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一些著名病毒学家认为,从病毒进化的角度看,新冠病毒很难由人工制造出来,且实验室泄露的病毒是单一基因型的,很难在短时间里进化成不同病人体内如此多样化的病毒。
新冠肺炎疫情暴发以来,一些阴谋论者怀疑新冠病毒是某些国家人工改造的致命病毒或从某些实验室不慎泄漏的已知病毒。然而一些著名病毒学家认为,从病毒进化的角度来看,这种怀疑是没有根据的,因为这种病毒很难在实验室里合成出来,且早期病人病毒数据的多样性也反对实验室泄漏之说。
2020年2月17日,美国斯克利普斯研究所的病毒进化学家克里斯蒂安·安德森(Kristian Andersen)在病毒学网站上公布了一篇预印本论文,认为新冠病毒既非“人工合成”,也非从实验室泄漏,而是从蝙蝠等动物身上自然进化而来。2月18日,来自8个国家的27位公共卫生科学家在《柳叶刀》网站发表声明,强烈谴责关于新冠病毒非自然起源的阴谋论,已得到全球数百位科学家的响应和签名。
新冠病毒源自自然演化。 (globalbiodefense网站截图/图)
克里斯蒂安·安德森博士毕业于英国剑桥大学,现为斯克利普斯研究所副教授,不久前刚刚获得终身职位,主要从事病毒进化研究。近年来在埃博拉病毒、拉沙病毒和寨卡病毒等致命病毒进化领域,开展了卓有成效的研究,在《自然》、《细胞》等顶级杂志上发表了十几篇研究论文,已成为这一领域的国际著名科学家。
安德森博士和同事在新公布的预印本论文中,重点分析了近期关于新冠病毒刺突蛋白精细结构的最新研究。此前的研究表明,SARS冠状病毒是通过其刺突蛋白与宿主细胞表面的一种受体蛋白血管紧张素转化酶Ⅱ(ACE2)结合,后者介导病毒与宿主细胞的细胞膜相融合,使得冠状病毒得以进入宿主细胞并释放病毒RNA,再借助宿主细胞的核酸复制系统和蛋白合成系统,大量合成新的病毒颗粒,新冠病毒同样借助于刺突蛋白与宿主细胞的ACE2结合而混入宿主细胞。无论是SARS冠状病毒,还是新冠病毒,它们与宿主细胞的亲和力均取决于病毒刺突蛋白受体结合结构域上最重要的6个氨基酸残基,但是SARS冠状病毒和新冠病毒上的这6个氨基酸残基存在显著差别,其中SARS冠状病毒的6个氨基酸残基为酪氨酸(Y442)、赖氨酸(L472)、天冬酰胺(N479)、天冬氨酸(D480)、苏氨酸(T487)和酪氨酸(Y491),而新冠病毒的6个氨基酸残基为赖氨酸(L455)、苯丙氨酸(F486)、谷氨酰胺(Q493)、丝氨酸(S494)、天冬酰胺(N501)和酪氨酸(Y505),可见无论关键的氨基酸种类,还是氨基酸所在位置,新冠病毒和SARS冠状病毒均存在较大差异。
安德森等人还注意到新冠病毒刺突蛋白第486位残基的苯丙氨酸的确对应于SARS冠状病毒第472位残基的赖氨酸。之前有研究表明,当SARS冠状病毒第472位残基的赖氨酸变成苯丙氨酸后,其与ACE2受体结合的亲和力更强。不过,第486位残基的苯丙氨酸在其他几种SARS样冠状病毒的刺突蛋白上均有存在,而且从计算生物学预测角度,这一位点苯丙氨酸残基和其他位点的关键氨基酸残基对于增强与人ACE2受体结合能力均非最优选择。换句话说,如果真有阴谋家想改造病毒,完全可以将这些关键氨基酸残基进一步优化,以使病毒获得更强结合人类细胞的能力。因此安德森等人认为,这些证据强烈证明新冠病毒并非人为基因改造而成的。
冠状病毒与宿主细胞互作关系。 (Researchgate网站截图/图)
2020年2月3日,武汉病毒研究所石正丽团队在线发表在《自然》杂志上的论文显示,新冠病毒与一种来自云南的中华菊头蝠身上的SARS相关冠状病毒RaTG13基因组同源性高达96%。在此之前,有人怀疑新冠病毒肺炎疫情是由实验室保存的已知病毒不慎泄漏引发。美国阿肯色州共和党参议员汤姆·科顿(Tom Cotton)曾在福克斯新闻电视台节目中暗示,该病毒可能来自中国的“生物安全4级实验室”,尽管他后来在推特上澄清说,他并不是说新冠病毒是一种“工程化的生物武器”,但是相关起源的假设需要进一步探讨。
不过,安德森等人认为,与蝙蝠冠状病毒RaTG13相比,新冠病毒刺突蛋白受体结合结构域上的六个关键氨基酸残基也有5个发生突变,不可能是类似已知病毒从实验室泄漏。美国弗雷德·哈钦森癌症研究中心的病毒进化学家特雷弗·贝德福德(Trevor Bedford)与安德森持相同态度,他还认为早期病人数据的病毒多样性足以反驳关于实验室泄漏的说法。实验室泄漏的病毒基因型是单一的,很难在短时间里进化成在不同病人体内如此多样化的病毒。
