「最危險的人造病毒」
病毒學家爭相改造病毒研究引發公共安全擔憂
2014年10月17日下午，病毒學家RalphBaric博士沒有照例來到他在北卡羅來納大學教堂山分校的實驗室，他正在為自己女兒周末的婚禮做最後的準備。此時的他並不知道，歐巴馬政府由於對實驗室使用SARS,MERS和流感等病毒，進行功能獲得性改造的研究，對公共健康構成的潛在威脅的擔憂，通過白宮科技政策辦公室聯合美國衛生與公眾服務部發布禁令，宣布中止對類似研究的資金資助，並要求相關領域的研究人員立即停止相關的研究，直到研究項目的風險和收益被美國國家生物安全科學顧問委員會(NSABB)和美國國家學院國家科學研究委員會的專家進行評估後方可繼續。
這其中就有武漢病毒所石正麗博士的研究團隊與RalphBaric博士的合作項目：一個正在進行中的蝙蝠SARS樣冠狀病毒的基因重組改造項目。而這一項目，也使石正麗博士和RalphBaric博士隨後因爭議而成為病毒研究界的熱門人物。
事實上，科學界對改造病毒的功能獲得性研究一直存在爭議，2011年，美國威斯康星大學麥迪遜分校的日裔病毒學教授YoshihiroKawaoka與荷蘭伊拉斯謨醫學中心研究人員RonFouchier的團隊為了研究病毒逃避人體免疫系統的機制，就曾分別利用基因技術對H5N1病毒進行了禽流感病毒改造實驗，發現所得病毒能更容易通過空氣在與人相近的哺乳動物雪貂之間傳播。RonFouchier更是將改造後的病毒描述為是「最危險的人造病毒之一。」
河岡義裕原本計劃在《自然》雜誌上刊登論文，但美國國家生物安全委員會卻擔心數據落到恐怖分子手中，危害公共安全。批評者認為，這種傳播能力更強的病毒如遭洩漏，可能導致人類面臨巨大的安全風險。為此，美國國家生物安全科學顧問委員會曾一度要求相關論文不得發表，世界衛生組織也曾專門召開會議進行專題研討，相關的研究被一度暫停。然而，支持者則認為，此類實驗有助增進對禽流感病毒的理解，幫助應對禽流感病毒可能自然出現的變種與進化。
在多方磋商後，英國《自然》雜誌[4]和美國《科學》雜誌[5]在2012年先後發表了相關論文，相關研究也在2013年恢復。然而，在2014年，美國疾病預防控制中心和美國國立健康研究院的政府生物實驗室連續曝出多起病毒改造項目相關的安全事故，涉及炭疽桿菌、H5N1病毒和天花病毒等，引發了公眾對因可能的病毒洩露而引發的大規模公共安全事件的擔憂。
圖1.Yoshihiro Kawaoka (左) 與RonFouchier (右)於2012的合影
當RalphBaric博士周一回到實驗室開始日常的工作時，他一下被一封郵件震驚了。那是關於政府對病毒改造項目禁令的通知。「我花了足足10秒鐘才意識到，我大部分的病毒研究都會受到影響而關停。」RalphBaric回憶說。
作為世界上研究SARS和MERS病毒的權威，RalphBaric實驗室早在2003年SARS疫情結束後就與美國範德堡大學和美國陸軍傳染病醫學研究院合作研製出了一套用於合成SARS病毒的全基因序列的反向遺傳克隆平臺，並於2013年MERS爆發時率先用此方法合成了MERS病毒的全長cDNA克隆，而這一技術也是隨後各大病毒改造項目所依賴的核心平臺。其最大的特點就是可以僅根據病毒的基因序列人工構建出病毒的克隆。
而這一先進技術，也成為了武漢病毒研究所石正麗團隊與之合作的重要理由。
「病毒獵手」與石正麗團隊合作，造出了一種全新的病毒？
隨後的一段時間裡，RalphBaric忙於跟NIH溝通，爭取讓美國國家生物安全科學顧問委員會批准其完成正在進行的研究項目，其中就包括他與石正麗博士研究組正在進行的蝙蝠SARS樣冠狀病毒的基因重組改造項目。「NIH後來還是對我們這個合作項目開了綠燈，最後的評委意見是這個項目並不像禁令所禁止的那些病毒改造項目那樣存在高風險。」RalphBaric回憶說。
