我們為何找病毒中間宿主?搞清這點能明白很多問題
2019年底湖北省武漢市出現的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)引發的肺炎疫情牽動著全國人民的心,也再一次將病毒學研究和防控推上了風口浪尖。正所謂消除恐懼的最好方法就是面對恐懼,我們今天就從病毒的宿主這一概念入手,談一談令人聞風喪膽的病毒是如何從自然界進入人類社會的。眾所周知,病毒無法獨立生長和復制,只能在宿主的活細胞內進行自我複制。
病毒宿主,指的是為病毒提供生存環境的生物。病毒通過的能量和代謝系統來獲取生命活動所需的物質和能量,從而在宿主體內不斷擴增,而攜帶病毒的宿主又可通過多種途徑散播病毒。
根據病毒的傳播路線,可以把宿主劃分為自然宿主,中間宿主和終宿主。
這三個聽來樸實無華的名字,其實隱含著“大學問”。
蝙蝠真的是“百毒不侵”嗎?自然宿主都這麼“強大”嗎?
首先,自然宿主是指除人以外,自然界中為病毒提供營養和復制場所的生物,是病毒天然棲息和繁殖的生存環境(在此僅適用於動物病毒)。
以蝙蝠為例,號稱全世界最危險的十大病毒裡,蝙蝠至少是其中六種的自然宿主(馬爾堡病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒、SARS冠狀病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒),堪稱“毒霸”。
然而,蝙蝠卻能與這些病毒長期相安無事,成為了高致病性病原的“煉丹爐”,主要是因為蝙蝠進化出了兩項“超能力”。
(1)蝙蝠是唯一會飛的哺乳動物。在飛行中,蝙蝠的體溫可高達40℃。大部分病毒被殺死的同時,小部分病毒得以進化,不再怕免疫系統的“發燒禦敵之策”。
(2)研究發現,與其他哺乳動物相比,蝙蝠的免疫系統識別異物的敏感性較低,針對病毒的攻擊不會引發過度的免疫反應,因此,蝙蝠與病毒的共生能力遠超其他哺乳動物。
那麼,這是否意味著,病毒往往能和自然宿主和平共處呢?
實際上,除蝙蝠外,確實也存在其他自然宿主與寄生病毒和平共處的情況,它們往往不會表現出明顯的臨床症狀,但這並非是普遍現象。
在宿主體內不斷擴增的病毒往往損害宿主,使其生病甚至死亡,就像看似強大的蝙蝠也會因狂犬病毒感染而喪命。
同時,宿主並非只是被動地接受病原體的損害,其自身免疫系統具有主動產生抵制、中和外來侵襲的能力。如果宿主的抵抗力較強,病原體就難以侵入或侵入後迅速被排除或消滅。
雲南省一洞穴內的中華菊頭蝠(圖片來源:張禮標/廣東省生物資源應用研究所)
像這樣的中間宿主,SARS有10種以上!
中間宿主,顧名思義,就是處於中間階段的宿主,可以為病毒提供暫時性的營養和保護,中間宿主常常作為媒介,將病毒“運輸”到“終點站”,即終宿主。
需要指出的是,中間宿主是一個相對概念,並非絕對概念。中間宿主可以包括多個物種。
以SARS冠狀病毒為例,研究表明有10種以上哺乳動物易受該病毒感染,而目前普遍認為果子狸為其傳播的主要中間宿主,因為早期感染者曾和果子狸有過密切接觸,且從果子狸上分離出的類SARS冠狀病毒與人身上分離的SARS病毒高度同源。同時,也有證據表明,存在果子狸以外的動物參與了SARS冠狀病毒向人類的傳播。
新冠病毒是吃蝙蝠吃出來的嗎?
當下,正肆虐全國的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的溯源工作正緊鑼密鼓的進行著。2020年1月23日,中國科學院武漢病毒研究所石正麗團隊在bioRxiv預印版平台上發表文章報導了SARS-CoV-2與一種蝙蝠中的冠狀病毒序列一致性高達96%。
在進化樹位置上,SARS-CoV-2與SARS冠狀病毒和SARS樣冠狀病毒的類群相鄰,但並不屬於SARS和SARS類病毒類群。由於新型冠狀病毒的進化鄰居在各類蝙蝠中均有發現,故推測其自然宿主也可能是蝙蝠。
相關報導一出,網絡上關於吃蝙蝠得肺炎的視頻、觀點一時間甚囂塵上,引發了全民大關注。
其實,只要了解了病毒在自然宿主與在中間宿主體內的區別,就不會輕易相信這一說法。
現階段,儘管尚不能完全排除病毒直接從自然宿主傳染給人類的可能性,但事實上這種機率可以說微乎其微。
研究表明,存在於自然宿主體內的祖病毒不能有效利用人類易感細胞受體,無法打開入侵門戶,是限制祖病毒向人類直接傳播的主要因素[1]。
為什麼我們一定要找到中間宿主?
這也引出了另一個重要的問題,為什麼我們一定要找到中間宿主?
