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撰文 | 商 周
責(zé)編 | 陳曉雪
在眾多的哺乳動(dòng)物里，蝙蝠是一個(gè)較為特異的物種。因?yàn)橛兄?dú)特的免疫系統(tǒng)，它們可以和很多病毒長期共存。這樣的和平相處對(duì)蝙蝠來說是好事，但對(duì)其它哺乳動(dòng)物就可能意味著麻煩。作為眾多病毒的自然宿主的蝙蝠，就像一個(gè)潛在的炸藥庫一樣，不定期地把危險(xiǎn)釋放出來。比如我們熟悉的人類SARS病毒，還有更加致命MERS病毒，它們的自然宿主就是蝙蝠。而今年讓地球人都知道的新冠病毒，就像它的親戚SARS和MERS病毒一樣，同樣與蝙蝠冠狀病毒最為親近。雖然眾多讓人致病的病毒都源自蝙蝠，但因?yàn)槿撕万鸾佑|不多，而且兩者在進(jìn)化上相差也較遠(yuǎn)，所以一般病毒不會(huì)直接由蝙蝠傳給人。通常是蝙蝠把病毒傳給一個(gè)物種，病毒在這個(gè)物種身上進(jìn)化一段時(shí)間以后再傳給人，這個(gè)在中間起到過渡的物種就叫中間宿主（可能是一個(gè)，也可能是多個(gè)）。比如駱駝是MERS的中間宿主，而SARS病毒的中間宿主之一是果子貍。那么全世界都在關(guān)心的新冠病毒SARS-CoV-2呢？根據(jù)中科院武漢病毒所的研究，在已知蝙蝠里的冠狀病毒中，和新冠病毒最為相似的是蝙蝠的冠狀病毒 RaTG13, 兩者在基因序列上的相似性達(dá)到了96.2% [1]。雖然這是一個(gè)很高的數(shù)字，但從分子進(jìn)化的角度來說兩者相差還是比較遠(yuǎn),至少蝙蝠 RaTG13 病毒不可能直接一下突變成新冠病毒并傳給人，需要在另一個(gè)物種里完成那4%的大部分變異。這意味著，在蝙蝠和人類之間，很可能還是中間宿主的存在。而鑒定出這個(gè)中間宿主，無疑將幫助我們對(duì)新冠肺炎的防控。我們以SARS 病毒為例，看看果子貍是如何被鑒定為中間宿主的。因?yàn)镾ARS暴發(fā)的初期，一些病人是餐館里負(fù)責(zé)處理野生哺乳動(dòng)物的工作人員，所以一個(gè)來自香港的研究團(tuán)隊(duì)把目光集中到了深圳經(jīng)營野生動(dòng)物的市場。通過對(duì)市場里的一些動(dòng)物（包括海貍、雪貂、野兔、麂、貓、豬和果子貍等）取樣，他們發(fā)現(xiàn)果子貍身上帶有一種和SARS病毒在基因序列上相似程度達(dá)到99.8%的冠狀病毒，而且不是人傳給果子貍的 [2]。果子貍這個(gè)中間宿主，就是這樣被鑒定出來的。和SARS類似的事情也發(fā)生在了新冠病毒身上，早期的新冠病例里有不少和武漢華南海鮮市場有關(guān)聯(lián) [3]。所以一個(gè)可能的情形就是，新冠病毒的中間宿主出現(xiàn)在武漢華南海鮮市場里，科學(xué)工作者用同樣的方法就可以把它找出來。但出于防疫的考慮，華南海鮮市場在1月1日被關(guān)閉 [3]，中國疾控中心在當(dāng)天從華南海鮮市場獲取了一些動(dòng)物和環(huán)境標(biāo)本。根據(jù)新聞報(bào)道，檢測結(jié)果表明在市場里的22個(gè)攤位和1個(gè)垃圾車上有新冠病毒存在 [4]，而動(dòng)物身上卻沒有發(fā)現(xiàn)病毒 [5]。眾多攤位上出現(xiàn)了新冠病毒，確認(rèn)了這個(gè)病毒在華南海鮮市場上的存在；而所檢測的動(dòng)物身上沒有發(fā)現(xiàn)病毒，一個(gè)可能的解釋是所檢測的動(dòng)物的種類和數(shù)量不夠。因?yàn)槿A南海鮮市場關(guān)閉得早，除了中國疾控中心的人員外，目前并沒有看到是否有其他單位的研究人員獲得了市場里的動(dòng)物標(biāo)本，并利用市場里的動(dòng)物做進(jìn)一步的研究的報(bào)道。不過，這也不意味著就沒辦法了。研究人員正在使出各自不同的招數(shù)去開展這項(xiàng)工作。讓我們一起看看，到目前為止有哪些動(dòng)物被認(rèn)為可能是中間宿主，科學(xué)家又是如何提出假設(shè)、如何去驗(yàn)證、如何評(píng)價(jià)同行工作的。率先登場是來自中國北京大學(xué)等五個(gè)科研單位的團(tuán)隊(duì)。1月17日，他們完成了關(guān)于新冠病毒中間宿主的研究論文并投稿到《 Journal of Medical Virology 》（醫(yī)學(xué)病毒學(xué)雜志），四天后被接受并發(fā)表 [4]。這項(xiàng)研究給出的結(jié)論讓人驚訝不已：中間宿主可能是蛇。圖片來源：www.pixabay.com