然而，事與願違，Ralph Baric 與石正麗研究組隨後於2015年發表在《自然》雜誌上的文章「Zheng-LiShi, Ralph Baric et al.A SARS-like cluster of circulating batcoronaviruses shows potential for human emergence.」還是造成了極大的爭議。
RalphBaric實驗室使用由石正麗博士提供的中華菊頭蝠SARS樣冠狀病毒SHC014-CoV的纖突蛋白與小鼠攜帶的SARS-CoVMA15骨架通過其反向克隆平臺進行重組，造出了一種全新的冠狀病毒。
該研究最大的爭議之處在於中華菊頭蝠攜帶的SHC014冠狀病毒雖然可以感染人的細胞，但並沒有足夠的毒性致病，而與可以導致小鼠致病的SARS-CoVMA15嵌合之後，新的SHC014-MA15重組病毒不但依然可以感染人的細胞，還可以致病。
換句話說，如果蝙蝠攜帶這個重組的新病毒，就可以不經過中間宿主，直接將病毒傳遞給人並導致人被感染生病。該成果發表之後，更加堅定了科學界對功能獲得性研究的反對意見。法國巴黎巴斯德學院的病毒學家SimonWain-Hobson就表示，中華菊頭蝠所攜帶的SHC014冠狀病毒因為不具有致病性，本身對人類的危害有限，新製造出的重組冠狀病毒SHC014-MA15不但毒性增強，這個實驗本身也並沒有帶來任何實質的價值，一旦重組病毒從實驗室洩露，沒有人可以預測它的去向和可能造成的危害。
RalphBaric則認為，此實驗不過是在模擬一個自然界中有很大機率會發生的病毒重組事件而已，雖然大多數蝙蝠所攜帶的冠狀病毒並不能直接感染人類，但類似於SHC014這種攜帶能識別人體細胞結合蛋白ACE2的纖突蛋白的病毒，如果恰巧與攜帶有毒性的冠狀病毒的骨架重組，那麼新病毒就將跨過中間宿主的障礙，直接傳染給人造成嚴重的公共健康威脅。
瑞得西韋2016年即可能對冠狀病毒進行測試
美國政府暗中重啟兩個病毒改造研究計劃惹質疑
來自政府方面的資金中斷並沒有阻止RalphBaric對冠狀病毒研究的信心，他依然積極尋找著可能的合作夥伴來繼續相關的實驗。2016年，總部位於美國加州的製藥公司吉利德科學聯合美國陸軍傳染病醫學研究院治療開發中心,美國疾病預防控制中心和波士頓大學醫學院的研究人員，共同開發出了一款代號為GS-5734的小分子藥物Remdesivir，試圖對抗伊波拉病毒。而這款新藥也就是在這次新冠病毒疫情中為人熟知的特效藥物瑞得西韋。
2017年，美國疾病預防控制中心聯合吉利德公司的研究人員共同發現，該藥對包括線狀病毒、肺炎病毒和副粘病毒等多種單鏈RNA病毒都有不錯的抗病毒效應。而包括SARS和MERS病毒的冠狀病毒作為單鏈RNA病毒，自然也在潛在的測試名單之上。於是RalphBaric通過北卡大學聯合範德堡大學開始了與吉利德製藥公司的合作，在小鼠身上證明了Remdesivir對冠狀病毒具有廣譜的抗病毒特性，最終的研究成果於2017年6月發表在《ScienceTranslational Medicine》雜誌。
隨後，RalphBaric聯合範德堡大學，德克薩斯大學醫學院以及吉利德公司，由美國國家過敏與傳染病研究所出資六百萬美元，實驗Remdesivir對冠狀病毒等的新發人畜共患病毒的抗病毒療效[注1]。
近日，RalphBaric博士表示他的實驗室已經通過DNA合成廠商構建出了新冠病毒的全長基因序列，目前正在通過其反向遺傳克隆技術人工合成新冠病毒，並會隨後將病毒提供給美國疾病預防控制中心，美國國立健康研究院和美國其他醫藥公司及研究機構使用，用以加速開發針對新冠病毒的藥物研發。
2018年，美國政府因暗中重新開啟了兩個對病毒功能獲得性研究的資助而飽受美國社會質疑，YoshihiroKawaoka主持的關於H5N1禽流感病毒在哺乳動物中的傳遞性的研究也在中斷數年後重新獲得批准。
圖2.Ralph Baric (左)於北卡實驗室工作照，石正麗(右)早年於澳大利亞P4實驗室工作照
石正麗研究團隊為何選擇與美國全球PREDICT計劃合作
