最大的謎團:追蹤冠狀病毒源頭需要什麼

SARS-CoV-2 來自一種動物,但找到是哪種動物將很棘手——平息關於實驗室洩漏的猜測也將如此

病毒學家石正麗(左)與同事在位於中國中部湖北省武漢市的武漢病毒研究所(WIV)P4實驗室工作,照片攝於2017年2月23日星期四。

自從疫情開始以來,冠狀病毒來自哪裡一直是最大的謎團之一。它幾乎可以肯定起源於蝙蝠,本週釋出的一項新研究——對中國冠狀病毒最全面的分析——為該理論增加了進一步的砝碼。

但是,圍繞病毒如何傳播給人類的模糊性意味著,由美國總統唐納德·特朗普推動的未經證實的理論——病毒從中國實驗室逃逸——仍然存在。

相比之下,大多數研究人員表示,鑑於迄今為止對這種病毒和其他類似病毒的瞭解,更可能的解釋是蝙蝠將其傳播給中間動物,然後中間動物將其傳播給人類。


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5月中旬,世界衛生組織的關鍵決策機構世界衛生大會通過了一項決議,呼籲該機構與其他國際組織合作,查明動物源頭。

但是科學家們表示,所需證據的性質意味著,追蹤動物源頭將很困難,並且完全排除有關設施——武漢病毒研究所(WIV)——作為源頭也將很困難。

WIV 是一家因其在蝙蝠冠狀病毒方面的工作而備受推崇的實驗室,它位於疫情首次爆發的城市,這可能只是一個巧合。但是,其研究人員為解開疫情起源所做的領先工作,以及關於其在疫情中可能扮演角色的未經證實的猜測,已將其推向聚光燈下:最新蝙蝠研究的幾位作者在那裡工作。

對該設施進行獨立調查可能是令人信服地排除實驗室作為疫情可能來源的唯一方法,但科學家們認為,鑑於圍繞該問題的微妙地緣政治,這種調查不太可能進行。

動物起源

最新研究中,研究人員分析了在中國蝙蝠中發現的約 1240 種冠狀病毒的部分序列。他們報告說,引發大流行的病毒 SARS-CoV-2 與在馬蹄蝠 (Rhinolophus) 中發現的一組病毒最密切相關。

他們的發現補充了早先的一份報告,該報告稱,其中一些作者在雲南省中間馬蹄蝠 (Rhinolophus affinis) 中發現的一種名為 RATG13 的冠狀病毒,其基因序列與 SARS-CoV-2 共享 96%。

最新分析的作者指出,這兩種病毒所屬的病毒組似乎起源於雲南省。但是,由於該團隊僅從中國的地點收集病毒,他們無法排除 SARS-CoV-2 祖先可能來自鄰國緬甸和寮國,那裡的馬蹄蝠也生活。

發表在 bioRxiv 上的這項研究的合著者是石正麗,WIV 病毒學家,她在疫情期間對中國冠狀病毒進行的廣泛調查工作引起了特別關注。石正麗駁斥了實驗室曾經擁有類似於 SARS-CoV-2 病毒的說法,並曾警告說另一種類似 SARS 的疾病從動物中出現的風險。“她實際上警告過我們,自然界中存在蝙蝠病毒,可能會蔓延到人類,”伯爾尼大學的病毒學家 Volker Thiel 說。

迄今為止發現的蝙蝠病毒都不夠類似於 SARS-CoV-2,無法成為直接祖先。因此,雖然新病毒可能直接從蝙蝠傳播給人類,但研究人員認為,更有可能是透過中間動物傳播的。證據表明,導致嚴重急性呼吸系統綜合症 (SARS) 的相關冠狀病毒透過果子狸從蝙蝠傳播給人類,而駱駝是導致中東呼吸系統綜合症 (MERS) 的另一種相關病毒的中間來源。人們發現這些物種攜帶的病毒版本幾乎與在人類中看到的病毒版本相同。

