力琴编译

人造论再次被否!新冠病毒的产生可追溯至 2009 年,SARS 期间或获得感染能力

新研究表示,新冠病毒通过重组产生,重组发生的时间有可能出现在 2009 年之前,并获得 SARS 的遗传特征,通过不断融合进化为现在的新冠病毒。 相关的研究团队还推断可能早在 2003 年 SARS 爆发时,冠状病毒就已经获得了感染人类宿主的能力。

当一种新病毒重现人类世界,依靠它的传染力不停地扰乱世界秩序,探索病毒起源成为亟待解决的关键性问题。

由于目前尚未获知新冠病毒的来源,关于新冠病毒的来源产生多种讨论。有的观点认为可能来源于人为的基因改造,也有人认为这可能是一种生物武器。

2020 年 1 月 31 日,印度理工学院德里分校的研究人员在 bioRxiv 上发表了一篇论文,称新型冠状病毒是人为改造的病毒,因其刺突蛋白 S 蛋白上含有四个插入片段,这些片段与 HIV-1 的某些片段完全同源或具有相似性。不过该篇论文因论证不充分已被撤回。

现在对于新冠病毒的来源又有了新的答案。新研究表示,新冠病毒通过重组产生,重组发生的时间有可能出现在 2009 年之前。该研究结果由美国哥伦比亚大学和哈佛大学研究团队于 2 月 18 日发表在预印本平台 bioRxiv 上,论文题目为《Recombination and convergent evolution led to the emergence of 2019 Wuhan coronavirus》。

该研究团队通过研究β-冠状病毒中的重组,包括 SARS 和 MERS 等人类感染病毒,经常包含 Spike 基因中的受体结合域(RBD)。他们发现,这种共同过程可能导致至少 11 年前在涉及 RBD 的 2019-nCoV 的祖先中发生了重组事件。

01 新冠病毒通过重组产生

新冠病毒(2019-nCoV)是一种先前未知的 RNA 冠状病毒,在核苷酸水平上与 SARS 冠状病毒具有 80%的相似性。

SARS 病毒和新冠病毒均属于目前知道的可以感染人类的 Sarbecovirus 亚属β冠状病毒。该属的其他病毒经常在蝙蝠中出现。2020 年 1 月,据报道,2013 年从中国云南省获得的蝙蝠分离株(命名为 RaTG13)与新冠病毒有 96%的相似性,这表明爆发病毒的祖先最近在蝙蝠中传播。

由于病毒种群出现在新宿主中的能力可以通过诸如快速突变率和重组等因素来解释,这些因素导致高遗传变异性和高进化率,估计每年每个位点(site)有 10-4 到 10-3 次替换。

此前针对冠状病毒的全基因组分析估计,冠状病毒的进化速度与其他快速进化的 RNA 病毒相同。不过需要特别注意的是,冠状病毒的刺突基因(Spike gene)进化速度,比同一病毒中其他基因的进化要快。该基因的编码蛋白(Spike,S 蛋白)能够与宿主细胞受体相互作用,是感染机体的关键决定因素。

在冠状病毒中经常发生 RNA 病毒重组,以从其他病毒株获得遗传物质。事实上,重组被认为在新冠病毒的产生中起到重要作用。新冠病毒属于β冠状病毒属的 Sarbecovirus 亚属,此前已有一些研究注意到,Sarbecovirus 亚属的冠状病毒成员均经历了广泛的基因重组。

为了研究重组是如何促使β冠状病毒实现在不同的亚属病毒和宿主之间进化。该研究团队分析了来自五个主要亚属感染哺乳动物的 45 个β冠状病毒序列,使用 RPDv4 程序包来识别重组断点,富集分析表明重组经常涉及 Spike 蛋白,该蛋白包括受体结合域(RBP)。

β冠状病毒的重组分析

研究团队将分析限制在最常见的宿主(蝙蝠)之后,发现重组事件的富集仍然存在,表明重组不是由多个人类序列的采样而驱动。总之,他们发现β冠状病毒在跨病毒亚属基因和宿主进行重组时,往往涉及 Spike 蛋白。

为了研究重组如何在病毒物种水平上影响新兴的人类β-冠状病毒,他们将注意力集中在 MERS(中东呼吸综合征)病毒上,对人类和骆驼都进行了更广泛的采样,这是最近人畜共患病的来源。结果发现,MERS 病毒也大量涉及 Spike 蛋白的重组。

冠状病毒结构示意图

Spike 蛋白是冠状病毒最重要的表面蛋白,与病毒的传染能力相关。Spike 蛋白可通过受体结合区(RBD)的基因重组或突变可以实现不同宿主间传播,并导致较高致死率。

02 追溯新冠病毒最早重组发生时间

为了研究新冠病毒最早重组事件的发生时间,研究团队进行滑动系统进化研究,在刺突基因中发现能够支持 RBD 进行潜在重组的 3 个部位。

研究团队发现,在 RBD 中一个影响到了新冠病毒与人类 SARS 病毒的显著重组事件,以及在 RaTG13 病毒、新冠病毒和人类 SARS 病毒共享着 47 个氨基酸,但其与蝙蝠 SARS 病毒(bat SARS-CoV)的序列并不相同。

由此可以证明,新冠病毒在 RBD 区域内与人类 SARS 病毒具有相似的基因类型,并且是通过重组方式产生的。

为了进一步追溯该重组产生的时间,研究团队通过使用贝叶斯谱系渐进方法(a Bayesian Phylogenetic approach),并与整个基因组谱系进行比较。

RBD 的时间发展谱系,包括 RaTG13 病毒、3 个新冠病毒序列(红色),6 个蝙蝠 SARS 病毒序列(黑色)和 9 个人类 SARS 病毒序列(蓝色)。推论表明至少在 11 年前(以红色圆点突出显示),甚至是在 28 年前(蓝色圆点)就进行过一次重组的可能情况。

结果发现,与全基因组系统发育一样,新冠病毒和 RaTG13 处于同一进化枝,而人类 SARS 病毒则在另一个分支上。

根据这些研究结果,该研究团队提出两种不同的可能性。第一种是新冠病毒源自人类 SARS 病毒与另外类似 SARS 的病毒两者间进行的重组;第二种是至少发生了两种不同的重组事件,其中一种导致了人类 SARS 病毒,另一种产生了这次的新冠病毒。

无论是基于哪一种可能,该团队推断认为导致产生 RaTG13 病毒和新冠病毒「共同祖先」的重组事件发生时间不迟于 2009 年。

此外,该研究团队还发现,自该重组发生以后,通过 RBD 区域内出现了大量的替换氨基酸,其中就有 40 多个具有 SARS 特征的氨基酸,从而使得这些病毒能够适应人类。

03 研究结果讨论

通过以上研究,该研究团队总结了冠状病毒遗传进化的两个主要过程,一是重组后产生突变,从而导致向人类 SARS 病毒的趋同进化;二是重组事件优先影响 Spike 基因中的 RBD 区,按属(β冠状病毒)和相关物种(MERS)的顺序排列。

新冠病毒的重组有可能早在 2009 年之前就已经发生。重组发生以后,通过 RBD 区域内出现了大量的替换氨基酸,其中就有 40 多个具有 SARS 特征的氨基酸,从而使得这些病毒能够适应人类。

研究团队推断可能早在 2003 年 SARS 爆发时,冠状病毒就已经获得了感染人类宿主的能力。

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