在國內病毒界，作為中國新發病毒研究領域的頂級專家，石正麗博士現任中科院武漢病毒所新發傳染病中心主任、武漢國家生物安全四級實驗室副主任、生物安全三級實驗室主任、生物安全工作委員會主任、新發病毒學科組組長、中科院武漢病毒所博士生導師。
石正麗博士長期從事新發病毒的病原學研究，在病毒的分離和鑑定、病毒的遺傳進化、病毒的檢測技術、病毒的分子流行病、野生動物傳播的病毒的病原學、分子流行病學以及病毒的感染機理方面都有著豐富的研究經驗。
自2004年，她開始從事野生動物如蝙蝠病毒的研究工作，主要研究蝙蝠攜帶的、與人畜健康相關的新發傳染性病毒如SARS冠狀病毒、尼帕病毒、伊波拉病毒、漢坦病毒的分子流行病學及其跨物種感染的分子機理的研究。其研究組於2004年首先試圖從廣東和廣西的果蝠身上提取SARS相關病毒，然而在八個月的時間內一無所獲。於是他們改變策略，通過對被SARS病毒感染過的蝙蝠種群進行SARS病毒抗體的檢測，最終在廣西和湖北的三種菊頭蝠體內發現了SARS病毒的抗體，並在這三種蝙蝠體內檢測到了多株不同基因型的、與SARS病毒基因組高度相似的SARS樣冠狀病毒，證明蝙蝠是SARS樣冠狀病毒的自然宿主，為SARS病毒的動物溯源提供了有力的證據。
這個裡程碑式的工作由石正麗博士與時任澳大利亞聯邦科學和工業研究組織畜牧業動物安全實驗室的研究員，現任杜克-新加坡國立大學醫學院教授、澳大利亞技術科學與工程院院士王林發團隊、澳大利亞昆士蘭農漁部的Craig Smith和Hume Field博士，以及時任國際保護醫學聯盟執行董事，現任生態健康聯盟首席執政官的Peter Daszak博士共同研究完成，該研究隨後被發表在了2005年的《科學》雜誌上，奠定了石正麗在新發病毒學界的地位。
隨著研究的進行，石正麗博士逐漸認識到，對新發的動物源病毒，不斷溯源找到其寄宿的自然宿主的重要性。隨後，她帶領她的研究團隊足跡遍布於中國的28個省市自治區，在人跡罕至的偏遠山洞之中，試圖採集蝙蝠所攜帶的不同種類的冠狀病毒，以期待可以找到SARS病毒的源頭。
美方取走了上萬件中國蝙蝠及人體等病毒樣品？
2011年，石正麗博士的研究組與由美國國際開發署資助的非營利性機構生態健康聯盟合作，通過PREDICT項目中國病原探索項目，終於在雲南昆明60公裡外的的一個未被公布的山洞中，從中華菊頭蝠的糞便裡，分離並檢測到了和SARS病毒高度同源的一株蝙蝠SARS樣冠狀病毒，這項研究工作隨後聯合美國生態健康聯盟首席執政官PeterDaszak博士與加州大學戴維斯分校教授JonnaMazet等研究組共同發表在了2013年的《自然》雜誌上，首次證明了中華菊頭蝠是SARS病毒的天然宿主。
圖3.慶祝2005年Science論文發表，王林發（左）石正麗（中），Peter Daszak（右）
隨後，石正麗團隊持續在雲南的山洞中進行了長達五年的監測，每年取樣兩次，並將樣品與包括冠狀病毒科，副黏液病毒科，絲狀病毒科，黃病毒科和正粘病毒科等幾個不同的病毒種屬進行比較，然後通過DNA凝膠電泳的方法進行進一步的確認。
隨後研究人員會將擴增的DNA樣品寄送到德國或美國的樣品中心進行進一步的測序和鑑定，以確定病毒是否含有潛在的毒性。
樣品中心最後會將樣品的基因序列和基因注釋回復給武漢病毒所。
功夫不負有心人，石正麗博士的研究組最後終於在山洞中發現了十多株不同類型不同基因序列相似度的SARS樣冠狀病毒，SARS病毒所包含的基因元件均在這些病毒中有所體現，而且可以利用人、果子狸和中華菊頭蝠ACE2作為其功能受體，感染人、豬、猴以及蝙蝠的多種細胞。隨後的生物信息學分析也證實了SARS病毒是經過幾個蝙蝠SARS樣冠狀病毒重組而成，該項研究於2017年發表在《PLoSPathogens》雜誌。
圖4.石正麗研究團隊在蝙蝠洞布網，野外捕捉蝙蝠，處理樣品
在偏遠的山洞中搜尋蝙蝠可能攜帶的病毒其實並非一個尋常之舉，與石正麗博士和武漢病毒所從2010年就開始合作的生態健康聯盟，在全球範圍都有類似的研究項目。
