-CoV-2 and COVID-19”。

“猎手”们仍在追寻:来自蝙蝠吗?谁是新冠病毒的“果子狸”
 新冠病毒何时首次进入人类社会?在这之前它们经历了哪些演化?在人类所有的传染病历史中,并不是所有的病原体最后都能溯源成功。
揭示过H5N1和H7N9等禽流感病毒跨种传播的分子机制的中科院微生物研究所研究员施一在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者采访时表示,新冠病毒究竟从哪里来不是一个容易回答的问题,“实际上病毒溯源不仅仅简单的某方面研究,它需要结合流行病学,而流行病学证据是会湮灭在历史当中,在某个阶段可能会存在一些生物学的样本证据,过了半年或者更久之后,这个证据就不可能再继续存在了。”
10月底,石正丽在湖北武汉举行的第十五届国际基因组学大会(ICG-15)上发表了一场主旨演讲,她谈到溯源问题时表示,尽管武汉早期的患者大部分有华南海鲜市场接触史,且在该市场的环境样本中检测到病毒RNA,然而其团队在对市场冻肉和周边养殖动物的检测中均未发现病毒RNA。
石正丽认为,现有的证据只能表明华南海鲜市场内发生了病毒的人际传播,但它可能并不是病毒从动物跨物种传播到人的疫情源头。石正丽在上述会议期间对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示,其团队在病毒溯源这块暂时并无进展。
石正丽被誉为“蝙蝠女侠”,其团队也是中国SARS病毒的源头攻克团队。2017年,石正丽等人在追寻、研究13年之后,终于在云南昆明地区一个小山洞里的蝙蝠身上发现了SARS病毒所有基因组成,基本完成了对SARS病毒的溯源工作。
在此次疫情中,中科院上海巴斯德研究所研究员郝沛与军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心研究员钟武、中科院分子植物科学卓越创新中心研究员李轩等人组成的团队,和石正丽等人率领的团队,分别在1月21日和1月23日对外公布研究结论,均揭示了新冠病毒与蝙蝠之间存在的相关性。这是最早关于病毒源头的研究信息。
然而,面对新冠病毒的溯源问题时,科学家更棘手的是中间宿主一环至今仍缺失。在SARS时期,果子狸是其中间宿主;在MERS疫情中,单峰骆驼则扮演了这一角色。尽管目前有研究团队认为,穿山甲可能是中间宿主;此外有团队通过研究发现,雪貂、猫等其他动物也对SARS-CoV-2易感。但究竟谁是新冠病毒的“果子狸”?一切尚在猜测中。
《柳叶刀传染病学》(The Lancet Infectious Diseases)在9月发表的一篇文章中专门讨论了SARS-CoV-2的起源。“追踪蝙蝠只会给你部分信息,你正在研究的病毒可能会也可能不会获得它们在人类中传播所需的进一步突变。”美国爱荷华大学微生物学和免疫学教授Stanley Perlman解释说,“几乎总是有一个中间宿主参与其中,如果不知道中间宿主是什么,以及这种病毒会发生什么变化,就很难做出任何预测。”
但英国格拉斯哥大学医学研究委员会病毒研究中心生物信息学主任David Robertson也表示,现在就排除蝙蝠与人类直接传播的可能性还为时过早。
7月底,Robertson等人在顶级学术期刊《自然-微生物学》(Nature Microbiology)在线发表了一篇论文,他们使用有关sarbecovirus的基因组数据、采用了叁种方法来鉴定未经历重组的以及可用于重构病毒演化历史的SARS-CoV-2病毒区域。所有方法均表明,RaTG13和SARS-CoV-2拥有共同的单一祖先谱系,估计SARS-CoV-2分别在1948年、1969年和1982年从相关的蝙蝠病毒sarbecovirus中分化出来。
这一发现意味着产生SARS-CoV-2的病毒谱系可能已经在蝙蝠中传播几十年了。Robertson等人认为,SARS-CoV-2分化时间长表明可能存在未取样、具有潜在传染力的蝙蝠病毒谱系,这种传染力来源于承自祖先的SARS-CoV-2 RBD上人适应接触残基的遗传位点;不过还需要更好地进行采样来评估这一点。
他们总结表示,蝙蝠病毒谱系中病毒重组的现有多样性和动态过程,证明了要事先鉴定出有可能引发重大人类疫情暴发的病毒有多么困难。