這一結(jié)論難免讓人驚訝，因?yàn)轵鸷腿硕际遣溉閯?dòng)物，而蛇是爬行類。如果病毒要在蝙蝠和人之間找一個(gè)中間宿主，一個(gè)更符合邏輯的選擇應(yīng)該也是一種哺乳動(dòng)物，而不是爬行類。那么，作者是如何得出這個(gè) “不太符合邏輯” 的答案的呢？先看作者的科學(xué)假設(shè)：病毒和它的宿主在 “同義密碼子偏好” 上應(yīng)該相近。這一假設(shè)聽上去好像有點(diǎn)道理，病毒為了更好地在宿主細(xì)胞里生存，那么它最好和宿主有著同樣的同義密碼子偏好。這樣，通過對(duì)病毒和可能的宿主進(jìn)行同義密碼子偏好分析，可以為尋找病毒可能的宿主提供依據(jù)。接下來看作者的研究發(fā)現(xiàn)：在武漢菜市場常見的幾種動(dòng)物（蛇、雞、穿山甲、蝙蝠、旱瀨、蝙蝠等），新冠病毒和蛇在同義密碼子偏好最為相近。根據(jù)這一主要發(fā)現(xiàn)，作者認(rèn)為蛇可能是新冠病毒的中間宿主。一方面，作者沒有證明他們的假設(shè)的基礎(chǔ)是合理的。雖然病毒和和宿主在同義密碼子偏好上相似的確會(huì)對(duì)病毒有利，但這不意味著中間宿主就一定和病毒在這一點(diǎn)上相近。要證明這一假設(shè)的合理性，可以用已知中間宿主的病毒來驗(yàn)證一下。比如找SARS病毒和果子貍，看看它們?cè)谕x密碼子偏好上是否相似。因?yàn)樾鹿诓《竞蚐ARS病毒相近，使用的同義密碼子也非常相似。根據(jù)作者的結(jié)果來看，一個(gè)肯定可以預(yù)測到的事實(shí)是：在同義密碼子偏好上，蛇比果子貍更和SARS病毒相似。但事實(shí)顯然并非如此。也就是說，作者的假設(shè)的基礎(chǔ)并不合理。另一方面，就算作者的假設(shè)合理，那么選取作為研究對(duì)象的動(dòng)物也是一個(gè)問題。這項(xiàng)研究選擇了蛇、雞、穿山甲、蝙蝠、旱瀨和蝙蝠，那么如果再多家?guī)讉€(gè)物種（尤其是比蛇更 “低級(jí)” 一點(diǎn)的物種），會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？一項(xiàng)來自美國密歇爾根大學(xué)的研究回答了這一問題，他們把同樣在菜市場常見的青蛙加進(jìn)去分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在同義密碼子偏好上，青蛙比蛇更和SARS病毒相似 [5]。所以，通過分析同義密碼子偏好，這個(gè)團(tuán)隊(duì)并沒有證明蛇是新冠病毒的宿主。有趣的是，蛇并不是唯一被認(rèn)為可能是新冠病毒中間宿主的爬行類動(dòng)物，另一個(gè)是烏龜。烏龜給人的印象是長壽，但其實(shí)它還有另外一個(gè)特點(diǎn)，就是也能和很多病毒和平共處。從這個(gè)意義上來說，烏龜有點(diǎn)像爬行類動(dòng)物里的蝙蝠。另外，烏龜也在菜市場常見，這也吸引到了科研人員的注意力。圖片來源：www.pixabay.com
開展這項(xiàng)研究的，是來自湖北醫(yī)科大學(xué)等四個(gè)單位組成的研究團(tuán)隊(duì)。有趣的是，這一項(xiàng)研究同樣發(fā)表在《 Journal of Medical Virology 》（醫(yī)學(xué)病毒學(xué)雜志）上。從投稿到接受只有短短的5天 [8]。所發(fā)表的論文截圖