生態健康聯盟是一家由美國國際開發署直接資助的非營利性研究機構，成立於1971年，總部位於紐約市，在2008年，生態健康聯盟在PeterDaszak博士的帶領下在《自然》雜誌上發文，第一次提出了「全球疾病熱點地圖」的概念，並首次描繪出了全球受新發傳染病威脅最大的幾個區域，隨後與美國國際開發署合作，在全球疾病熱點地區大力發展PREDICT項目。該項目是美國國際開發署資助的新發傳染病威脅計劃的一部分。而石正麗博士作為國內新發傳染病領域的專家，正是通過該計劃開始了與生態健康聯盟之後的病毒採集合作。出於對新發傳染病病毒預防與監控相同的研究理念，雙方的合作一拍即合。
圖5.1940年到2004年間全球新發傳染病事件源發地圖
新發傳染病威脅計劃旨在將動物學和人類健康專家整合起來幫助發展中國家應對傳染病早期檢測，傳染病實驗室診斷和迅速響應，以及降低傳染病對地區和國際間的汙染與危害。新發傳染病威脅計劃一共包含PREDICT,PREVENT, IDENTIFY, 以及RESPOND四個項目，作為其中最重要的一環，PREDICT項目起始於2009年，由美國國際開發署通過其合作夥伴加州大學戴維斯分校，生態健康聯盟，Metabiota公司，史密森學會，野生動物保護協會以及來自哥倫比亞大學和哈佛大學方面的技術支持，與亞洲，非洲和南美洲的35個國家協同合作，對發展中國家的技術人員提供培訓與技術支持，對可能引發流行病的病毒以及與野生動物有著密切接觸的人群進行監控與預警。
PREDICT項目的最終目標就是建立一個全球協作的病毒監控系統，用以監測可能造成大範圍流行病的病毒爆發事件，並及時鑑別病源的類型。與傳統監測手段不同的是，PREDICT並沒有把監控重心放在醫院等病毒可能爆發的場所，而是退一步希望藉助生態學方法，通過一個更為寬泛的視角去了解病毒究竟是怎樣在生態系統中與各種動物和不斷開疆闢土的人類進行互動，如何在人類的身邊與人類共存，並逐步進入人類的生態鏈之中。
PREDICT項目的研究團隊遍布於全世界31個合作國之中，對一些動物與人類有著密切接觸的熱點地區和關鍵區域進行實地考察，建立由各地情報員組成的監控網絡，用以監督當地主要的野味市場和農貿場所，並對市場上發現的非法野生動物販賣和異常的交易活動進行上報，並由研究人員對熱點區域可能存在的病毒進行預防性提取，對新發現的病毒進行錄入，監測當地病毒的種類並評估病毒潛在的危害性，研究可能的應對方法，並對可能發生疫情進行預警。
圖6.美國國際開發署新發傳染病威脅計劃聚焦國家分布圖
圖7.生態健康聯盟與各地研究機構展開全球合作
根據PREDICT項目公開的數據顯示，自2008年4月至2018年9月，PREDICT項目針對冠狀病毒總計在中國採集了約388批次，8680件來自蝙蝠，老鼠及人體的病毒樣品進行監測預警，其中PREDICT 1 項目為238批次，4874件樣品，PREDICT 2項目為150批次，3806件樣品。以及總計241批次PREDICT 1和PREDICT 2項目的樣品檢測結果。據統計，至少有上萬件左右的動物及人體的病毒，被運至美國的試驗室裡。
這個試驗室給出的結果，是絕大部分的監測結果都表示「目前沒有證據表明此病毒樣品有可能會對人類健康構成潛在威脅」，其中在2011年檢測到了一株SARS樣冠狀病毒HKU3和一株SARS相關冠狀病毒RsSHC014，以及在2013年檢測到了一株β屬冠狀病毒PREDICT-CoV-57和一株溫帶蝙蝠β屬冠狀病毒時PREDICT項目都對可能發生的疫情做出了預警提醒。
而RsSHC014冠狀病毒正是石正麗研究組2005年發表在《科學》雜誌上的三株新發現的SARS樣冠狀病毒之一，也是日後石正麗研究組與北卡的RalphBaric教授引發爭議的2015年合作文章中構建嵌合體病毒所用到的病毒材料之一。PREDICT項目當時對此病毒的預警為「這是一株近期報導的在中華菊頭蝠上發現的β屬SARS樣冠狀病毒RsSHC014 。此病毒比之前鑑定出的所有蝙蝠類冠狀病毒都更接近SARS病毒，特別是其纖突蛋白的受體結合域。
