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來源：我是科學(xué)家iScientist

新冠病毒爆發(fā)以來，不少人懷疑其出自人為改造，其中一個(gè)焦點(diǎn)，就是2015年《自然·醫(yī)學(xué)》上發(fā)表的一篇論文（中國(guó)科學(xué)家石正麗教授為作者之一），論文里提到研究者構(gòu)建了一種類似于SARS的“嵌合病毒”，發(fā)現(xiàn)這種病毒可以感染人的細(xì)胞[1]。

2015年刊登在《自然·醫(yī)學(xué)》上的論文：《一個(gè)類似SARS的蝙蝠冠狀病毒群顯示了人類感染的可能性》| Nature.com

然而，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此已迅速做出回應(yīng)，表明論文中的“嵌合病毒”和新冠病毒并無關(guān)聯(lián)。那么，科學(xué)家當(dāng)年究竟為什么要做這項(xiàng)研究？改造病毒的真正意義又是什么？這些還要從冠狀病毒的特殊性說起。

冠狀病毒“門路”廣

病毒進(jìn)入細(xì)胞前，都需要先用自帶的鑰匙打開細(xì)胞膜表面特定的鎖——某個(gè)受體蛋白，讓細(xì)胞誤以為有營(yíng)養(yǎng)物送上門，主動(dòng)吞下病毒。不同細(xì)胞上的鎖各有不同，大多數(shù)病毒必須找到自己專屬的那道門才進(jìn)得去細(xì)胞。所以，細(xì)胞上的“鎖”決定了病毒感染的范圍。

細(xì)胞表面各種各樣的鎖（受體），決定了病毒的感染范圍 | 圖蟲創(chuàng)意

許多“鎖”只掛特定的細(xì)胞上，這會(huì)限制相應(yīng)病毒感染的途徑。比如HIV，它要打開的鎖主要是人免疫細(xì)胞上的表面抗原分化簇4受體蛋白（簡(jiǎn)稱CD4蛋白）。

帶有CD4的免疫細(xì)胞主要分布在血液和淋巴系統(tǒng)內(nèi)。這使得HIV只能通過血液、母嬰或性等有限途徑傳播。另外，CD4受體蛋白是靈長(zhǎng)類動(dòng)物所獨(dú)有的，因此其他動(dòng)物對(duì)HIV不易感，也就很難在不同的物種間互相傳播。

而對(duì)于SARS、MERS和2019-nCoV這類冠狀病毒來說，進(jìn)入細(xì)胞就方便多了：它們要找到的鎖是血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（簡(jiǎn)稱ACE2蛋白）。ACE2分布廣泛，暴露的粘膜細(xì)胞（呼吸道、消化道，甚至眼結(jié)膜）均是潛在的感染對(duì)象，這決定了SARS、MERS和2019-nCoV可以通過接觸、飛沫等途徑來傳播，因此能在人群中迅速傳播和爆發(fā)。

冠狀病毒是一類RNA病毒 | WHO

而且，ACE2蛋白不僅人有，絕大部分哺乳動(dòng)物都有，而且結(jié)構(gòu)很相似。如人和小鼠的ACE2蛋白一致性是83%，和豬是82%，和蝙蝠則是80%，這就為病毒在不同物種間的傳播埋下了伏筆。

病毒“串門”的天時(shí)地利人和

有了相似的門鎖，冠狀病毒就有了打開其他動(dòng)物細(xì)胞大門的“天時(shí)”，接下來要做的，就是改造鑰匙，提升感染能力和致病力，創(chuàng)造“地利”。怎么實(shí)現(xiàn)呢？答案是：基因突變。

首先我們要知道，病毒復(fù)制過程中產(chǎn)生的突變是完全隨機(jī)的，基因組的任何位置上發(fā)生突變都不奇怪。而且，相比DNA病毒，RNA病毒的突變頻率更高，它們進(jìn)入細(xì)胞后會(huì)揮舞起自帶的“仙女棒”——RNA聚合酶（這是一個(gè)易導(dǎo)致高突變的RNA復(fù)制機(jī)器），在感染細(xì)胞后一邊復(fù)制一邊“變大變小變漂亮”。包括SARS、MERS和2019-nCoV在內(nèi)的冠狀病毒，就是這樣的RNA病毒。