先看作者的假設(shè)：新冠病毒的S蛋白和宿主的ACEII有著更好的結(jié)合力，所以有能夠與新冠病毒S蛋白結(jié)合力更好的ACEII的物種就可能是中間宿主。這個(gè)假設(shè)聽上去也有些道理，病毒的S蛋白和宿主的ACEII結(jié)合讓病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，所以宿主的ACEII應(yīng)該能和新冠病毒的S蛋白結(jié)合，而且結(jié)合越好越有利于病毒的感染。再看作者的發(fā)現(xiàn)：作者用生物信息學(xué)的方法模擬了S蛋白和ACEII結(jié)合的情況，通過分析了多個(gè)動(dòng)物（人、猩猩、猴子、倉鼠、貓、狗、穿山甲、蛇、烏龜、蝙蝠、小鼠）的ACEII的蛋白上和S蛋白結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸，他們認(rèn)為烏龜?shù)腁CEII和新冠病毒結(jié)合最好。所發(fā)表論文截圖
根據(jù)這一結(jié)果，作者認(rèn)為烏龜可能是新冠病毒的中間宿主。主要是兩個(gè)方面：第一，作者同樣沒有證明他們的假設(shè)的合理性。就像上面提到的一樣，這種合理性可以用已知的病毒和它們的宿主來驗(yàn)證，比如用SARS病毒和果子貍。第二，作者在評(píng)估S蛋白和ACEII的結(jié)合能力的時(shí)候，并沒有給出一個(gè)量化的指標(biāo)，而只是一個(gè)定性的分析。實(shí)際上，在后來的一項(xiàng)于4月1日提交到 ChemRxiv 網(wǎng)站的研究中，一個(gè)來自華中科技大學(xué)的團(tuán)隊(duì)把這些都做了 [9]。通過分析蝙蝠冠狀病毒RaTG13的S蛋白與82個(gè)動(dòng)物ACEII的結(jié)合力發(fā)現(xiàn)，自然宿主（蝙蝠）的ACEII不僅不是與它的S蛋白結(jié)合得最好的，就是連前幾名都沒有排上。換句話說，通過分析病毒S蛋白與動(dòng)物得ACEII的結(jié)合力的方法，并不適合用來鑒定病毒的宿主。所以，認(rèn)為烏龜是新冠病毒的宿主的觀點(diǎn)同樣沒有給出讓人信服的證據(jù)。蛇和烏龜都是爬行類，它們成為新冠病毒的中間宿主的可能性不大，并不是說完全沒有可能?？茖W(xué)上提倡大膽假設(shè)，但同時(shí)需要小心求證。顯然，提出蛇和烏龜是中間宿主的兩項(xiàng)研究只做到了前者。
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狗是常見的人類寵物，是和人類接觸最密切的動(dòng)物之一。當(dāng)聽到狗可能是新冠病毒的中間宿主的時(shí)候，不少人都會(huì)暗暗擔(dān)心。別著急，還是先看看論文。
4月14日，《 Mol.Biol.Evol. 》（分子生物和進(jìn)化）雜志發(fā)表了一篇的題為“ Extreme genomic CpG deficiency in SARS-CoV-2 and evasion of host antiviral defense ” 的論文，作者來自加拿大渥太華大學(xué) [10]。
就像題目里體現(xiàn)的那樣，這項(xiàng)研究主要探討的并不是誰是新冠病毒的中間宿主，而是尋找新冠病毒的一些特點(diǎn)，然后試圖從病毒與宿主共同進(jìn)化的角度上去給予解釋。
作者研究的新冠病毒的CpG的含量。CpG是基因序列上的C和G兩個(gè)連在一起的堿基的縮寫，在脊椎動(dòng)物中CpG的含量很低，而且有被甲基化的傾向。而在微生物的基因組中CpG的含量較高，甲基化的傾向也低。所以我們的免疫系統(tǒng)可以利用這一點(diǎn)，去識(shí)別微生物并對(duì)它們進(jìn)行攻擊。我們的細(xì)胞里負(fù)責(zé)識(shí)別病毒CpG的，是一個(gè)名叫ZAP的分子。
當(dāng)然，面對(duì)這樣的打擊，病毒也會(huì)有相應(yīng)的辦法。在ZAP分子的高壓下，一些病毒就會(huì)盡量去降低自己的CpG 的含量。
在這項(xiàng)研究里，作者就發(fā)現(xiàn)新冠病毒，還有和它相近蝙蝠冠狀病毒RaTG13，有著較低的CpG 含量。而且在作者調(diào)查的眾多動(dòng)物冠狀病毒里，只有狗身上的幾個(gè)冠狀病毒CpG的含量也很低，和新冠病毒相當(dāng)（見下圖）。
發(fā)表論文結(jié)果截圖
