病毒中間宿主會有新的「候選者」嗎?狗和穿山甲孰是孰非?

2020-12-21 遨遊世界科學

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一項新的研究表明,2020年的新型冠狀病毒可能起源於蝙蝠,但病原體可能在感染人類之前就已經傳染到了狗體內。這是真的嗎?病毒中間宿主會有新的「候選者」嗎?狗和穿山甲孰是孰非?

實際上但並非所有人都同意這一猜測。一位專家表示,這項研究「有很多不足之處」,而且數據並不支持這項研究的結論。

病毒的進化

在新的冠狀病毒SARS-CoV-2跳到人類身上之前,另外兩種冠狀病毒SARS-CoV和MERS-CoV在蝙蝠身上進化,並在傳播人類的路上通過其他動物「寄宿」。SARS-CoV通過果子狸,MERS-CoV通過駱駝,SARS-CoV-2的分子結構表明病毒也通過了一種中間動物,但科學家還不知道是哪一種。

今年2月,一項初步研究的作者提出,穿山甲可能是蝙蝠和人類之間的傳播「橋梁」,因為感染穿山甲的SARS-CoV-2和相關冠狀病毒具有相似的棘突蛋白——病毒表面的一種結構使其能夠感染細胞。但據報導,其他科學家認為,儘管穿山甲冠狀病毒具有突刺蛋白,但它們與SARS-CoV-2有許多不同之處,這使得穿山甲不太可能成為感染源。

由於謎團尚未解開,加拿大渥太華大學生物學教授夏旭華(Xuhua Xia)就冠狀病毒如何從蝙蝠傳播給人類展開了自己的調查。他的分析發提供了一個新的解決方案:狗。

夏通過掃描SARS-CoV-2和其他冠狀病毒的基因編碼,尋找一個被稱為CpG位點的特殊特徵,這是一個由複合胞嘧啶(C)和複合鳥嘌呤(G)組成的基因編碼序列。人類免疫系統將CpG位點視為一個標記點,表明存在入侵病毒。據了解,一種名為鋅指抗病毒蛋白(ZAP)的人類蛋白質附著在病毒基因編碼的CpG位點上,並幫助人們分解病原體。該理論認為,CpG位點越少,病毒對ZAP的攻擊就越小。

夏發現,SARS-CoV-2攜帶的CpG位點比其他已知的冠狀病毒(包括SARS-CoV和MERS-CoV)攜帶的CpG位點要少。此外,據分析,與SARS-CoV-2最接近的已知親屬蝙蝠冠狀病毒RaTG13比相關的蝙蝠冠狀病毒含有更少的CpG位點。」這表明,SARS-CoV-2可能是在一個新的宿主(或新的宿主組織)中進化而來,具有高ZAP的表達能力,這將給病毒施加進化壓力,使其擺脫CpG位點。

從本質上講,為了生存和繁殖,像SARS-CoV-2這樣的病原體需要能夠躲避宿主的免疫戰士,在這種情況下,這意味著要清除能夠提醒ZAP蛋白對病毒有反應的CpG位點。

從狗的腸子裡?

不幸的是,關於ZAP在不同動物組織中出現的確切數量的數據很少。所以他轉而尋找低CpG水平的動物冠狀病毒。他發現了一種主要感染犬腸道的冠狀病毒,由此推斷犬腸道可能含有足夠的ZAP水平,以這種方式推動病毒的進化。

夏說:「在我的研究中,似乎只有犬只的組織產生低CpG-cov。」如果SARS-CoV-2的一種前體侵入了犬的腸道,那麼這將「導致病毒的迅速進化」,從而失去CpG位點,變得更適合感染人類。除了低CpG水平外,研究沒有注意到SARS-CoV-2與犬冠狀病毒之間的其他遺傳相似性,但提出犬腸道可能為此類病毒的進化提供了合適的環境。

但為什麼是狗的腸子?夏說,一些研究表明,ZAP mRNA,其中包含構建蛋白質的指令,出現在狗的肺和結腸中,但更高的濃度積聚在肺中。夏說,可能是肺中過量的ZAP保護器官免受冠狀病毒感染,而結腸中較低濃度的ZAP使腸道容易受到嚴重感染,不過得出這一結論時需要更加詳細的分析。

但是這個假設有意義嗎?

「我認為數據不支持這些結論,」沒有參與這項研究的舊金山州立大學生態學和進化學助理教授Pleuni Pennings表示。彭寧斯的研究小組已經檢測了許多病毒的CpG水平,他指出了研究邏輯中的幾個弱點。

不確定證據

在2018年發表在《公共科學圖書館遺傳學》(PLOSGenetics)雜誌上的一項研究中,彭寧斯調查了HIV病毒中的CpG水平,並調查了病原體在個體內是如何進化的原理。隨後,她領導了一項對其他幾種病毒(包括登革熱病毒、流感、乙型和C型肝炎)的類似研究,以了解這些病毒通過突變失去或獲得CpG位點的頻率。她的研究小組發現,一般來說,增加CpG位點的突變往往出現在從人類身上採集的病毒樣本中,而不是從基因組中刪除CpG位點的突變。

他們認為,產生突變的CpG對病毒來說代價可能很高,因為它們會提醒人們的身體受到感染,所以隨著時間的推移,隨著進化的持續進行,它們的外觀會逐漸最小化。也就是說,許多病毒仍然攜帶CpG位點,因此突變可能帶來一些好處,但是SARS-CoV-2在這方面並不罕見,而且有許多病毒的[CpG]值低於SARS-CoV-2,這一點也不奇怪。

她補充說,如果夏真的發現SARS-CoV-2比其他動物傳播的冠狀病毒含有更少的CpG位點,假設這一發現是正確的,那麼這就提出了為什麼會出現這種情況的問題。但是,即使利用進化的原因來解釋為什麼SARS-CoV-2失去了CpG位點,這種進化的原因可能不會給病毒感染人類帶來特殊的優勢。

夏說,如果SARS-CoV-2中的CpG水平與疾病的嚴重程度有某種關係,那麼這將為疫苗的開發提供一種有效的途徑。在這種假設的情況下,科學家們可以從實驗室培養皿中的冠狀病毒基因組中消除CpG位點,從而削弱這種病菌,使其能夠安全地被納入疫苗中。但到目前為止,CpG與SARS-CoV-2感染的相對嚴重程度還沒有相關性。

夏的研究中包括的一些穿山甲冠狀病毒也含有少量的CpG位點,與SARS-CoV-2和蝙蝠病毒RaTG13相當。夏說,考慮到人類和穿山甲冠狀病毒之間的其他基因差異,這種低CpG穿山甲冠狀病毒和SARS-CoV-2之間的共同祖先可能在130多年前就存在了。因此她們預計,SARS-CoV-2的前體細胞將更為近期出現。

但是狗是否是冠狀病毒的間歇性宿主呢?在這一點上,暫時還沒有證據表明這一點。

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