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当前,冠状病毒SARS-CoV-2造成的疾病在全世界大规模流行,已传播到70多个国家,截至3月18日,累计确诊病例超过19万。我们需要奋力对抗病毒的同时,也需要对抗随病毒蔓延的污名和阴谋论。有关病毒起源的问题,自疫情从武汉开始爆发,就引起很多人的关心和猜测。
权威学术期刊《自然-医学》今天刊登了一篇有关病毒起源的重要文章。包括美国等多国研究机构的科学家们,根据已发表的数据得出多项自然选择的证据,明确提出SARS-CoV-2冠状病毒不是实验室产物,源于自然进化过程
文章通讯作者Kristian Andersen教授来自美国斯克利普斯研究所(Scripps Research Institute),合作者包括美国杜兰大学(Tulane University)的Robert Garry教授、澳大利亚悉尼大学(University of Sydney)的Edward Holmes教授、英国爱丁堡大学(University of Edinburgh)的Andrew Rambaut和美国哥伦比亚大学(Columbia University)的W. Ian Lipkin教授,均为知名的病毒学或流行病学研究者。
文章中提到,在COVID-19爆发后不久,中国科学家就快速对病毒基因组进行了测序,并将数据公开,提供给全世界的研究人员。Andersen教授与合作者根据基因组序列,研究了新冠病毒的几种典型特征,来探索SARS-CoV-2的起源和进化。
具体来说,科学家们重点分析了新冠病毒刺突蛋白(S蛋白)的两大特征:受体结构域(RBD)和蛋白酶裂解位点。S蛋白位于病毒表面,是新冠病毒入侵宿主细胞的“攻城锤”。它通过RBD“勾住”宿主细胞,在蛋白酶作用下,特定的裂解位点被切开,促进病毒表面与细胞膜的融合,让病毒内的遗传物质注入被打开的细胞。
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自然进化的证据
从以往对冠状病毒的认识可以知道,RBD是冠状病毒基因组中最容易发生突变的部分在已知的同类冠状病毒中(比如SARS病毒),RBD有 6个氨基酸是病毒结合宿主细胞ACE2受体的关键,从而也是决定病毒能感染哪种(些)动物的关键。新冠病毒尽管与SARS病毒十分相像,但这6个关键氨基酸中有5个都不一样。
现有的研究证据显示,新冠病毒的RBD可以与人类ACE2受体高亲和结合;但假如用计算分析来预测什么样的序列最适合与人类ACE2受体相结合,会发现新冠病毒的氨基酸分子特征并非最优选择。换句话说,从新冠病毒RBD的结构来看,它们结合人类细胞的作用方式,不是人为计算出的产物,更像是自然选择才有的结果
特殊的蛋白酶裂解位点是新冠病毒的另一个特征,同为β冠状病毒的SARS病毒等并不具备。并且研究人员分析,即使在体外进行培养,要出现这些特征的可能性很小。
从SARS-CoV-2的整体分子结构来看,同样支持自然进化。因为如果有人试图设计一种新的冠状病毒作为病原体,那么势必利用已知的致病病毒作为骨架基础。但科学家们发现,SARS-CoV-2的整体结构与已知病毒差别很大,与在蝙蝠和穿山甲中发现的冠状病毒更为相像
▲新冠病毒(SARS-CoV-2)的S蛋白与其他相关冠状病毒的比较(图片来源:参考资料[1])
“S蛋白在RBD部分的突变,独特的整体结构,新冠病毒的这两大特征,可以排除SARS-CoV-2起源于实验室操作的可能性。”Anderson教授说道。
病毒起源的理论猜测
根据基因组序列的分析,Anderson教授等科学家分析了SARS-CoV-2最可能的自然起源方式:一是先在动物宿主中发生了自然选择,演变为致病状态,然后传给了人;二是非致病的版本从动物传到人后,在人类中发生了自然选择,演化为目前导致流行病的致病病毒
在前一种情况下,新冠病毒S蛋白的两大特征会在进入人体前已经进化到现有状态,如果致病病毒株在动物中出现,那么将会增加未来爆发的可能性。第二种情况,即非致病性冠状病毒传入人群,再发展出类似于SARS-CoV-2的特征,则未来爆发的机会比较低。
目前在某些蝙蝠和穿山甲中发现的相关冠状病毒与SARS-CoV-2存在相似性,但现有证据还很有限,不足以证明它们是直接来源,可能还有中间宿主研究作者之一Andrew Rambaut教授强调,目前很难知道更可能是哪种情况。
要进一步追踪病毒起源,科学家认为,对相关疫情发生早期地区的动物和人做回顾性血清学研究十分
结论
这些科学家在文章中总结说,“我们回顾了从基因组数据的比较分析对SARS-CoV-2起源做出的推断,提出了SARS-CoV-2基因组的显著特征,并讨论了这些特征可能来自哪里。我们的分析清晰地表明,SARS-CoV-2不是实验室构建产物,也不是有意操纵的病毒。(Our analyses clearly show that SARS-CoV-2 is not a laboratory construct or a purposefully manipulated virus.)
参考资料
[1] Andersen, K.G., Rambaut, A., Lipkin, W.I. et al. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0820-9
[2] The COVID-19 coronavirus epidemic has a natural origin, scientists say. Retrieved Mar. 18, 2020, from https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2020/20200317-andersen-covid-19-coronavirus.html
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