与此同时,安德森等人还总结出新冠病毒第二个独特的特征。冠状病毒的刺突蛋白都含有两个亚基,即S1亚基和S2亚基,中间有一个连接片段。法国国家科学研究大学和加拿大蒙特利尔大学的研究人员2月11日在《抗病毒治疗》杂志上发表的论文显示,新冠病毒刺突蛋白的S1亚基和S2亚基连接处存在一个弗林蛋白酶切位点,这个酶切位点除了两个精氨酸和丙氨酸外,这几个氨基酸残基的前面还含有一个脯氨酸,即形成了PRRA结构。在之前的SARS冠状病毒体外实验中,在S1亚基和S2亚基连接处突变产生这一结构可增强病毒-细胞融合,但不会影响病毒的进入效率。也有研究表明,类似的结构可提高禽流感病毒和新城疫病毒致病性。不过,这一结构在SARS冠状病毒、蝙蝠冠状病毒RaTG13和其他动物来源SARS相关冠状病毒上均不存在,是新冠病毒非常独特的特征。这进一步说明新冠病毒并非由某个实验室保存的已知病毒。
安德森等人还指出,PRRA结构中脯氨酸的插入产生了一种特殊的转角结构,推测可形成O端糖基化位点。这一糖基化位点的潜在功能尚不清楚,但它们可以产生一个“粘蛋白样结构域”,该结构域可屏蔽新冠病毒刺突蛋白上的潜在表位或关键残基,需要进一步研究。可见,新冠病毒与任何已知的冠状病毒在核酸序列组成和蛋白序列组成上均存在不少细节上的变化,进一步说明了这个病毒并不是由一个已知的模板改造而成的病毒,因为新型冠状病毒如果在体外细胞培养体系中连续传代,极难同时获得弗林蛋白酶切位点和O端糖基化,后者更是需要机体免疫系统的参与。
既然新冠病毒并非人造病毒,也非实验室保存的已知病毒,那么新冠病毒的自然宿主是谁呢?美国明尼苏达大学和北卡罗莱纳大学研究人员2020年1月29日在《美国微生物学会》网站上在线发表的论文显示,新冠病毒的刺突蛋白受体结合结构域与人类、非人灵长类动物、猪、狗、雪貂等细胞的ACE2具有相似的高亲和力,但是与小鼠和大鼠等啮齿类动物的亲和力较差。石正丽等人的研究则证明蝙蝠可能是新冠病毒的天然宿主。
2月7日,华南农业大学等机构召开新闻发布会,宣布穿山甲为新冠病毒的潜在中间宿主。研究人员首先对现有数据库中一千多种野生动物基因组进行宏基因组分析,发现穿山甲携带的病毒跟新冠病毒的关系比较近,之后对穿山甲样本进行了分子生物学分析,发现穿山甲中β冠状病毒的阳性率高达70%;最后通过对病毒的基因组分析,研究人员发现分离的冠状病毒株与目前感染人的新冠病毒毒株序列相似度高达99%,从而认为穿山甲为新型冠状病毒的潜在中间宿主。2月21日,华南农业大学的研究论文也提前公布在预印本网站bioRxiv上。
美国贝勒医学院和得克萨斯大学医学中心的研究人员2月13日在bioRxiv上的预印本论文也发现了马来亚穿山甲的冠状病毒基因组与新冠病毒存在90%以上的相似性,而且马来亚穿山甲冠状病毒刺突蛋白受体结合结构域上的所有6个关键氨基酸残基都与新型冠状病毒相同。不过,与其他冠状病毒一样,马来亚穿山甲冠状病毒刺突蛋白上也缺乏新冠病毒特有的弗林蛋白酶切位点(PRRA)和O端糖基化位点,这提示可能存在其他中间宿主,而新冠病毒是通过这些中间宿主形成了弗林蛋白酶切割位点,之后才能传播给人。
2月18日,香港大学管轶教授团队与广西医科大学胡艳玲团队也在预印本网站bioRxiv上发布关于穿山甲是新冠病毒中间宿主的研究论文。研究人员从广西和广东海关截获的走私马来亚穿山甲多个组织样品中分离出冠状病毒并测序,序列比对发现这些穿山甲冠状病毒基因组与新型冠状病毒有约85.5%至92.4%的相似性,其中广东来源的穿山甲冠状病毒与新冠病毒进化关系更加密切,而且广东穿山甲冠状病毒在刺突蛋白受体结合域上与新冠病毒氨基酸相似性高达97.4%,因此推测穿山甲为新冠病毒重要的潜在中间宿主。
穿山甲。 (joelsartore网站截图/图)
每次新型传染病暴发之时,都会有各种人造病毒的谣言,这些谣言极大地干扰了科学家的研究工作,也在公众当中制造了较大的恐慌。只有加快研究找出病毒的源头,谣言自然会不攻自破。2月18日,由来自8个国家的27位公共卫生科学家在《柳叶刀》网站联合发表《支持中国抗击 2019 年新型冠状病毒疾病(COVID-19)疫情中的科研、公共卫生、医务工作者的声明》,该声明“强烈谴责关于该新型冠状病毒疾病 COVID-19 并非自然起源的阴谋论”,认为 ,“来自世界各国的科研工作者已经对引发该疾病的病原 SARS-CoV-2 的全基因组进行了分析并公开发表了结果,这些结果压倒性地证明了该冠状病毒和其它很多新发病原一样来源于野生动物。该科学结论也得到了来自美国国家科学、工程、医学院院长及其所代表的科学界人士的支持。”这一声明目前已得到全球数百位科学家的响应和签名。
南方周末特约撰稿 汤波