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全球病毒猎手“拆解”新冠病毒，反驳阴谋论：RNA不会撒谎

这6位科学家分别为著名病毒进化学家美国斯克里普研究院免疫学和微生物学系Kristian G. Andersen副教授（一作及通讯作者）、英国爱丁堡大学进化生物学研究所Andrew Rambaut、美国哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院感染与免疫中心主任W. Ian Lipkin、澳大利亚悉尼大学玛丽·巴希尔传染病和生物安全研究所教授Edward C. Holmes、美国杜兰大学医学院微生物与免疫学教授Robert F. Garry。

这27位科学家包括：英国皇家学会的Jeremy Farra爵士，美国疾控中心（CDC）传染病中心（NCID）前主任James M Hughes，美国国家科学基金会前主任Rita Colwel，尼帕病毒的发现者之一、马来西亚医学科学院Sai Kit Lam教授，世卫组织全球疫情警报和反应网络（GOARN）指导委员会成员John S Mackenzie，以及多名美国国家医学科学院成员、传染病研究和公共卫生领域的权威科学家。

而在2月19日晚间，武汉病毒研究所在其官网也发布“致全所职工和研究生的一封信”，该信的署名为“中国科学院武汉病毒研究所领导班子全体成员”。该公开信称：网络流传涉及我所若干谣言，如“新冠病毒源于人工合成”“病毒是从P4泄露的”“军方接管P4”“某研究人员因病毒泄露死亡”“某研究生是‘零号病人’”“某研究员实名举报所领导”等，引发了各界的持续关注，对坚守科研一线的我所科研人员造成极大的伤害，也严重干扰了我所承担的战“疫”应急科研攻关任务。

该公开信表示：回首过去一个多月的艰辛付出，我们问心无愧！

附论文全文翻译（有部分删减）：

自中国湖北省武汉市首次报道新型肺炎（COVID-19）以来，关于致病性病毒的起源一直存在大量讨论和不确定性。新冠病毒感染现在在中国每个省份均有病例。截至2020年2月14日，确诊病例为64473例，其中1384例死亡。由于对轻度和无症状病例的报告有限，且该病毒显然能够有效地人际传播，最终的病例数字可能被低估了。基于该病毒有向卫生保健系统较薄弱的国家传播的可能性，世界卫生组织（WHO）已宣布新冠肺炎为国际关注的突发公共卫生事件(PHEIC)。目前还没有针对这种疾病的疫苗或特效治疗方法。

新冠病毒是已知的第7种可感染人类的冠状病毒。除新冠病毒外，SARS-CoV、MERS-CoV也可导致严重疾病，其余4个冠状病毒HKU1、NL63、OC43和229E与轻度呼吸道症状相关。

在这篇论文中，作者们回顾了可以从现有基因组序列数据的比较分析中推断出的新冠病毒的起源和早期进化。特别地，作者们提供了一个关于新冠病毒基因组显著特征的新观点，并讨论了这些特征可能出现的场景。重要的是，这项分析提供了证据，证明新冠病毒并非源自实验室，也不是一种故意制造的病毒。

通过对α和β冠状病毒（冠状病毒科家族）的基因组比较，确定了新冠病毒基因组的两个显着特征：第一，基于结构模型模拟和早期生化实验，新冠病毒似乎发生了进化，更易与人类的ACE2受体相结合;第二，新冠病毒在关键的刺突蛋白（S蛋白）上有一个可疑的酶切位点，并在旁边发现了在其他冠状病毒中 不存在的连续的12个核苷酸的序列，这个可疑酶切位点和连续的12个核苷酸的序列使得新冠病毒在S蛋白上形成3个O-linked 的聚糖结构。

（a）新冠病毒S蛋白氨基酸突变。新冠蛋白S蛋白与最接近的SARS样冠状病毒和SARS-CoV-1的S蛋白一致。新冠病毒和SARS-CoV Urbani毒株中，与ACE2受体接触的S蛋白中的关键氨基酸都用蓝色方框标记。（b）多碱基酶切位点和O-linked聚糖结构的获得。多碱基酶切位点用灰色标记，O-linked聚糖结构用蓝色标记。多碱基酶切位点和O-linked新冠病毒所特有的，以前从未在乙型冠状病毒中发现。注：使用的基因序列来自NCBI GenBank，登录号MN908947、MN996532、AY278741、KY417146、MK211376。穿山甲冠状病毒序列来自SRR10168377和SRR10168378 (NCBI BioProject PRJNA573298)。

