【观天下事】Jon Cohen：从冠状病毒的基因组信息中寻找疫情爆发的起源

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中国的研究者们对在广东的一处洞穴中临时捕获的一只蝙蝠进行检测。他们为研究蝙蝠体内有哪些病毒付出了长期的努力，上图是其中的一个片段。生态健康联盟（ECOHEALTH ALLIANCE）

从冠状病毒的基因组信息中寻找疫情爆发的起源

文 / Jon Cohen  

翻译 / 姜开锋

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上面这串无序的字母没有其它特别的含义，它是一种病毒性病原体的一段DNA序列片段。这种病毒性病原体被称为2019新型冠状病毒（2019-nCoV），它正在中国蔓延，并让整个世界为之感到恐慌。在全球流感共享数据库（GISAID，Global Initiative on Sharing All Influenza Data）中，科学家们不断地公布更多的、来自患者的完整病毒DNA序列；截至目前，已公布的完整DNA序列数量达到了53个。学界正在对这些病毒基因组进行深入的研究，以试图了解2019-nCoV的起源，探明它和在蝙蝠及其它物种中发现的相关病毒的关系，以及它在这类病毒的族谱中居于何种位置。对于这种新发现的病毒的物理外观、它的变异方式以及如何进行抑制，科学家们也在进行着相关研究。

华盛顿大学和弗雷德·哈钦森癌症研究中心的生物信息学专家特雷弗·贝德福德（Trevor Bedford）说：“从病毒DNA序列的研究中可以得到的最重要的结论之一是，该病毒先是从其它物种传染给了人类，然后开始了人与人之间的传播。”将2019-nCoV病毒DNA序列与武汉华南海鲜批发市场中的病毒采样结果进行结合分析，可以发现该市场在病毒爆发的早期的确发挥了重要的作用；但是该市场在2019-nCoV的传播链条中具体扮演着什么样的角色，目前还无法予以准确认定。大多数研究人员认为，从病毒DNA序列的研究中还可以得出的另一结论是：认为这种病原体源自武汉一家病毒研究所的观点是站不住脚的。

2019-nCoV共有近29,000个核苷酸碱基，在病毒的复制过程中，这些碱基的排列顺序决定着病毒的遗传性状。2019-nCoV同很多RNA病毒一样，其基因组是由RNA组成的；但为了研究的方便，科学家们将2019-nCoV的RNA基因序列转化为DNA序列（DNA的碱基简写为A、T、C和G）。2019-nCoV基因序列的许多研究已经发表在virological.org网站、nextstrain.org网站和bioRxiv一类的预印本平台上，有些甚至已经在同行评审的期刊中刊出。中国研究人员分享的这些基因序列让世界各地的公共卫生实验室都有机会据以开发自己的2019-nCoV诊断方法；截至目前，这种病毒已在其他18个国家中被检测到。

第一个可用的2019-nCoV基因序列出现之后，研究人员将其置于已知的冠状病毒的族谱之中（族谱中的冠状病毒种类繁多，并已感染了多种物种），发现它与蝙蝠身上携带的冠状病毒最为接近。1月23日，武汉病毒研究所冠状病毒专家石正丽领导的团队在bioRxiv上发文称，2019-nCoV的基因序列与蝙蝠身上携带的一种病毒有96.2％的一致性，与导致严重急性呼吸综合征（SARS）的冠状病毒有79.5％的一致性。（17年前，SARS也是在中国首先爆发。）SARS冠状病毒也和蝙蝠身上的病毒有着类似的密切关系，但是其基因序列数据有力地证明了它是从果子狸身上传染到了人群中——果子狸携带的冠状病毒与人体内的SARS病毒间的差异仅为10个核苷酸。这就是为什么许多科学家猜测2019-nCoV在蝙蝠与人之间存在一个或者多个中间宿主的原因。

根据贝德福德（Bedford）的分析，石正丽研究团队所关注的蝙蝠身上的该种冠状病毒（该病毒被称作RaTG13）的基因序列与2019-nCoV相差近1100个核苷酸。在nextstrain.org网站（贝德福德是该网站的共同创建者之一），贝德福德（Bedford）开发了包含蝙蝠冠状病毒、果子狸冠状病毒、SARS和2019-nCoV序列的冠状病毒族谱树（其示意图如下）。这一族谱树是人机交互式的，人们只需要将计算机鼠标拖到族谱树上，就可以很容易地看出不同病毒基因序列之间的异同。