在動物中發現與 SARS-CoV-2 幾乎相同的病毒將為病毒如何傳播給人類提供最有說服力的證據。澳大利亞墨爾本聯邦科學與工業研究組織健康與生物安全部門主任 Rob Grenfell 說,這將需要在中國的野生動物和牲畜中進行廣泛的冠狀病毒取樣。據報道,中國已開始此類調查,但有關其狀況的資訊很少釋出。

在最初的 SARS 爆發後也進行了類似的調查。首例病例出現在 2002 年 11 月,但直到 2003 年 4 月才確定病因是冠狀病毒。到那時,當局已經懷疑動物參與其中,因為在中國廣東省(疫情爆發地),早期病例中有 30% 以上是活體動物市場的工人。一個月後,研究人員在活體動物市場的果子狸中發現了該病毒。研究人員後來將果子狸與人類 SARS 病例聯絡起來——一家供應棕櫚果子狸 (Paradoxurus hermaphroditus) 的餐廳的女服務員和顧客的病毒檢測呈陽性,還有六隻動物的檢測呈陽性。

但是,花了將近 15 年的時間和廣泛的動物取樣才在蝙蝠中找到密切相關的病毒。正是石正麗領導的團隊對中國偏遠洞穴中的數千只蝙蝠進行了取樣。即使他們發現了 SARS 病毒的所有遺傳成分,他們也沒有找到一種具有相同遺傳組成的病毒

科學家們表示,查明 SARS-CoV-2 的動物來源可能需要同樣長的時間。世界各地的研究小組已經在使用計算模型、細胞生物學和動物實驗來研究易感染該病毒的物種——因此可能是來源——但到目前為止,它仍然難以捉摸。

實驗室推測

WIV 擁有一個最高安全級別的實驗室,它是全球為數不多的幾十個生物安全等級 4 (BSL-4) 實驗室之一。儘管沒有證據支援病毒從那裡逃逸的說法,但科學家們表示,完全排除這種可能性將是棘手且耗時的。

該實驗室確實儲存著與 SARS-CoV-2 相關的冠狀病毒,因此有可能其中一種病毒可能已經逃逸,可能是如果實驗室工作人員意外地從設施中的病毒樣本或動物身上感染,然後將其傳播給設施外的人。理論上也有可能實驗室的科學家為了研究目的而調整了病毒的基因組,然後病毒逃逸了,但是,同樣,沒有證據表明他們這樣做過。石正麗拒絕回應《自然》雜誌關於她的實驗的問題,稱她已經被媒體請求淹沒。

4 月,實驗室主任袁志明表示,該病毒並非來自實驗室。他告訴中國國家廣播公司 CGTN:“我們知道正在進行哪些病毒研究,我們知道病毒是如何管理的,我們知道樣本是如何管理的。病毒肯定不是來自這裡。” 武漢病毒研究所沒有人回應《自然》雜誌多次提出的關於實驗室可能參與疫情的建議的評論請求。

2017 年,《自然參觀了武漢 BSL-4 實驗室,袁志明展示了其閃閃發光的新裝置、高安全性測試室和精心設計的通風系統,以確保病原體得到安全控制。他說,他的團隊與法國生物安全科學家合作,建造了世界上最先進的生物安全研究實驗室,並且該小組正在採取一切措施來防止事故發生。袁志明說,他“想讓世界瞭解我們為什麼要建造這個實驗室,並描述它在維護世界安全方面的作用”。

也沒有該研究所發生事故的記錄,但包括 SARS 在內的病毒此前曾意外地從實驗室逃逸,包括在中國——儘管沒有一起導致重大疫情。SARS 的意外洩漏被追溯到2004 年北京的一個實驗室,當時那裡的研究人員生病了。但是,沒有關於 WIV 研究人員生病的報告。

幾位科學家表示,確定實驗室是否與該病毒有關將需要進行法醫調查。調查人員將尋找與 SARS-CoV-2 基因序列相匹配的病毒,如果他們找到一種病毒,則需要尋找任何可能逃逸的證據。羅格斯大學結構生物學家 Richard Ebright 說,要做到這一點,當局需要從實驗室採集樣本,採訪工作人員,審查實驗室日誌和安全事件記錄,並檢視研究人員一直在進行哪些型別的實驗。

