為什麼新冠病毒陰謀論在技術上不成立?

2020-02-22   南方周末

(本系列均為南方周末、南方人物周刊原創,限時免費閱讀中)

一些著名病毒學家認為,從病毒進化的角度看,新冠病毒很難由人工製造出來,且實驗室泄露的病毒是單一基因型的,很難在短時間裡進化成不同病人體內如此多樣化的病毒。

新冠肺炎疫情暴發以來,一些陰謀論者懷疑新冠病毒是某些國家人工改造的致命病毒或從某些實驗室不慎泄漏的已知病毒。然而一些著名病毒學家認為,從病毒進化的角度來看,這種懷疑是沒有根據的,因為這種病毒很難在實驗室里合成出來,且早期病人病毒數據的多樣性也反對實驗室泄漏之說。

2020年2月17日,美國斯克利普斯研究所的病毒進化學家克里斯蒂安·安德森(Kristian Andersen)在病毒學網站上公布了一篇預印本論文,認為新冠病毒既非「人工合成」,也非從實驗室泄漏,而是從蝙蝠等動物身上自然進化而來。2月18日,來自8個國家的27位公共衛生科學家在《柳葉刀》網站發表聲明,強烈譴責關於新冠病毒非自然起源的陰謀論,已得到全球數百位科學家的響應和簽名。

新冠病毒源自自然演化。 (globalbiodefense網站截圖/圖)

新冠病毒並非人工改造

克里斯蒂安·安德森博士畢業於英國劍橋大學,現為斯克利普斯研究所副教授,不久前剛剛獲得終身職位,主要從事病毒進化研究。近年來在伊波拉病毒、拉沙病毒和寨卡病毒等致命病毒進化領域,開展了卓有成效的研究,在《自然》、《細胞》等頂級雜誌上發表了十幾篇研究論文,已成為這一領域的國際著名科學家。

安德森博士和同事在新公布的預印本論文中,重點分析了近期關於新冠病毒刺突蛋白精細結構的最新研究。此前的研究表明,SARS冠狀病毒是通過其刺突蛋白與宿主細胞表面的一種受體蛋白血管緊張素轉化酶Ⅱ(ACE2)結合,後者介導病毒與宿主細胞的細胞膜相融合,使得冠狀病毒得以進入宿主細胞並釋放病毒RNA,再藉助宿主細胞的核酸複製系統和蛋白合成系統,大量合成新的病毒顆粒,新冠病毒同樣藉助於刺突蛋白與宿主細胞的ACE2結合而混入宿主細胞。無論是SARS冠狀病毒,還是新冠病毒,它們與宿主細胞的親和力均取決於病毒刺突蛋白受體結合結構域上最重要的6個胺基酸殘基,但是SARS冠狀病毒和新冠病毒上的這6個胺基酸殘基存在顯著差別,其中SARS冠狀病毒的6個胺基酸殘基為酪氨酸(Y442)、賴氨酸(L472)、天冬醯胺(N479)、天冬氨酸(D480)、蘇氨酸(T487)和酪氨酸(Y491),而新冠病毒的6個胺基酸殘基為賴氨酸(L455)、苯丙氨酸(F486)、谷氨醯胺(Q493)、絲氨酸(S494)、天冬醯胺(N501)和酪氨酸(Y505),可見無論關鍵的胺基酸種類,還是胺基酸所在位置,新冠病毒和SARS冠狀病毒均存在較大差異。

安德森等人還注意到新冠病毒刺突蛋白第486位殘基的苯丙氨酸的確對應於SARS冠狀病毒第472位殘基的賴氨酸。之前有研究表明,當SARS冠狀病毒第472位殘基的賴氨酸變成苯丙氨酸後,其與ACE2受體結合的親和力更強。不過,第486位殘基的苯丙氨酸在其他幾種SARS樣冠狀病毒的刺突蛋白上均有存在,而且從計算生物學預測角度,這一位點苯丙氨酸殘基和其他位點的關鍵胺基酸殘基對於增強與人ACE2受體結合能力均非最優選擇。換句話說,如果真有陰謀家想改造病毒,完全可以將這些關鍵胺基酸殘基進一步優化,以使病毒獲得更強結合人類細胞的能力。因此安德森等人認為,這些證據強烈證明新冠病毒並非人為基因改造而成的。