根據我們目前對病毒的認識,如果一種此前並不能感染人類的病毒,想要變得能夠感染人類,一定存在中間宿主使其快速進化,進化方式主要分為基因重組和基因適應性突變兩種。此處的基因重組指的是兩種或兩種以上病毒在宿主細胞內復制時,遺產物質發生物理交換的現象,可以導致病毒產生新的表型。
我們以SARS-CoV-2的近鄰SARS冠狀病毒為例,原本蝙蝠攜帶的SARS樣冠狀病毒是無法感染人的,但是,蝙蝠SARS樣冠狀病毒和另一種可以感染人類的冠狀病毒可能共同感染中間宿主,在中間宿主的體內,蝙蝠SARS樣冠狀病毒“偷師”了感染人的技能,它們通過重組獲得另一種病毒的ACE2(SARS冠狀病毒受體)結合位點,通過這個位點,它們變得能夠結合人類易感細胞。
另一種進化方式是不依賴重組的連續進化。蝙蝠中的冠狀病毒可以通過在大於1個中間宿主體內進行適應(即點突變)來獲得或提高祖病毒結合人ACE2的能力,然後才能有效感染人。研究人員發現,SARS冠狀病毒和SARS樣冠狀病毒之間至少存在3個不連續的高度可變的基因組區域,表明第二種進化機制的可能性更大。
這也解釋了為什麼SARS冠狀病毒能夠引起人類大流行,而與之密切相關的蝙蝠SARS樣冠狀病毒卻不能。
冠狀病毒作為一種RNA病毒,其基因組複製所需的RNA複製酶缺乏校正功能,因此復制時的錯誤率即基因突變率很高,加之不同冠狀病毒的RNA與RNA之間的重組率也很高,所以冠狀病毒的變異並不是一件難事。
因此,尋找 SARS-CoV-2 的中間宿主顯得尤為重要。
正是中間宿主為病毒提供了變異進化和接觸人類的機會,只有隔絕了中間宿主,才算真正隔離了傳染源。
自新冠肺炎暴發以來,對於SARS-CoV-2中間宿主的研究可謂眾說紛紜。2020年1月24日,北京大學工學院生物醫學工程系朱懷球教授團隊在bioRxiv預印版平台發表研究文章,該研究使用基於深度學習算法開發的VHP(病毒宿主預測)方法提示水貂可能為SARS- CoV-2的中間宿主。
緊接著,華南農業大學於2月7日發布消息稱:經過多家研究團隊聯合攻關,通過病毒分離鑑定以及分子生物學檢測方法發現從穿山甲中分離的病毒株與目前感染人的毒株序列相似度高達99% ,提示穿山甲是SARS-CoV-2的潛在中間宿主。
水貂(圖片來源:開源網絡)
穿山甲(圖片來源:https://www.naturepl.com/stock-photo-manis-pentadactyla-nature-image00551471.html)
雖然,目前關於中間宿主的研究尚未有定論,但至此,我們已經可以大致梳理出SARS-CoV-2從自然界進入人類社會的一條可能路線:寄生於自然宿主蝙蝠體內的某種冠狀病毒通過某種途徑感染了水貂、穿山甲等潛在中間宿主。祖病毒在中間宿主體內不斷地進行適應性突變或與其他冠狀病毒進行基因重組,從而獲得了感染人類的能力。感染後的中間宿主進入市場後,將病毒傳給了與之有過密切接觸的人員。
前路漫漫,但我們從不缺乏面對困難的勇氣。
故事是否到此結束了呢?事實上還遠遠沒有。
在發現了一種可以感染人的新型人獸共患病原後,防控工作的重中之重無疑是確定這種新型病毒是否具備在人際中傳播的能力,也就是病毒在終宿主體內發生的故事。
事實上,當一種動物源性病毒在不斷進化獲得感染人類的能力後,並非意味著它就一定可以在人群中傳播。
以我們熟知的H5N1亞型禽流感病毒為例,H5N1從其自然宿主野生水禽傳播至家禽,再從家禽傳播到極少數人類後並未引起疾病的大流行,這是因為H5N1在人體內未能完成適應性進化。
再如2003年的SARS冠狀病毒,分子流行病學分析表明,人的SARS冠狀病毒分離株可根據疫情暴發的早期,中期和晚期分為3組,早期分離株與動物分離株的關係更密切[ 2]。
也就是說,病毒進人體後仍會不斷發生變異以更好地適應人體環境,最終獲得在人群中廣泛傳播的能力,至此病毒才算完成了它的終極“使命”。
從深不見底的地下洞穴,到人跡罕至的撒哈拉沙漠,再到南極冰蓋之下1英里的深藏湖水——新發現的病毒無處不在,數量之巨注定人類與病毒之間的抗衡將是一場持久戰。
新冠肺炎暴發至今,我們痛心於不斷上升的確診病例和死亡人數,我們感動於一方有難八方支援的民族大義,我們欽佩於一線醫護人員和科研工作者的無私奉獻!相信在全國人民的共同努力下,我們終將打贏這場疫情攻堅戰!