在 2 月份接受中國媒體《財新》採訪時,石正麗表示,她希望進行調查,因為她相信她的研究所與新型冠狀病毒之間不會發現任何聯絡。中國官方媒體也表示,可能會進行調查,但尚未釋出任何細節。

但是,此前在美國管理 BSL-4 實驗室的 Frank Hamill 表示,這樣的調查可能不會得出任何確鑿的結論。Hamill 目前在位於馬里蘭州蓋瑟斯堡的 MRIGlobal 工作,該公司為實驗室提供生物安全方面的建議。Hamill 說,更公開其工作人員正在進行的研究符合實驗室的最大利益。但他補充說,美國生物安全實驗室遠未對其自身的研究完全透明。“當我們要求武漢研究所公開其檔案並讓人們開始四處打探時,我們處於一個艱難的境地。這有點虛偽,”Hamill 說。

自然產物

中國境外的一些科學家已經詳細研究了該病毒的基因組,並得出結論,該病毒是自然產生的,而不是來自實驗室。

3 月 17 日發表在《自然醫學》上的一項分析討論了該病毒的幾個不尋常的特徵,並提出了它們可能如何從自然過程中產生的。首先,當進行旨在基因改造病毒的實驗時,研究人員必須使用現有冠狀病毒的 RNA 作為骨架。如果科學家們研究過這種新型冠狀病毒,他們很可能使用了已知的骨架。但該研究的作者報告說,科學文獻中記錄的任何已知病毒都不能作為建立 SARS-CoV-2 的骨架。

為了進入細胞,冠狀病毒使用“受體結合域” (RDB) 附著在細胞表面的受體上。SARS-CoV-2 的 RBD 具有與其他任何冠狀病毒不同的部分。儘管實驗證據——以及大流行的巨大規模——表明該病毒非常成功地與人類細胞結合,但作者指出,對其獨特 RBD 部分的計算機分析預測它不應結合良好。作者認為,因此,沒有人會嘗試設計病毒,以這種方式設計 RBD——這使得該特徵更有可能作為自然選擇的結果出現。

作者還指出了 SARS-CoV-2 的另一個不尋常的特徵,它也是幫助病毒進入人體細胞機制的一部分,稱為弗林蛋白酶切割位點。作者認為,自然過程可以解釋這個特徵是如何出現的。事實上,在一種密切相關的冠狀病毒中也發現了類似的位點,這支援了作者的說法,即 SARS-CoV-2 的所有組成部分都可能來自自然過程。

加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯研究所的病毒學家、該論文的主要作者 Kristian Andersen 說,分析表明,SARS-CoV-2 非常不可能是在實驗室製造或操縱的。“我們有很多資料表明這是自然的,但沒有資料或證據表明它與實驗室有任何聯絡,”他說。

但是,幾位科學家表示,儘管他們不相信該病毒是從實驗室逃逸的,但分析在揭示其起源方面是有限的。

蒙大拿州米蘇拉蒙大拿大學的病毒學家 Jack Nunberg 說,不太可能有基因組已被操縱的特徵性跡象,他不相信該病毒來自實驗室。例如,如果科學家在病毒的基因組中添加了弗林蛋白酶切割位點的指令,“就無法知道是人類還是自然插入了該位點,”他說。

德國弗萊堡大學 RNA 進化研究員 Milad Miladi 說,最終,將非常困難甚至不可能證明或證偽病毒從實驗室逃逸的理論。儘管像石正麗這樣的科學家警告世界,遲早會出現一種新的傳染性呼吸道疾病,“但不幸的是,在為此做好準備方面做得很少,”他說。他希望各國政府能夠吸取教訓,為下一次大流行做好更充分的準備。

本文經許可轉載,並於 2020 年 6 月 5 日首次發表

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