通过综合分析RaTG13与2019-nCoV之间的核苷酸差异以及其它冠状病毒的推定的突变率，贝德福德（Bedford）的研究表明，这两种病毒有着共同的祖先，它们在25至65年前是一致的。因此，RaTG13一类的病毒可能需要数十年的时间才能突变为2019-nCoV。

中东呼吸综合征（MERS）是另一种由冠状病毒引起的人类疾病。MERS病毒也和蝙蝠身上的病毒有着类似的关系。但是通过研究，人们发现有足够的证据表明它是从骆驼身上传染给了人类。石正丽发表于bioRxiv的论文中的种系进化树（如下图）清楚地指出了骆驼MERS病毒和人类MERS病毒之间的关系。

病毒在人群中传播的时间越长，它就有越多的时间在感染者体内发生各种突变，形成不同种类的毒株；鉴于迄今为止人们所分析的不同的2019-nCoV基因序列最多相差7个核苷酸，可以推知，它是在最近才传播到了人群中。但是，究竟是何种动物将它传染给了人类，目前仍是一个谜。美国过敏与感染性疾病研究所的病毒学家文森特•芒斯特（Vincent Munster）是专门研究蝙蝠、骆驼和其它物种身上的冠状病毒的学者，他指出：“在蝙蝠身上检测到的病毒与现在从人体内分离出的病毒之间还存在着一片很大的灰色区域。”

有力的证据表明，华南海鲜批发市场在2019-nCoV传播的早期发挥了作用；但该市场是否为病毒传播的起源地，目前尚无法确定。最初确认的2019-nCoV病例中，大部分都与武汉的这一市场有关（一份报告中指出，最初的41例中有27例与该市场有关；另一份报告则指出，47例中有26例与该市场有关）；但仍有多达45％的病例与该市场无关（包括最早的一批病例也是这种情况）。这种情况的存在，提升了病毒传播至人的起源地位于其它地方的可能性。

据新华社报道，武汉海鲜市场的“环境样本”中已经发现了2019-nCoV存在的证据。在检测的585份样本中，有33份为2019-nCoV核酸阳性，并且这些阳性样本均来自这个大型市场的西区——野生动物交易所在的区域。爱德华•霍尔姆斯（Edward Holmes）是悉尼大学的进化生物学家，在首个公布2019-nCoV基因序列的研究小组对外公开第一份2019-nCoV基因序列的过程中，他与该小组进行了合作。他指出：“潮湿市场环境中的阳性测试结果有着非常重要的意义，如此高的阳性测试结果率清晰地表明该市场中的动物在病毒的爆发中发挥了关键的作用。”

但是目前还没有关于这些样本的预印本文章或者官方科学报告，因此尚不清楚该市场中哪些动物的测试结果呈阳性。Scripps Research的进化生物学家克里斯蒂安•安德森（Kristian Andersen）表示：“能够将病毒从一个物种中持续地分离出来之前，要确定其天然宿主是非常非常困难的。”

人们对该病毒最初传播给人的地点仍存有疑问，其原因之一在于：人们尚不清楚是否有一批感染了病毒的动物在不同的市场上被售出。或者，是否有一个被感染的商贩在不同的市场中将病毒传播给了不同的人。或者，贝德福德（Bedford）认为，那些早期的病例可能是被不容易传播的病毒感染的。贝德福德说：“从市场（环境样本）中获得一两份基因序列将非常有助于对该问题的分析，这有助于发现发生了多少例人和动物共同感染的情形，以及这些感染是何时发生的。”

研究小组对在洞穴中捕获的蝙蝠进行采样，并将蝙蝠粪便和其它样本送至武汉病毒研究所，以便从中分离出病毒。生态健康联盟（ECOHEALTH ALLIANCE）

在病毒传播的起源地尚无定论的情况下，各种推测不断涌现，但其中的有些分析并没有合理的科学依据。由北京大学的季伟（Wei Ji音译）领衔的一篇基因序列分析文章指出“蛇是最有可能携带2019-nCoV的野生动物”。该文章由《医学病毒学杂志》在线发表，引起了媒体的大量关注和报道。然而，这一观点受到了基因序列专家们的抨击。