作者認(rèn)為，狗的多個(gè)冠狀病毒的CpG含量低，說明了狗的細(xì)胞里的ZAP分子對(duì)冠狀病毒的壓力可能很大。根據(jù)這一點(diǎn)，作者在論文的討論里對(duì)新冠病毒的起源做了一個(gè)這樣的推測：“首先，新冠病毒和蝙蝠RaTG13病毒的祖先感染了狗的腸道，比如通過狗獵食蝙蝠進(jìn)入；其次，這個(gè)病毒在狗的細(xì)胞里因?yàn)閆AP分子的壓力，而進(jìn)化出了較低的CpG含量；最后，有著較低CpG含量的病毒再傳播到其他物種（比如人）的時(shí)候，人的ZAP分子可能對(duì)這個(gè)病毒就沒有多大的威力，所以病毒的致病能力就增強(qiáng)了?！?/span>如果按這種說法，狗就不是新冠病毒的中間宿主，而是遠(yuǎn)古以前的一段時(shí)間里的宿主而已。但作者又做了進(jìn)一步的補(bǔ)充：“然而，也存在一種這樣的可能，這里面的一支冠狀病毒最近在狗的腸道系統(tǒng)里獲得了較低的CpG含量，然后再傳染到其它物種身上”。顯然，作者在這里暗示，狗有可能是新冠病毒的中間宿主了。應(yīng)該說，這項(xiàng)研究還是相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模髡卟]有直接聲明狗就是新冠病毒的中間宿主，而是暗示存在這種可能。作為百姓，人們關(guān)心的是狗到底有沒有可能是新冠病毒的中間宿主。如果是，那無疑將會(huì)影響到百姓的生活。給出否定答案的是來自中國農(nóng)科院哈爾濱獸醫(yī)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)。在這項(xiàng)研究里，作者通過用新冠病毒去感染一些和人類有接觸的動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)雪貂和貓對(duì)新冠病毒易感，而病毒在狗、豬、雞和鴨的身體里則很難增殖，更不會(huì)導(dǎo)致傳染。上面談到的蛇、烏龜以及狗，它們被認(rèn)為可能是新冠病毒中間宿主的證據(jù)都不是實(shí)驗(yàn)性的，而是根據(jù)一些生物信息學(xué)的分析。研究人員之所以不能用實(shí)驗(yàn)性的直接證據(jù)來說明問題，一個(gè)重要的原因就是這樣的證據(jù)不容易獲得。就像鑒定出SARS病毒的一個(gè)中間宿主一樣，直接證據(jù)就是從果子貍身上分離出了和SARS病毒高度相似的冠狀病毒。當(dāng)然，不少研究人員在為此付努力。而且也發(fā)現(xiàn)了一些有意思的線索，這就是穿山甲的冠狀病毒。從二月份開始，先后有至少四個(gè)團(tuán)隊(duì)（2個(gè)來自廣東，1個(gè)來自云南，1個(gè)來自香港）發(fā)表了關(guān)于發(fā)現(xiàn)穿山甲冠狀病毒的論文 [11-14]。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的穿山甲冠狀病毒與新冠病毒在基因序列上的相似性為91%左右，低于蝙蝠 RaTG13 CoV 與新冠病毒的相似性（96%）。而這三個(gè)病毒的關(guān)系，基本上可以用下面這個(gè)圖來總結(jié)：圖片來源：參考鏈接[13]
1. 在全基因組水平上，蝙蝠RaTG13 CoV 和新冠病毒更相近，而穿山甲冠狀病毒遠(yuǎn)一些。
2. 在與ACEII結(jié)合的幾個(gè)關(guān)鍵的氨基酸上，穿山甲冠狀病毒和新冠病毒更加相近，而蝙蝠RaTG13 CoV遠(yuǎn)一些。3. 在新冠病毒上的一個(gè)插入的FURIN酶切位點(diǎn)上，蝙蝠RaTG13 CoV和穿山甲冠狀病毒更加相近，而新冠病毒遠(yuǎn)一些。因?yàn)閺拇┥郊咨砩戏蛛x出的冠狀病毒和新冠病毒只有91%的相似性，我們不能認(rèn)定穿山甲就是新冠病毒的中間宿主。但同時(shí)也不能排除這種可能，因?yàn)榇┥郊坠跔畈《镜陌l(fā)現(xiàn)說明，新冠病毒可能可以在穿山甲身上存在。
那么，除了穿山甲外，哪些物種還可能成為新冠病毒的中間宿主呢？確定一個(gè)物種是中間宿主很難，但認(rèn)定一個(gè)物種不是中間宿主則要容易得多，而且這樣的排除法也會(huì)給我們控制新冠病毒帶來一定的幫助。最近，一篇發(fā)表在《 Transbound Emerg Dis. 》雜志上的論文就這個(gè)問題做出了探討。來自西北農(nóng)林大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)大學(xué)以及洛陽國家獸醫(yī)研究中心的研究人員測試了35種動(dòng)物（共1914只）的血清，檢測它們是否有針對(duì)新冠病毒的抗體 [15]。發(fā)表論文截圖