石正丽等人在10月发表的一篇新冠病毒的综述文章中指出,目前,我们对SARS-CoV-2动物起源的了解还很不完整,病毒的宿主还没有被明确证实。目前尚不清楚SARS-CoV-2是否通过中间宿主传播给人类,以及哪些动物可能作为中间宿主。
谣言正在褪去,真相仍在寻找
 病毒溯源之路漫漫,但阴谋论很快来袭。
2020年2月前后,“实验室病毒泄漏”、“人为制造新病毒”等言论在网络上日渐发酵,阴影开始笼罩在一些科学家身上。美国非营利组织生态健康联盟(EcoHealth Alliance)疾病生态学家Peter Daszak在接受《科学》杂志(Science)采访时表示,每当新疾病、新病毒出现时,都会产生诸如实验室泄漏或者生物工程制造一类的“阴谋论”,“这令人羞耻!”石正丽甚至不得不在朋友圈回应,“2019新型冠状病毒是大自然给人类不文明生活习惯的惩罚,我石正丽用我的生命担保,和实验室没有关系。”
就在12月24日,武汉市金银潭医院党委书记王先广、副院长黄朝林一行到访中国科学院武汉病毒研究所,石正丽仍表达了自己的激动心情。她表示,金银潭医院在面对不明原因肺炎之时,将得来不易的7份肺泡灌洗液第一时间送到武汉病毒所,体现了对我们的充分信任。没有这份信任,就没有武汉病毒所的一系列科技抗疫成果。“在后续科研工作中,武汉病毒所也曾遭遇困难、历经坎坷,但始终坚定用科技为抗疫做贡献的初心与决心。”
面对当时诸多的猜测,一名接受澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)采访的生物学者表示,“我的观点是基于已有数据做的合理推测、学术研究,有就是有,没有就是没有,科学研究不能凭空假设”。
华中科技大学生命科学与技术学院生物医学工程系教授薛宇在接受澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)采访时则直接表示,他不认为新冠病毒来源于实验室。薛宇还着重提到一点,如果新冠病毒源自实验室泄漏的RaTG13,这个泄漏事件应当至少在6.6年之前,且野外必须能够找到大量的、介于新冠病毒和RaTG13之间,且与新冠病毒具有更高相似度的病毒菌株。
也有人提出实验室培养条件下或会加快病毒突变速率。薛宇对澎湃新闻则强调,“关于新冠病毒的突变速率,比较严谨的估算约为我使用的突变速率的1/3,所以我已经尽可能高估新冠的突变速率,就是防止别人在这个地方做文章。”
他还表示:需要注意的是,目前的分析表明,新冠病毒的进化速率比较低,有研究者估算新冠病毒的突变率是2.067×10^-4个碱基/位点/年,换算之后大约是每年全基因组6个碱基突变,远比我假设的突变率要低。另外,也有学者使用不同的模型,估算新冠病毒的突变速率约为0.42 x 10^-3-1.89 x 10^-3,这个数字也比我使用的要小。因此,我们估算新冠病毒每年大约突变90个碱基位点,这个数字可以认为是上限。
美国得克萨斯州立大学圣安东尼奥医学中心微生物和免疫系终身教授项焰在一份评论中也指出,结合其他冠状病毒的假定突变率估计,RaTG13和新冠病毒这两种病毒可能在25到65年前有一个共同的祖先。
项焰在评论中还指出,RaTG13是石正丽他们几年前在云南省的蝙蝠中检测到的,但他们在此之前并没有 RaTG13 的活病毒和全序列。他认为,新冠病毒是一个从来没见过的新病毒,在实验室目前也没有和新冠病毒最接近的蝙蝠冠状病毒RaTG13的活病毒,说新冠病毒是实验室泄漏出来的是没有根据的。
值得注意的是,阴谋论者围绕实验室做文章的“依据”之一还包括2015年11月参与发表在《自然-医学》(Nature Medicine)上的一篇论文。这篇论文中,研究团队选取了与SARS冠状病毒序列最接近的蝙蝠冠状病毒SHC014毒株来进行病毒改造,随后用于一系列研究。研究团队对SARS冠状病毒使用反向遗传学系统,生成并鉴定出了一种小鼠适应的SARS冠状病毒骨架中表达SHC014刺突蛋白的嵌合病毒。反向遗传学是通过定点突变某基因,研究其表型来确定该基因的功能的遗传学研究方法。
实际上,上述论文的第一作者系美国得克萨斯大学医学分校微生物与免疫学教授Vineet D. Menachery,其负责设计、协调和执行实验,同时完成分析并撰写手稿,实验的设计和实施也都是在北卡罗来纳大学教堂山分校的实验室进行。该论文共有15名作者,石正丽排在第14位,且非通讯作者。