RNA病毒自帶變身”仙女棒“

既然突變是沒有方向的隨機(jī)事件，要進(jìn)化出適應(yīng)新物種的鑰匙，概率其實(shí)并不高。多數(shù)時(shí)候，這樣的嘗試都會(huì)失敗。病毒在新宿主體內(nèi)初來乍到，不適應(yīng)新環(huán)境，感染效率不夠高，也隨時(shí)可能被宿主體內(nèi)巡邏的免疫細(xì)胞消滅。新宿主不會(huì)有任何癥狀，甚至有可能在宿主無法察覺的情況下對(duì)動(dòng)物病毒產(chǎn)生了免疫。

這時(shí)候就還需要一些“人和”。只要病毒有足夠多的機(jī)會(huì)接觸新宿主，反復(fù)“碰運(yùn)氣”，總有一天能遇到某個(gè)免疫力不太強(qiáng)的宿主，獲得了足夠的時(shí)間來產(chǎn)生一些能提高對(duì)新宿主的感染效率的突變——那么，這個(gè)病毒就有可能“大力出奇跡”，磨出一把開啟新物種門鎖的鑰匙，搖身一變成為流行病的主角。

這話雖然魯迅沒說過，但道理沒錯(cuò)

因此，那些離接觸到動(dòng)物病毒最近的人（例如頻繁接觸野生動(dòng)物的獵人、屠夫、廚師和貪嘴的食客），是最容易幫助病毒“串門”的?？赡芤淮蝺纱螞]事、十次八次也沒事，但成百上千次接觸后，就保不住某一次讓病毒成功出道。2003年爆發(fā)的SARS，零號(hào)病人就是一位廚師。

怎樣判斷病毒的傳播途徑？

分析病毒傳播的來龍去脈，依靠的是病毒基因組序列的差異。

不同動(dòng)物身上的冠狀病毒，在進(jìn)化上都具有共同祖先。在曠日持久的病毒-宿主大戰(zhàn)中，病毒自發(fā)而隨機(jī)地產(chǎn)生突變，每代病毒都繼承了前代已有的突變，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)產(chǎn)生新的突變。因此，兩個(gè)病毒的基因組序列相似度越高，它們之間的親緣關(guān)系就越近。在假設(shè)基因突變是自發(fā)、隨機(jī)且頻率固定的前提下，如果我們觀測(cè)到動(dòng)物A、B、C身上的冠狀病毒，兩兩之間都有10個(gè)獨(dú)立的基因位點(diǎn)互不相同，則我們可以認(rèn)為它們是各自獨(dú)立進(jìn)化的。而若動(dòng)物C身上的冠狀病毒和動(dòng)物D的之間只有3個(gè)位點(diǎn)。動(dòng)物D的和動(dòng)物E的只差1個(gè)位點(diǎn)。則我們可以認(rèn)為在短時(shí)間里病毒發(fā)生了由C到D再到E的跨物種傳播。

以SARS病毒為例，與它親緣關(guān)系最近的是來自于果子貍的冠狀病毒，其次是中華菊頭蝠來源的冠狀病毒。正是由此，研究者確定了“中華菊頭蝠-果子貍-人”的傳播途徑；而它們和MERS的親緣關(guān)系，都要遠(yuǎn)得多。

冠狀病毒的進(jìn)化關(guān)系 | 參考文獻(xiàn)[2]

不過，這樣的分析，是在流行病爆發(fā)之后追查原因得到的。知彼知己才能防患于未然，怎么樣才能提前知曉冠狀病毒是否還會(huì)爆發(fā)？我們能否通過SARS、MERS等積累下來的應(yīng)對(duì)策略、治療方案、研發(fā)的疫苗和藥物應(yīng)對(duì)未來潛在的新疫情？這些問題只有通過嚴(yán)格防護(hù)下的生物試驗(yàn)才能一一解答。而2015年發(fā)表的這篇論文，正是這些試驗(yàn)當(dāng)中的一個(gè)。

蝙蝠預(yù)警與“嵌合體病毒”研究

蝙蝠可以長(zhǎng)期攜帶冠狀病毒卻不會(huì)發(fā)病，這為病毒積累各種各樣的突變提供了絕佳的溫床。除了單個(gè)基因位點(diǎn)的突變外，不同冠狀病毒之間還有可能自發(fā)隨機(jī)地產(chǎn)生重組，即兩種或多種冠狀病毒各自取一段基因組裝在一起，形成新的冠狀病毒（同類病毒才能重組，不同類型病毒，如把HIV和冠狀病毒放在一起，不會(huì)誕生出新病毒）。