該病毒已經被Ge等人在文章 中進行了全面的分析，此病毒對人類健康有潛在的重大威脅。「 2020年2月，美國病毒學家奧利瓦爾揭示了他在收集的數千隻中國蝙蝠樣本中的驚人發現：「我們總共發現了大約400種新的冠狀病毒。這意味著有400個可能導致一場疫情爆發的候選病毒。」並直言揭蝙蝠攜帶新冠病毒可能直接感染人。
圖8：（上）PREDICT項目在中國的樣品監控網絡
（下）PREDICT項目對中國提取樣品的分析報告
中疾控主任高福聯合多國病毒學家發起「全球病毒基因組計劃」
PREDICT項目在中國的十年間，與石正麗博士等病毒學研究組在雲南，廣西，廣東等地採集了大量的蝙蝠相關樣品，並與當地可能和野生動物有密切接觸的村民進行標本的採集和血清學診斷，通過PREDICT項目對提取的病毒進行的鑑別與分類，監控病毒發展的趨勢，尋找病毒傳播的路徑，防止病毒從蝙蝠感染人類的事件發生。
誠然，PREDICT項目的終結是科學界的一大損失，在其運行的十年間，PREDICT項目在全球範圍內總計收集了超過10萬件樣品，鑑定出了超過一千種新型病毒，包括一種新型伊波拉病毒，並在全球亞非拉美州的發展中國家培訓了大量衛生安全和傳染病防護人員。
圖9.（左上）研究人員在廣東處理蝙蝠樣品
（右上）研究人員在雲南的山洞中搜尋可能攜帶病毒的蝙蝠
（下）研究人員在廣西桂林灕江七星巖洞內勘察地況
PREDICT項目迄今已經完成了兩個階段，2009-2014年為第一階段，稱為PREDICT1，2015-2019年為PREDICT2，總計花費已超過2億美元，僅生態健康聯盟一家合作機構從2011年起就獲得了超過七千四百萬美元的財政撥款，2018年更是達到了一千五百萬美元。然而，川普總統上臺後，對外交和外國援助的財政預算進行了大幅削減。美國國務院及美國國際開發署的年度財政預算從2017年的549億美元降低到了2018年的376億美元和2019年的393億美元，受此影響，美國國際開發署2019年的年度財政預算被削減了33%，只有168億美元的總計預算。
2019年10月，美國政府最終宣布徹底關閉PREDICT項目。美國國際開發署國際衛生安全和發展司總監丹妮絲·卡羅爾博士表示，喜歡規避風險的官僚主義是造成這一結局最主要的原因之一：「美國國際開發署更傾向於通過已經經過測試的較為完善的項目向發展中國家提供經濟援助，比如瘧疾蚊帳等項目。相比之下，PREDICT項目更像是一個科學項目。」
圖10.生態健康聯盟2018年財務報表
縱觀如此浩大的一場人與病毒之間的全球戰役，PREDICT項目為人類提供了一個非常好的示例和思路。2018年，由DennisCarroll博士，PeterDaszak博士，JonnaMazet博士以及中國疾病預防控制中心主任高福博士等人發起了一項更為野心勃勃的全球病毒基因組計劃，試圖將大自然中對人類健康構成威脅的病毒一一鑑別出來，以便及時應對可能出現的疫情。
根據PREDICT全球項目總監，加州大學戴維斯分校教授JonnaMazet的估計，完成整個項目的總費用可能高達35-40億美元。自然界現存的病毒多達數十多萬種，如果我們可以從自然界中提取到這些病毒，並進行預先分類與處理，研究其致病的機理，並對野生市場和與野生動物進行頻繁接觸的人群進行監控，對醫院等疫情可能爆發的場所進行症候群監測，對出現特定病症的病人和數量設定預警機制，相比此次爆發的新冠疫情，或許在下一場重大疫情來臨之時，我們可以比現在準備得更加充分一些。
隨著人類生存空間在生態系統中的逐漸擴張，人與動物的接觸將更加頻繁，新發人畜共患傳染病的風險也將隨之增加，由於全球化進程的發展，未來對具有高度傳染性的未知新發傳染病將會是一個全球化問題，需要全球公共衛生系統協同監測，加強早期檢測的準確度，做到快速應對與及時防控；另一方面，我們也需要更加重視相關的病毒學研究課題，發展合成生物學與生物信息學等領域的關鍵技術，培養技術與防護人才，努力將未來新發疾病可能帶來的風險與影響降至最低。