冠狀病毒與宿主細胞互作關係。 (Researchgate網站截圖/圖)

也非實驗室泄漏的已知病毒

2020年2月3日,武漢病毒研究所石正麗團隊在線發表在《自然》雜誌上的論文顯示,新冠病毒與一種來自雲南的中華菊頭蝠身上的SARS相關冠狀病毒RaTG13基因組同源性高達96%。在此之前,有人懷疑新冠病毒肺炎疫情是由實驗室保存的已知病毒不慎泄漏引發。美國阿肯色州共和黨參議員湯姆·科頓(Tom Cotton)曾在福克斯新聞電視台節目中暗示,該病毒可能來自中國的「生物安全4級實驗室」,儘管他後來在推特上澄清說,他並不是說新冠病毒是一種「工程化的生物武器」,但是相關起源的假設需要進一步探討。

不過,安德森等人認為,與蝙蝠冠狀病毒RaTG13相比,新冠病毒刺突蛋白受體結合結構域上的六個關鍵胺基酸殘基也有5個發生突變,不可能是類似已知病毒從實驗室泄漏。美國弗雷德·哈欽森癌症研究中心的病毒進化學家特雷弗·貝德福德(Trevor Bedford)與安德森持相同態度,他還認為早期病人數據的病毒多樣性足以反駁關於實驗室泄漏的說法。實驗室泄漏的病毒基因型是單一的,很難在短時間裡進化成在不同病人體內如此多樣化的病毒。

與此同時,安德森等人還總結出新冠病毒第二個獨特的特徵。冠狀病毒的刺突蛋白都含有兩個亞基,即S1亞基和S2亞基,中間有一個連接片段。法國國家科學研究大學和加拿大蒙特婁大學的研究人員2月11日在《抗病毒治療》雜誌上發表的論文顯示,新冠病毒刺突蛋白的S1亞基和S2亞基連接處存在一個弗林蛋白酶切位點,這個酶切位點除了兩個精氨酸和丙氨酸外,這幾個胺基酸殘基的前面還含有一個脯氨酸,即形成了PRRA結構。在之前的SARS冠狀病毒體外實驗中,在S1亞基和S2亞基連接處突變產生這一結構可增強病毒-細胞融合,但不會影響病毒的進入效率。也有研究表明,類似的結構可提高禽流感病毒和新城疫病毒致病性。不過,這一結構在SARS冠狀病毒、蝙蝠冠狀病毒RaTG13和其他動物來源SARS相關冠狀病毒上均不存在,是新冠病毒非常獨特的特徵。這進一步說明新冠病毒並非由某個實驗室保存的已知病毒。

安德森等人還指出,PRRA結構中脯氨酸的插入產生了一種特殊的轉角結構,推測可形成O端糖基化位點。這一糖基化位點的潛在功能尚不清楚,但它們可以產生一個「粘蛋白樣結構域」,該結構域可屏蔽新冠病毒刺突蛋白上的潛在表位或關鍵殘基,需要進一步研究。可見,新冠病毒與任何已知的冠狀病毒在核酸序列組成和蛋白序列組成上均存在不少細節上的變化,進一步說明了這個病毒並不是由一個已知的模板改造而成的病毒,因為新型冠狀病毒如果在體外細胞培養體系中連續傳代,極難同時獲得弗林蛋白酶切位點和O端糖基化,後者更是需要機體免疫系統的參與。