這項(xiàng)研究的假設(shè)是：感染有新冠病毒的中間宿主應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生針對(duì)該病毒的抗體，所以通過檢測動(dòng)物血清里的抗體的方法能確定這個(gè)動(dòng)物是否感染有新冠病毒。如果沒有，那就可以排除這種動(dòng)物作為中間宿主的可能。我們先來看這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了什么。發(fā)表論文結(jié)果截圖
結(jié)果就像上圖所示，35個(gè)物種，1914只動(dòng)物，包括實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物、家禽、寵物、以及野生動(dòng)物的血清全部是陰性，都沒有針對(duì)新冠病毒的抗體。根據(jù)這一結(jié)果，作者認(rèn)為這35種動(dòng)物都不可能是新冠病毒的中間宿主。但這一結(jié)論是不可靠的，原因主要有兩個(gè)方面：1. 所檢測的動(dòng)物選擇有問題。一是有些居然是實(shí)驗(yàn)室里SPF動(dòng)物，也就是沒有特定病原體的動(dòng)物，這些動(dòng)物當(dāng)然不會(huì)有新冠病毒；二是方法部分并沒有給出具體的詳細(xì)的動(dòng)物信息，比如采集地點(diǎn)和時(shí)間，這同樣會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
2. 也是更重要的，有限量的動(dòng)物的血清里沒有抗體，并不能代表這個(gè)物種不是中間宿主，因?yàn)橥耆赡苁浅闃拥臅r(shí)候沒有抽到感染的動(dòng)物。一個(gè)例子就是果子貍，它是SARS病毒的一個(gè)中間宿主，研究人員就發(fā)現(xiàn)大量的果子貍（尤其是野外生長的）并沒有被SARS病毒感染 [16]。所以，根據(jù)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把上面35種常見的動(dòng)物排除在中間宿主之外，是一個(gè)并不謹(jǐn)慎的做法。既然通過檢測血清里針對(duì)新冠病毒的抗體的方法難以排除中間宿主，那么哪一種方法才是可取的呢？作為可能的中間宿主，它必須滿足一個(gè)條件：能被新冠病毒感染，病毒能在它的體內(nèi)增殖，而且能再從它身上再傳給其它動(dòng)物。以上標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)過程，可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，也可以通過分析自然的感染（比如通過病人傳給動(dòng)物）來獲得答案。下面這個(gè)表格總結(jié)了到目前為止這方面的情況。數(shù)據(jù)來源：參考鏈接[17]
毫無疑問，這個(gè)表格還需要完善。只有更多的可能在華南海鮮市場上出現(xiàn)的動(dòng)物（尤其是哺乳動(dòng)物）的信息完整之后，我們?cè)谶@一問題上才能有更好的了解。但從現(xiàn)有的情況來看，家禽、狗、豬都可以被排除，因?yàn)樗鼈儾灰赘?；而其它?dòng)物都有成為中間宿主的可能，雖然可能性的大小不一。還有一點(diǎn)不能排除的是，可能不需要中間宿主，蝙蝠直接把病毒傳給人類。總之，雖然相關(guān)領(lǐng)域的研究論文已經(jīng)有了十余篇，但鑒定新冠病毒的中間宿主的工作遠(yuǎn)沒有完成。因?yàn)槿狈θA南海鮮市場的標(biāo)本，研究人員不得不采取各種間接的方法去努力。鑒定新冠病毒的中間宿主可能還會(huì)是一個(gè)漫長的過程，正是在這個(gè)過程里，研究人員的科學(xué)精神和科學(xué)方法得到彰顯。從某種意義上來說，過程比結(jié)果可能更為重要。
參考鏈接
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