新冠病毒受体结合区域的突变

新冠病毒、SARS相关冠状病毒S蛋白与ACE2受体结合的关键部分称作受体结合域（RBD），该区域高度可变。如果使用SARS-CoV的基因组为参考，之前的实验证明新冠病毒中影响与人ACE2受体结合亲和力的6个相应氨基酸为L455，F486，Q493，S494，N501和Y505（注:F486代表在第486位的氨基酸是苯丙氨酸） 。RBD中的6个氨基酸决定了冠状病毒感染宿主的物种范围。与具有96%基因序列相似度的中华菊头蝠SARS-CoV相比，新冠病毒的上述6个氨基酸有5个发生了突变。基于结构模型模拟和早期生化实验，新冠病毒的RBD与人类、非人灵长类、雪貂、猪、猫等的ACE2受体具有高亲和性。相比之下，新冠病毒和其他一些物种的SARS样病毒的亲和力小很多，包括啮齿动物、果子狸等。

新冠病毒S蛋白中的F486（苯丙氨酸）与SARS-CoV Urbani毒株中的L472（亮氨酸）相对应。值得注意的是，在SARS-CoV细胞培养实验中，亮氨酸L472突变为苯丙氨酸(L472F)，这一突变被认为会显著提高SARS-CoV RBD与人类ACE2受体结合的亲和力。然而，这一突变在自然宿主蝙蝠和穿山甲的相关冠状病毒都早已经存在 (图1a)。虽然新冠病毒与人类ACE2受体的亲和力高，但其RBD还不是最完美的结合构象，F486并不是之前预测的改造病毒亲和力最强的突变方法，新冠病毒 RBD中的另外5个关键氨基酸也都有可能导致亲和力的增强。此前的研究对ACE2受体蛋白进行结构生物学分析，并预测了与其匹配程度最高的配体氨基酸序列，这与在新冠病毒RBD中发现的并不同。氨基酸F486的出现更像是新冠病毒针对人类和其他动物宿主发生的一个自然的进化突变，并非基因工程产物。

多碱基酶切位点和O-linked聚糖结构

新冠病毒的起源

新冠病毒不太可能是通过对现有SARS相关冠状病毒的实验室操作而出现。如上所述，其RBD还不是最完美的结合构象，F486并不是之前预测的改造病毒亲和力最强的突变方法。此外，如果已经进行了基因操作，我们应该看到对β冠状病毒使用了反向遗传学系统，但情况并非如此，因为遗传数据显示，新冠病毒并非源自任何以前使用过的病毒骨架。

因此，我们提出了两种可能解释新冠病毒起源的方案:第一，人畜共患病转移前非人类动物宿主中的自然选择;第二，人畜共患病转移在人类中的自然选择。我们还讨论了在培养过程中的选择是否会产生相同的观察到的特征。

在动物宿主中进行自然选择

鉴于新冠肺炎暴发早期的很多病例有武汉华南海鲜市场接触史，那么该市场可能存在动物来源。又考虑新冠病毒与蝙蝠SARS样冠状病毒（尤其是RaTG13）序列相似度极高，那么蝙蝠来源这一点也是可靠的。但需注意的是，新冠病毒从蝙蝠到人类之前，很可能已在多个物种的中间宿主中流传。而此前SARS-CoV的中间宿主是果子狸，MERS-CoV的中间宿主是骆驼。通过类比，与新冠病毒密切相关的病毒可能在一个或多个动物物种中传播。初步分析表明，非法进口到广东省的马来穿山甲中就含有一种与新冠病毒相似的冠状病毒。虽然RaTG13在全基因组上最接近于新冠病毒,但马来穿山甲和新冠病毒在RBD的6个关键氨基酸一致 (图1)。然而,目前尚未从整个基因组层面上确定穿山甲和新冠病毒的相似性。此外，穿山甲冠状病毒不含多碱基酶切位点。这种突变需要病毒在较高种群密度、并且ACE2基因类似于人类同源蛋白的生物集群中大量复制才有可能产生。进一步鉴定穿山甲冠状病毒的特征，以及对其他可疑动物的冠状病毒筛查，将是未来溯源的重点。

在人体内隐秘适应

新冠病毒的祖先也有可能从非人类动物跃迁到人类身上，上述的基因组特征是通过在随后的人与人之间的传播中进行适应而获得的。我们推测，一旦病毒获得了这些适应（同时或连续），就将带来疫情的暴发，进而产生足够大且异常的肺炎病例群，医疗监控系统被触发，并发现了病毒。