就目前病毒由人工设计改造的这一流言,美国罗格斯大学的分子生物学家、瓦克斯曼微生物研究所实验室主任Richard Ebright在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者采访时明确表示反对,“病毒已经完成基因组测序,没有可靠证据表明该病毒是人工设计的。”
除了科学家发声反驳“实验室病毒泄漏”,2月底, 由6位科学家组成的一支国际团队联合在virological.org网站上发表一篇新冠病毒起源相关的文章 “The Proximal Origin of SARS-CoV-2”,该文章当时尚未正式发表,但已被业内称为最专业的反驳,堪称“最强技术性分析”。
澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者第一时间报道了这篇被业内认为是“最强技术性分析”的论文。着名病毒进化学家美国斯克里普研究院免疫学和微生物学系Kristian G. Andersen副教授(一作及通讯作者)、英国爱丁堡大学进化生物学研究所Andrew Rambaut、美国哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院感染与免疫中心主任W. Ian Lipkin(最知名的病毒猎手)、澳大利亚悉尼大学玛丽·巴希尔传染病和生物安全研究所教授Edward C. Holmes、美国杜兰大学医学院微生物与免疫学教授Robert F. Garry“拆解”了新冠病毒,他们联合反驳阴谋论,通过严谨的分析表明“RNA不会撒谎”。
而就在这份“最强技术性分析”发布之前几天,国际顶级医学期刊《柳叶刀》(The Lancet)在线发表了一篇通讯文章,来自8个国家的27名知名公共卫生科学家签署声明:支持中国抗击 2019新型冠状病毒疾病(COVID-19)疫情中的科研、公共卫生、医务工作者。
该声明直指疫情期间出现的各种阴谋论。这27位科学家提到,在这次疫情中相关数据迅速、公开且透明的共享如今正受到关于该疾病起源的谣言和错误信息的威胁。“我们在此共同强烈谴责认为该新型冠状病毒疾病 COVID-19并非自然起源的阴谋论。”
值得注意的是,11月17日,石正丽团队还正式向《自然》提交了RaTG13的详细来源,该病毒来自2012年到2015年该课题组对云南省墨江县通关镇矿井的采样。这一补充是针对团队今年2月初在《自然》发表的一篇论文,报告发现了新冠病毒来源于蝙蝠的证据,还确认了病毒进入细胞的路径与SARS冠状病毒一样,即通过ACE2细胞受体。当时这篇论文也是《自然》首次发表的新冠论文。
新冠病毒在人类中活跃已然超过了一年,谣言逐渐冷却。但截至目前,新冠溯源仍为待解之题。
病毒溯源方面最新的一些零星信息来自《自然》在11月底发表的一篇新闻稿,一支柬埔寨团队在一台冰箱里储存的菊头蝠中发现了一种与新冠病毒近缘的冠状病毒,这种病毒发现于2010年在柬埔寨北部捕获的Shamel菊头蝠(Rhinolophus shameli)中。不过,截至目前尚未获得该病毒完整基因组。
同时,日本的一支研究团队也报告了在冰冻的蝙蝠粪便中发现了另一种近缘冠状病毒。根据研究团队11月2日发表在“Emerging Infectious Diseases(美国疾病控制与预防中心CDC出版发行)”上的一项研究,他们在2013年抓捕的小体型日本角菊头蝠(Rhinolophus cornutus)中发现了这种病毒,命名为“Rc-o319”,它与SARS-CoV-2的基因组序列的一致性为81.47%。
但这些信息离最终结论仍有很远距离。理论上来说,科学家在动物宿主中新发现的病毒必须与新冠病毒有至少99%的相似度,才能被证明为其直接祖先。
(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)



来源网址:https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_10601091
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