冠状病毒起源:基因组分析表明两种病毒可能曾相互结合

A Malaysian pangolin walks past cages containing 45 others as awildlife officer watches in Kuala Lumpur August 8, 2002. The Malaysianwildlife department on Wednesday seized 37 male and nine femalepangolins officials suspected were ready to be smuggled to restaurantsin China. Officers arrested two men believed to be part of aninternational smuggling ring trafficking protected species likepangolins, which are sold for 70 ringgit ($18) per kilo in illegalmarkets. Coronavirus china virus health healthcare who world health organization disease deaths pandemic epidemic worries concerns Health virus contagious contagion viruses diseases disease lab laboratory doctor health dr nurse medical medicine drugs vaccines vaccinations inoculations technology testing test medicinal biotechnology biotech biology chemistry physics microscope research influenza flu cold common cold bug risk symptomes respiratory china iran italy europe asia america south america north washing hands wash hands coughs sneezes spread spreading precaution precautions health warning covid 19 cov SARS 2019ncov wuhan sarscow wuhanpneumonia pneumonia outbreak patients unhealthy fatality mortality elderly old elder age serious death deathly deadly
In Feburary, scientists discovered a virus with 99% of genomic concordance to SARS-CoV-2 in pangolins.Image: REUTERS/Bazuki MuhammadBM/JS
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  • 科学家一直在努力了解COVID-19及其病原体SARS-CoV-2的起源。

  • 最初,科学家认为该病毒可能在蝙蝠体内演化,随后又在穿山甲体内演化。

  • 然而,基因组比较表明,SARS-CoV-2病毒是两种不同病毒之间重组的结果,因此该病毒的确切起源仍不清楚。

短短几周内,我们对COVID-19及其病原体SARS-CoV-2已有了大量了解。但与此同时,也出现了许多传言。尽管关于该病毒的科学文章数量不断增加,其起源仍有许多不明之处。

它最初在哪种动物物种中出现?是蝙蝠、穿山甲,还是其他野生物种?它来自哪里?是来自中国湖北省的某个洞穴或森林,还是其他地方?

2019年12月,最初住院的41人中有27人(66%)曾到过湖北省武汉市市中心的一个市场。但是,根据一项在武汉医院开展的研究,最初确认的首例人类病例并未到过该市场。相反,基于SARS-CoV-2基因组序列的分子测年估计 表明其起源时间为11月。这引发了人们对此次COVID-19疫情与野生动物之间联系的疑问。

基因组数据

SARS-CoV-2基因组 由中国研究人员迅速完成测序。它是一种RNA分子,约含30,000个碱基,包含15个基因,其中包括S基因,该基因编码位于病毒包膜表面的一种蛋白质(作为对比,人类基因组是约30亿个碱基大小的DNA双螺旋结构,约含30,000个基因)。

比较基因组分析 表明SARS-CoV-2属于β冠状病毒,且与SARS-CoV非常接近。后者曾于2002年11月在中国广东省引发急性肺炎疫情,并于2003年蔓延至29个国家。共记录8,098例病例,其中774例死亡。已知Rhinolophus属蝙蝠(可能为数种洞穴物种)曾是该病毒的储存宿主,并且一种小型食肉动物——棕果狸(Paguma larvata),可能曾作为中间宿主,介于蝙蝠与最早的人类病例之间。

此后,已发现许多β冠状病毒,主要存在于蝙蝠中,人类体内也有发现。例如,RaTG13分离自一种蝙蝠,该物种为Rhinolophus affinis,采集于中国云南省,近期被描述为与SARS-CoV-2高度相似,基因组序列相同度达96%。这些结果表明,蝙蝠,尤其是属于Rhinolophus属的物种,构成了SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒的储存宿主。

蝙蝠(Rhinolophus affinis)最初被认为是该病毒的来源。 Image: Alexandre Hassanin

但什么是储存宿主?储存宿主是指一种或多种对病毒不敏感或敏感性很低的动物物种,它们会自然地携带一种或多种病毒。这类动物没有出现疾病症状,是因为其免疫系统功能高效,能够抵抗病毒过度增殖。

重组机制

2020年2月7日,我们得知在穿山甲中发现了一种与SARS-CoV-2更为接近的病毒,其所报告的基因组一致性达99%,这表明其比蝙蝠更有可能是储存宿主。然而,一项尚在审稿中的近期研究表明,分离自马来亚穿山甲(Manis javanica)的冠状病毒基因组与SARS-CoV-2相似度较低,基因组一致性仅为90%。这表明,从穿山甲中分离出的病毒并非造成当前肆虐的COVID-19疫情的原因。

然而,从穿山甲中分离出的冠状病毒在S蛋白的一个特定区域中与之相似度达99%,该区域对应于参与ACE(血管紧张素转换酶2)受体结合域的74个氨基酸,该结构域使病毒能够进入人体细胞并感染人体。相比之下,从蝙蝠分离出的病毒RaTG13R. affinis在该特定区域差异很大(相似度仅为77%)。这意味着从穿山甲中分离出的冠状病毒能够进入人体细胞,而从蝙蝠R. affinis中分离出的病毒则不能。

此外,这些基因组比较表明,SARS-CoV-2病毒是两种不同病毒重组的结果,其中一种与RaTG13接近,另一种与穿山甲病毒更为接近。换言之,它是两种已存在病毒之间的嵌合体。

来自穿山甲的冠状病毒可能是COVID-19的来源之一。Image: Wildlife Alliance/Flickr, CC BY

这种重组机制早已被描述 存在于冠状病毒中,尤其是用于解释SARS-CoV的起源。需要指出的是,重组会产生一种新病毒,有可能感染新的宿主物种。要发生重组,两种不同的病毒必须同时感染同一生物体。

两个问题仍未得到解答:这种重组发生在哪种生物体中?(蝙蝠、穿山甲还是其他物种?)更重要的是,这种重组是在何种条件下发生的?

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