2003年的SARS和2014年的MERS爆發(fā)，為人們敲了警鐘：蝙蝠身上的冠狀病毒極有可能再次引發(fā)新的冠狀病毒疫情。我們需要搞清楚，蝙蝠來源的病毒是如何感染人的？又能否通過現(xiàn)有的策略預(yù)防新病毒？就此，科研人員用SARS病毒，以及野生蝙蝠來源的與SARS親緣關(guān)系最近的冠狀病毒SHC014展開了測(cè)試。

蝙蝠身上的冠狀病毒極有可能再次引發(fā)新的冠狀病毒疫情 | ECOHEALTH ALLIANCE

SARS對(duì)于人的氣管上皮細(xì)胞以及小鼠都具有很高的感染效率，對(duì)于小鼠的致病力也很強(qiáng)。

研究發(fā)現(xiàn)蝙蝠來源的SHC014，也可以感染人細(xì)胞和小鼠。但是較之于SARS，感染的效率就低得多了，也不會(huì)表現(xiàn)出任何病征。

然后，研究人員把SARS的鑰匙部件（刺突糖蛋白）置換成了SHC014的，構(gòu)建出一個(gè)類SARS的“嵌合體病毒”，發(fā)現(xiàn)其感染人細(xì)胞和小鼠的能力與正版SARS基本一致。

但感染能力一樣并不代表致病力一樣。進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用SARS感染10周齡的小鼠（相當(dāng)于人的青年），小鼠病征嚴(yán)重，體重降低迅速，并在4天內(nèi)全部死亡；而用嵌合體病毒感染，小鼠只是體重降低10%，并不會(huì)死亡。在12月齡小鼠（相當(dāng)于人的老年）上的試驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn)，相比于SARS，嵌合體病毒的致病力更弱。

這說明，由于攜帶著蝙蝠來源的刺突糖蛋白，嵌合體病毒不能完全適應(yīng)新宿主。

如果蝙蝠的冠狀病毒之間發(fā)生重組，形成了一種新的冠狀病毒，我們能用現(xiàn)有的方法來對(duì)付它嗎？

我們能用現(xiàn)有方法對(duì)付新的冠狀病毒嗎 | 圖蟲創(chuàng)意

預(yù)防病毒感染最有效的方法之一就是疫苗。但疫苗的研發(fā)速度在半年到數(shù)年間，而RNA病毒的善變，往往讓疫苗的研發(fā)“跟不上趟”（這也是為什么我們能夠通過研發(fā)疫苗徹底消滅天花，卻至今沒能消滅HIV和流感）。研究人員通過測(cè)試也發(fā)現(xiàn)，把之前依照SARS刺突糖蛋白設(shè)計(jì)的疫苗注射給小鼠，無法讓小鼠免遭嵌合病毒的感染。

接下來研究人員又換了一個(gè)思路：既然嵌合體病毒的致病力很弱，那是否能把它作為一個(gè)弱毒活疫苗來免疫動(dòng)物，預(yù)防致病力更強(qiáng)的SARS感染呢？

這么一試發(fā)現(xiàn)還真的可以！嵌合體病毒免疫過的青年小鼠，即使感染了致死劑量的SARS病毒，也全都存活下來了；而在老年組的試驗(yàn)中，少數(shù)老年鼠在用嵌合體病毒免疫時(shí)就死了，但挺過去的老年鼠也都具有了抵御SARS感染的能力。

根據(jù)這項(xiàng)研究我們可以獲知：

1。蝙蝠的冠狀病毒除了可以通過中間宿主傳播給人以外，有些還可能直接傳給人。只不過蝙蝠病毒的刺突糖蛋白不能充分適應(yīng)人的細(xì)胞，所以病毒在最初的感染者身上可能沒有任何癥狀。

2。病毒無時(shí)不刻都在高頻率的突變著，只要給它足夠的時(shí)間空間，一不小心產(chǎn)生了那個(gè)“恰到好處”的突變，就可能爆發(fā)流行病。