各种阴谋论也层出不穷。加拿大广播公司（CBC）关于加拿大政府驱逐温尼伯实验室（一家研究危险病原体的实验室）里的中国科学家的一篇报道，被社交媒体上的用户曲解。武汉病毒研究所，这一中国国内研究蝙蝠和人类冠状病毒的最先进的实验室，也受到了阴谋论的牵连。《华盛顿邮报》推出了一篇与该研究所有关的报道，其标题为“专家揭穿了把中国的冠状病毒与武器研究联系起来的无端猜测”。

其实早在这次病毒爆发之前，就已经出现了对该研究所的警惕性言论。《自然》杂志在2017年发布了一篇关于该研究所建立新的生物安全等级为4级的实验室的报道；在这篇报道中，皮斯卡塔维罗格斯大学的分子生物学家理查德·埃布赖特（Richard Ebright）对意外的病毒感染表达了担忧，他指出，在北京处理SARS病毒的实验室工作人员曾屡次发生这种情况。埃布赖特（Ebright）一直以来都在对有关危险病原体的研究发出警告，他在2015年也对一项实验进行过批评；该实验对在中国的蝙蝠中传播的一种与SARS类似的病毒进行了改造，以研究其是否具有对人类致病的潜在可能。本周早些时候，埃布赖特还质疑了贝德福德分析结论的准确性（即贝德福德所提出的RaTG13与2019-nCoV之间至少有25年的进化间隔的分析）；他认为，2019-nCoV在人类之前的不同宿主中传播时，其突变率可能有所不同。埃布赖特告诉ScienceInsider，从目前的数据来看，导致2019-nCoV传染给人类的，“既可能是一次自然事故，也可能是一次实验室事故”。

石正丽没有回复《科学》杂志发给她的电子邮件，但是与她长期合作的、来自生态健康联盟(EcoHealth Alliance)的疾病生态学家彼得·达什亚克（Peter Daszak）驳回了埃布赖特的推测。达什亚克（Daszak）说：“每当一种新的疾病、一种新的病毒出现时，这样的说法就会进入人们的视线：某种化学制剂或者某种生物工程病毒的被释放出来了。这是一件令人感到惭愧的事情——人类好像无法抗拒这些无端的传言和无谓的争辩，即便它们存在着明显的问题。野生动物中存在的病毒种类多到令人难以置信，我们对它们的认识才刚刚开始。在这些多种多样的病毒中，有一些是可以传染给人的；而在这些可以传染给人的病毒中，有一些是会致病的。”

来自武汉病毒研究所和生态健康联盟的一队研究人员在中国各地的洞穴中捕捉蝙蝠，对它们进行采样，以分离出其中的病毒。上图拍摄于广东的一处洞穴。生态健康联盟（ECOHEALTH ALLIANCE）

达什亚克（Daszak）和石正丽的研究小组在中国各地的洞穴中捕捉蝙蝠已经有8年了，他们对蝙蝠的粪便和血液进行采样，以获取其中的病毒。达什亚克（Daszak）说，他们已经对10,000多个蝙蝠和2,000多个其它动物进行了采样。他们发现了约500种新型冠状病毒，其中约50种与冠状病毒族谱中的SARS病毒较为接近，包括RaTG13。这种病毒是从他们2013年在云南木朗（Moglang）的一个山洞里采集的蝙蝠粪便样本中分离出来的。达什亚克（Daszak）指出：“我们不能仅仅因为这种来自云南的病毒与2019-nCoV在基因序列上具有高度的一致性，就认为2019-nCoV起源自这种云南的病毒是” 达什亚克（Daszak）还提到，对于在蝙蝠中传播的冠状病毒，人们目前仅仅发现了其中的一小部分。“我预计，随着我们在华南和华中地区进行更多的采样，我们将发现许多其它的病毒，其中的一些将会更接近[2019-nCoV]”，达什亚克（Daszak）说。

达什亚克（Daszak）指出，弄清楚究竟是什么引发了这次疫情，不仅仅是为了满足人们的好奇心。“如果我们找不到2019-nCoV的起源，那么它仍可能会在某个地方的农场中继续传播着；这次疫情结束后，它仍有可能继续传播出来，并且很难进行根除。然而，对于这次爆发的真正起源，目前尚无定论。”

原文链接：

https://www.sciencemag.org/news/2020/01/mining-coronavirus-genomes-clues-outbreak-s-origins

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编辑：韩雨硕