穿山甲是潛在的中間宿主

既然新冠病毒並非人造病毒,也非實驗室保存的已知病毒,那麼新冠病毒的自然宿主是誰呢?美國明尼蘇達大學和北卡羅萊納大學研究人員2020年1月29日在《美國微生物學會》網站上在線發表的論文顯示,新冠病毒的刺突蛋白受體結合結構域與人類、非人靈長類動物、豬、狗、雪貂等細胞的ACE2具有相似的高親和力,但是與小鼠和大鼠等嚙齒類動物的親和力較差。石正麗等人的研究則證明蝙蝠可能是新冠病毒的天然宿主。

2月7日,華南農業大學等機構召開新聞發布會,宣布穿山甲為新冠病毒的潛在中間宿主。研究人員首先對現有資料庫中一千多種野生動物基因組進行宏基因組分析,發現穿山甲攜帶的病毒跟新冠病毒的關係比較近,之後對穿山甲樣本進行了分子生物學分析,發現穿山甲中β冠狀病毒的陽性率高達70%;最後通過對病毒的基因組分析,研究人員發現分離的冠狀病毒株與目前感染人的新冠病毒毒株序列相似度高達99%,從而認為穿山甲為新型冠狀病毒的潛在中間宿主。2月21日,華南農業大學的研究論文也提前公布在預印本網站bioRxiv上。

美國貝勒醫學院和德克薩斯大學醫學中心的研究人員2月13日在bioRxiv上的預印本論文也發現了馬來亞穿山甲的冠狀病毒基因組與新冠病毒存在90%以上的相似性,而且馬來亞穿山甲冠狀病毒刺突蛋白受體結合結構域上的所有6個關鍵胺基酸殘基都與新型冠狀病毒相同。不過,與其他冠狀病毒一樣,馬來亞穿山甲冠狀病毒刺突蛋白上也缺乏新冠病毒特有的弗林蛋白酶切位點(PRRA)和O端糖基化位點,這提示可能存在其他中間宿主,而新冠病毒是通過這些中間宿主形成了弗林蛋白酶切割位點,之後才能傳播給人。

2月18日,香港大學管軼教授團隊與廣西醫科大學胡艷玲團隊也在預印本網站bioRxiv上發布關於穿山甲是新冠病毒中間宿主的研究論文。研究人員從廣西和廣東海關截獲的走私馬來亞穿山甲多個組織樣品中分離出冠狀病毒並測序,序列比對發現這些穿山甲冠狀病毒基因組與新型冠狀病毒有約85.5%至92.4%的相似性,其中廣東來源的穿山甲冠狀病毒與新冠病毒進化關係更加密切,而且廣東穿山甲冠狀病毒在刺突蛋白受體結合域上與新冠病毒胺基酸相似性高達97.4%,因此推測穿山甲為新冠病毒重要的潛在中間宿主。

穿山甲。 (joelsartore網站截圖/圖)

每次新型傳染病暴發之時,都會有各種人造病毒的謠言,這些謠言極大地干擾了科學家的研究工作,也在公眾當中製造了較大的恐慌。只有加快研究找出病毒的源頭,謠言自然會不攻自破。2月18日,由來自8個國家的27位公共衛生科學家在《柳葉刀》網站聯合發表《支持中國抗擊 2019 年新型冠狀病毒疾病(COVID-19)疫情中的科研、公共衛生、醫務工作者的聲明》,該聲明「強烈譴責關於該新型冠狀病毒疾病 COVID-19 並非自然起源的陰謀論」,認為 ,「來自世界各國的科研工作者已經對引發該疾病的病原 SARS-CoV-2 的全基因組進行了分析並公開發表了結果,這些結果壓倒性地證明了該冠狀病毒和其它很多新發病原一樣來源於野生動物。該科學結論也得到了來自美國國家科學、工程、醫學院院長及其所代表的科學界人士的支持。」這一聲明目前已得到全球數百位科學家的響應和簽名。

南方周末特約撰稿 湯波