如果要給世界上最可怕的死法排名,埃博拉感染肯定會名列前茅。它以突發性發燒開始,然後透過液化人體內部器官而致死。在患病者中,有 50% 至 90% 的人會死亡,這使得埃博拉成為已知最致命的病毒之一。其他疾病會導致更多人死亡,但埃博拉的神秘性和兇猛性已成為新興和再次出現病原體日益增長的風險的象徵。
最嚴重的兩次埃博拉疫情發生在 1976 年和 1995 年的扎伊爾,期間幾乎沒有病例報告。(一些研究人員甚至推測,公元前 425 年結束的“雅典瘟疫”是一次孤立的埃博拉流行病。)沒有人知道該病毒在休眠期間藏在哪裡。
在 4 月 16 日出版的《美國國家科學院院刊》上,亞特蘭大疾病控制與預防中心的 Anthony Sanchez 及其同事報告了在揭示使這種微觀怪物運轉的遺傳機制方面取得的一些顯著進展。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
病毒學家已將四種已知的埃博拉病毒變種(扎伊爾、蘇丹、象牙海岸和雷斯頓毒株)以及一種與基因相關的猴病毒馬爾堡歸類為絲狀病毒屬。Sanchez 的團隊分析了一些關鍵的病毒基因;利用這些資訊,研究人員將絲狀病毒置於系統發生樹上,該樹狀圖顯示了生物體之間的進化關係。五種病毒中的每一種都佔據其自身基因上不同的分支。從這些分支中萌發的是進化“小枝”——埃博拉變種被進一步劃分成的微型毒株。
這種小的分歧是突變的必然結果,即複製過程中的自然錯誤。Sanchez 論文中揭示的最大驚喜是這些小枝是多麼的微小。考慮到病毒的繁殖方式,科學家們原本預計在每種埃博拉毒株中看到更多的遺傳異質性。
在大多數高等生物中,遺傳物質(DNA)會校對每個複製品,以確保子細胞中的遺傳物質與親細胞中的完全相同。病毒的情況略有不同。以導致艾滋病的病毒 HIV 為例。HIV 是一種逆轉錄病毒:病毒內的遺傳物質是 RNA,一種比 DNA 的雙螺旋結構簡單的分子。一旦進入宿主細胞,HIV 的 RNA 會在病毒繁殖前轉化為 DNA。透過這種方式,逆轉錄病毒也具有校對能力,但不如高等生物中的校對能力有效。
然而,絲狀病毒以 RNA 的形式繁殖;與 HIV 不同,它們不具備檢查每個副本的能力。因此,“錯誤率比基於 DNA 的系統高一百萬倍,” Sanchez 的合著者之一 Timothy Nichol 說。為了弄清埃博拉的突變傾向如何在現實世界中發揮作用,疾病預防控制中心的研究人員將 1976 年扎伊爾基奎特疫情中捕獲的埃博拉毒株與 1995 年扎伊爾延布庫疫情中採集的毒株進行了比較。儘管兩次流行病相隔 1000 多公里,並且該病毒有 18 年的突變時間,但兩種扎伊爾埃博拉分離株的基因序列幾乎完全相同。此外,巴斯德研究所的 Bernard LeGuenno 發現,最近 1996 年在加彭爆發的扎伊爾埃博拉毒株也與 1976 年的分離株幾乎相同。似乎有什麼東西在抑制絲狀病毒遺傳分化的自然傾向。
Sanchez 及其同事認為,在過去的 20 年裡,扎伊爾埃博拉基本上以其原始形式最舒適——換句話說,自然選擇壓力有利於原始毒株的生存,而不是任何突變體。這種對現狀的偏愛與 HIV 的行為形成鮮明對比。HIV 在繁殖過程中也會發生突變(校對並非萬無一失),但不如絲狀病毒容易發生突變。但由於人類透過使用藥物攻擊 HIV 來施加選擇力,因此偶然具有抗藥性的突變體將會增殖。
為了確定毒株之間的遺傳距離,Sanchez 的團隊將注意力集中在病毒差異最大的基因上。由於已知所有埃博拉毒株都發生了物種跳躍——從它們假定的天然宿主到猴子和人類——研究人員預測最大的變異將發生在使病毒能夠識別不同細胞物種的基因中。在埃博拉的情況下,最相關的基因被證明是糖蛋白基因,該基因產生位於病毒表面的蛋白質,並被認為可以將病毒轉移到宿主細胞內部。疾病預防控制中心小組此後研究了埃博拉基因組的其他部分;Nichol 報告說,到目前為止,糖蛋白基因實際上似乎是變異最大的基因。
選擇分析糖蛋白基因可以獲得額外的見解:它揭示,除了透過破壞它們感染的細胞來殺死受害者之外,絲狀病毒可能透過抑制免疫系統來起作用。這可能是它們如此致命的原因之一。Sanchez 的團隊發現,絲狀病毒糖蛋白基因的一部分與功能是抑制免疫系統的其他病毒的糖蛋白基因的相應部分非常相似。事實上,埃博拉受害者通常在沒有有效免疫反應的證據下死亡。
一項相關的研究方向是尋找動物“貯藏庫”,即埃博拉在人類疫情之間漫長的間隙中居住的藏身之處。科學家們尚不知道埃博拉潛伏在哪個或哪些生物體內,但來自疾病預防控制中心、世界衛生組織和美國陸軍的團隊目前正在篩選數百種非洲動物物種,以尋找貯藏庫。無論它是什麼,扎伊爾 1976 年和 1995 年埃博拉毒株之間的高度相似性(研究的 RNA 片段變化不到 1.6%)向疾病預防控制中心小組表明,兩個地點的貯藏庫是相同的,並且該生物要麼在扎伊爾廣泛存在,要麼是遷徙物種。
另一方面,四種埃博拉毒株以及馬爾堡病毒的遺傳差異高達 45%。如此顯著的差異暗示著各種絲狀病毒是由不止一個物種攜帶的。每種毒株可能都在緩慢地共同進化,以與它們各自尚未知的宿主舒適地生活在一起。
與結核病和肝炎等其他不太引人注目但分佈更廣的疾病相比,埃博拉實際上構成的威脅相當有限:恰恰因為它會如此迅速地殺死受害者,因此不容易傳播。然而,所有病原體都會發生突變,有時會導致出現更惡性的版本(正如耐藥性結核病菌株的出現所證明的那樣)。病毒學家正在繼續研究絲狀病毒的遺傳學,希望找到治療方法或疫苗。但即使他們最終找到了,埃博拉像許多其他病原體一樣會再次出現的威脅也將始終存在。