哥大和哈佛在預印本平台bioRxiv上發表論文: 新冠病毒產生追溯至2009年

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新冠病毒怎麽產生的?美國研究追溯至2009年(組圖)

新聞來源: 新京報 於2020-02-20 

文 | 鄭偉彬

2月18日，美國哥倫比亞大學和哈佛大學研究團隊在預印本平台bioRxiv上發表論文《Recombination and convergent evolution led to the emergence of 2019 Wuhan coronavirus》。

該論文指出，通過對病毒基因的研究發現，2019年的新冠病毒最早可能在2009年就通過重組，獲得了SARS的遺傳特征，並在此後通過融合進化成今日的新冠病毒。

新冠病毒是一種此前未被發現的新型RNA冠狀病毒。它在核苷酸水平上與SARS病毒具有80%的相似性。

SARS病毒和新冠病毒均屬於目前知道的可以感染人類的Sarbecovirus亞屬β冠狀病毒。該屬的其他病毒經常在蝙蝠中出現。

由於病毒種群在新宿主中的能力可以通過快速突變率和重組等因素來解釋。一般來說，這些因素導致了病毒的高遺傳變化性和高進化率，預計每年每個位點（site）有10-4到10-3次替換。

此前針對冠狀病毒的全基因組分析估計，冠狀病毒的進化速度與其他快速進化的RNA病毒相同；但其中值得注意的是，冠狀病毒的刺突基因（Spike gene）進化速度，比同一病毒中其他基因的進化要快。該基因的編碼蛋白（Spike，S蛋白）感染機體的關鍵組分，能夠與宿主細胞受體相互作用。

冠狀病毒基因重組離不開S蛋白

因此，該研究團隊嚐試通過對新冠病毒的基因進行分析，以確認該病毒的起源以及其進化的方式。

首先，研究團隊重點關注重組是如何促使β冠狀病毒實現在不同的亞屬病毒和宿主之間進化。為此，研究團隊分析了來自五個主要亞屬感染哺乳動物的45個β冠狀病毒序列；最終發現，β冠狀病毒在跨病毒亞屬基因和宿主進行重組時，往往涉及S蛋白。


▲圖片來源：新京報網

在此基礎上，研究團隊對MERS（中東呼吸綜合征）病毒的重組是否也涉及S蛋白進行了近一步研究。

選擇MERS病毒進行更深入分析，是因為該病毒是距離目前最近的，能夠讓人類和動物都受感染的病毒；同時該病毒也已經從人和駱駝的身上，進行了大量的采樣。結果發現，MERS病毒也大量涉及S蛋白的重組。

新冠病毒是通過重組方式產生的

那麽新冠病毒的祖先最早的重組事件是在什麽時候出現的呢？

通過一係列的分析，研究團隊在刺突基因中發現能夠支持RBD進行潛在重組的3個部位。RBD，即受體結合域（receptorbinding domain），它是病毒表麵蛋白用來與受體結合的部分。病毒通過它去和人體內細胞上的受體（receptor）結合。

▲圖片來源：新京報網

同時，研究還在RBD中發現一個影響到了新冠病毒與人類SARS病毒（humanSARS-CoV）的顯著重組事件，以及在RaTG13病毒、新冠病毒和人類SARS病毒共享著47個氨基酸，但其與蝙蝠SARS病毒（bat SARS-CoV）的序列並不相同。

由此可以證明，新冠病毒在RBD區域內與人類SARS病毒具有相似的基因類型，並且是通過重組方式產生的。

“新冠病毒”產生時間或不晚於2009年

為了追溯該重組產生的時間，研究團隊通過使用貝葉斯譜係漸進方法（a Bayesian Phylogenetic approach），並與整個基因組譜係進行比較後發現，新冠病毒與RaTG13病毒處於同一進化枝，而人類SARS病毒則在另一個分支上。


▲圖說：RBD的時間發展譜係，包括RaTG13病毒、3個新冠病毒序列（紅色），6個蝙蝠SARS病毒序列（黑色）和9個人類SARS病毒序列（藍色）。推論表明至少在11年前（以紅色圓點突出顯示），甚至是在28年前（藍色圓點）就進行過一次重組的可能情況。

根據上述這些研究結果，該團隊提出了兩種可能。第一種可能是，新冠病毒源自人類SARS病毒與另外類似SARS的病毒兩者間進行的重組；第二種可能則至少發生了兩種不同的重組事件，其中一種導致了人類SARS病毒，另一種產生了這次的新冠病毒。

但不管是哪一種，該團隊推斷認為，導致產生RaTG13病毒和新冠病毒“共同祖先”的重組事件，其時間不遲於2009年就已經發生了。

此外，該研究團隊還發現，自該重組發生以後，通過RBD區域內出現了大量的替換氨基酸，其中就有40多個具有SARS特征的氨基酸，從而使得這些病毒能夠適應人類。

對於這兩個過程，該研究團隊甚至推斷也有可能早在2003年SARS爆發時就已經發生。從那時起，冠狀病毒就已經獲得了感染人類宿主的能力。

□鄭偉彬（新京報智慧城市研究院研究員）