3。我們當(dāng)下?lián)碛械囊呙绾涂贵w，可能無法有效地預(yù)防或治療新出現(xiàn)的冠狀病毒。

因此，減少和野生動(dòng)物的接觸，是目前降低新型病毒爆發(fā)最直接、最有效的手段。

就在新冠肺炎疫情流行的當(dāng)下，仍有商販在非法出售野生動(dòng)物 | 央視新聞微博

關(guān)于這項(xiàng)研究的其他疑問

01

2019-nCoV是改造病毒的泄漏嗎？

不可能。

此觀點(diǎn)近期甚囂于塵上，但實(shí)則是無稽之談。從生物學(xué)的角度來講，改造病毒的基礎(chǔ)是已知病毒的完整基因組序列。現(xiàn)在的生物技術(shù)，還沒有高明到可以憑空創(chuàng)造出一種全新的病毒，只能將已知的病毒元件進(jìn)行組合。這樣構(gòu)建出來的嵌合體病毒，有一部分會(huì)與母本病毒高度相似。

2019-nCoV與SARS的基因組一致性只有79.5%。2019-nCoV有29000多個(gè)核苷酸，要從SARS病毒出發(fā)，改變其中5900多個(gè)分布在不同位置的核苷酸，造出個(gè)新病毒——這樣的改造，目前的生物技術(shù)還做不到。

目前生物技術(shù)還不能憑空創(chuàng)造新病毒 | 圖蟲創(chuàng)意

從蝙蝠的糞便中發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒RaTG13，與2019-nCoV更加相似，基因組一致性是96%。但即便如此，也有1100多個(gè)分布獨(dú)立的核苷酸是不同的，生物技術(shù)同樣難以實(shí)現(xiàn)改造。根據(jù)對(duì)冠狀病毒RNA的自然突變速度估計(jì)，從RaTG13突變到2019-nCoV，可能需要數(shù)十年的時(shí)間。蝙蝠和人之間，很可能還存在中間宿主（近期有研究提出中間宿主可能是穿山甲）。

02

科學(xué)家為什么要改造病毒？

“改造病毒”聽起來很危險(xiǎn)，但事實(shí)上，改造病毒以及使用改造病毒感染細(xì)胞是現(xiàn)代生物學(xué)研究中常規(guī)、必須且重要的工作。

而且并非所有的病毒研究都必須在安全等級(jí)最高的P4級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

例如，想要操作專殺細(xì)菌的噬菌體病毒僅需要P2級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室即可，因?yàn)槭删w根本不可能感染人或動(dòng)物，它的眼中只有細(xì)菌。而改造噬菌體病毒能夠幫助我們應(yīng)對(duì)未來超級(jí)耐藥細(xì)菌導(dǎo)致的感染性疾病。

改造噬菌體或可幫助人類抵應(yīng)對(duì)級(jí)細(xì)菌感染 | 圖蟲創(chuàng)意

腺相關(guān)病毒同樣是一類僅需要在P2級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行操作的病毒。腺相關(guān)病毒是細(xì)胞生物學(xué)研究中最常用的工具之一，常作為一種基因載體來使用，將需要的基因功能導(dǎo)入目的細(xì)胞中。腺相關(guān)病毒還被用作基因治療的載體之一，讓它攜帶基因編輯工具后注射到病人體內(nèi)，已被用于糾正多種單基因突變導(dǎo)致的遺傳病。

通過基因治療，讓患有杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（一種遺傳病，患兒會(huì)在成年前痛苦死去）的孩子擁有了正常的生活 | 仇子龍

你可能猜不到，HIV病毒的操作也僅需要P2級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行，因?yàn)镠IV病毒的傳播途徑有限。并且HIV病毒也已被改造成為一種失去了復(fù)制能力的慢病毒載體，也廣泛的應(yīng)用在細(xì)胞生物學(xué)研究中。

更重要的是，研發(fā)疫苗同樣也需要先在實(shí)驗(yàn)室中能夠培養(yǎng)出新的病毒，并對(duì)其進(jìn)行改造，失活其致病力和復(fù)制能力，才能用作安全的疫苗來使用。如果我們不去研究和改造這些病毒，又如何能制作出解藥？

在未來的某一天，冠狀病毒還有可能卷土重來，但經(jīng)歷了SARS、MERS以及2019-nCoV，為我們留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，也為人類與病毒的下一場(chǎng)博弈增加了籌碼。