到目前为止，所有进行测序过的新冠病毒基因组都具有很好的适应性RBD和多碱基酶切位点，因此它们是从一个共同祖先那里获得的这些特征。穿山甲中存在一种与新冠病毒非常相似的RBD，这意味着这些特征（高适应性RBD等）可能在传播到人类中以前已经存在于病毒中，尽管我们还没有确定非人类病毒源头。 这使得多碱基酶切位点插入发生在病毒人际传播过程中，和甲型流感病毒HA一样，需要一种特定的插入或重组事件，才能使新冠病毒的突然出现成为流行病病原体。使用现有的基因组序列数据估算新冠病毒的最新共同祖先（tMRCA）的时间，表明病毒在2019年11月下旬至12月上旬出现，这与最早的回顾性确诊病例研究的时间相符。因此，这种情况下，我们可以假定，在最初的病毒由动物转移到人身上与人际传播时多碱基酶切位点的获取之间，存在一段无法识别的病毒人际传播时期。如果在很长一段时间内，首先发生的很多人畜共患病事件（病毒由动物转移到人身上）能够产生人与人之间传播的短链，那病毒就会有足够的机会大暴发。这其实就像阿拉伯半岛上MERS-CoV传播的情况，所有人类病例都是病毒从单峰骆驼反复传播的结果，产生了单一感染或人与人之间的短链传播。迄今为止，在过去8年中感染了2499个病例之后，MERS-CoV还尚未完全适应人类宿主。

如何测试冠状病毒的隐秘传播使它在人类中产生了适应性呢？血清样品的宏基因组研究可能会提供重要信息，但鉴于病毒时间相对较短，因此可能无法在历史样品中检测到低水平的新冠病毒。回顾性血清学研究可能会提供参考，并且已经有科学家进行了一些此类研究。一项研究发现动物进口贸易商对冠状病毒的血清阳性率为13％，而另一项研究指出，中国南方一个村庄的居民中有3％对这些病毒呈血清阳性。值得一提的是，武汉的200名居民没有显示冠状病毒的血清反应活性。然而，至关重要的是，这些研究无法区分阳性血清反应是由于先前感染了SARS-CoV-1还是新冠病毒。应该进行进一步的回顾性血清学研究，以确定之前人类在不同地理区域接触过乙型冠状病毒的程度，尤其是使用可以区分多种乙型冠状病毒的测定方法。

实验室培养选择

多年来，世界各地的多个BSL-2（生物安全第二等级）实验室一直在进行涉及蝙蝠SARS样冠状病毒在细胞培养和/或动物模型中传代的基础研究。也有一些记录表明，在BSL-2密闭环境下工作的实验室人员能在实验室获得SARS-CoV-1。因此，我们必须考虑实验室有意或无意泄露了新冠病毒的可能。从理论上说，新冠病毒的RBD突变位点有可能是通过细胞培养传代过程中的适应取得的，这种情况已经在SARS-CoV和MERS-CoV的研究中被观察到。但是，如果是功能性的，则多碱基酶切位点或O-linked聚糖的存在反对了上述情况。因为只有在细胞培养物或动物中长时间传播低致病性禽流感病毒的情况下，才能产生多碱基酶切位点。此外，如果真的通过细胞培养或动物传代产生新冠病毒，则需要事先分离具有非常高遗传相似性的祖病毒，在具有人类同源ACE2的雪貂等动物中大量传代。要求同时获得多碱基位点和氧原子连接多糖的结构，可能性不大。而O-linked聚糖的产生是否会在细胞培养传代中发生也是值得怀疑的，因为这种突变通常表明免疫系统的参与，这在体外是不存在的。

结论

在全球新冠疾病的公共卫生紧急情况中，我们有理由去想为什么流行病的起因十分重要。对动物病毒如何跨越物种、如此迅速地感染了人类的详细了解将有助于预防未来的人畜共患病事件。例如，如果新冠病毒已预先适应了另一种动物，那么即使目前的流行病得到控制，我们也仍有未来再发生此类事件的风险。相反地，如果我们描述的适应过程发生在人类中，那么即使我们重复此前的人畜转移，病毒也不太可能暴发，除非发生了相同系列的突变。此外，确定与新冠病毒最接近的动物亲缘将大大有助于病毒功能的研究。RaTG13 bat序列的可用性也的确促进了本研究进行的比较基因组分析，有助于揭示RBD中的关键突变以及多碱基酶切位点的插入。

本文描述的基因组特征可以部分解释新冠病毒在人类中的传染性和传播性。目前的基因组证据不支持新冠病毒是实验室产物的观点，但目前尚无法证明或反驳本文所述的其他起源。无论新冠病毒起源如何，对人类肺炎疫情和其他动物进行持续监测显然至关重要。

原文链接：http://virological.org/t/the-proximal-origin-of-sars-cov-2/398