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武汉的冠状病毒从哪儿来?到底是怎么感染人的?
新浪科技综合2020-01-22 08:34:5715阅

来源:科学大院

1月20日,国家卫健委发布1号公告,将新型冠状病毒感染的肺炎纳入《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病,并采取甲类传染病的预防、控制措施。将新型冠状病毒感染的肺炎纳入《中华人民共和国国境卫生检疫法》规定的检疫传染病管理。

从疫情发生以来,我们对新型冠状病毒的认识在不断刷新:

2019年12月以来,湖北省武汉市集中发生了不明原因肺炎疫情。2020年1月7日,专家组从1例阳性病人样本中分离出一种新型的冠状病毒样株。在排除了流感、禽流感、腺病毒、严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)等其他呼吸道病原体后,专家组认为,本次不明原因肺炎病例的病原体是这种新型冠状病毒。

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电镜下的2019新型冠状病毒 

2020年1月12日,世卫组织把这种新型冠状病毒命名为2019-nCov。

2020年1月10日,新型冠状病毒的第一个基因组序列数据公布,后来陆续有多个从患者身上分离的新型冠状病毒的基因组序列发布,为研究分析新型冠状病毒的进化来源、致病病理机制提供了第一手资料。

通过对这些数据的分析,2020年1月21日,中国科学院上海巴斯德研究所郝沛研究员、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心钟武研究员和中科院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室李轩研究员合作,在SCIENCE CHINA Life Sciences上在线发表了题为“Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission”的论文,为我们认识这种新型病毒又提供了重要线索。(戳“阅读原文”看论文)

这次的病毒从哪儿来?

跟SARS有同一个祖先

迄今为止,除本次在武汉引起疫情的新型冠状病毒外,目前共发现6种可感染人类的冠状病毒,其中,SARS病毒和MERS病毒所致疾病的严重程度以及社会影响远远超过其它冠状病毒。

新型冠状病毒与SARS病毒和MERS病毒有没有关系?研究者把武汉新型冠状病毒序列与其他两种病毒序列进行了全基因组比对,发现6个新型冠状病毒序列非常相似,它们跟SARS有约70%的序列相似性,跟MERS有约40%的相似性。也就是说,它们更像SARS病毒,而不是MERS病毒。序列差异性主要表现在编码S-蛋白的spike基因上,这是冠状病毒与宿主细胞作用的关键蛋白。

冠状病毒可分为四个属:α、β、γ、δ,SARS和MERS冠状病毒均是β属冠状病毒。进一步遗传进化分析后,研究者发现新型冠状病毒也是β属冠状病毒(Betacoronavirus)。它在进化树的位置上与SARS病毒和类SARS(SARS-like)病毒的类群很接近,但是并不属于SARS和类SARS病毒类群。

有意思的是,新型冠状病毒和SARS/类SARS冠状病毒在进化上有共同的外类群——一种寄生于果蝠的HKU9-1冠状病毒。所以可以推断,它们拥有一个共同的祖先,是一种和HKU9-1类似的病毒。

蝙蝠是很多冠状病毒的自然宿主,由于新型冠状病毒的进化邻居和外类群都在各类蝙蝠中有发现,研究者推测,新型冠状病毒的自然宿主也可能是蝙蝠。但是,与SARS类似,新型冠状病毒在从蝙蝠到人的传染过程中很可能存在未知的中间宿主。

怎么感染人的?

跟SARS有相似的机制

S-蛋白是冠状病毒与宿主细胞作用的关键蛋白,也决定了病毒的感染力。S蛋白包含两个功能单位:S1和S2。S1能够促进病毒结合到宿主细胞受体上,位于它C端的RBD区负责与受体结合。

在感染人的过程中,SARS病毒的 S-蛋白会和ACE2蛋白相互作用结合,MERS病毒S-蛋白会与DPP4蛋白相互作用结合。新型冠状病毒会通过哪种途径感染人?研究者对新型冠状病毒感染人的机制和通路进行了分析。

研究者首先比较了三种病毒S-蛋白的RBD区序列,发现在RBD区域中,新型冠状病毒与SARS病毒比较相似,但与MERS病毒差异很大,所以排除了S-蛋白与DPP4相互作用结合感染人的可能。

虽然新型冠状病毒的S-蛋白RBD区与SARS病毒的RBD区同源性比较高,但是已知SARS病毒S-蛋白与ACE2相互作用的5个关键氨基酸,在新型冠状病毒中有4个发生了改变。

文章作者利用分子结构模拟的计算方法,对武汉冠状病毒S-蛋白和人ACE2蛋白进行了结构对接研究,结果令人惊讶:虽然武汉冠状病毒S-蛋白中5个关键氨基酸有4个发生了变化,但变化后的氨基酸,却整体性上非常完美的维持了SARS病毒S-蛋白与ACE2蛋白相互作用的原来的结构构象,与人ACE2蛋白的亲和力还是很强。

尽管新型冠状病毒S-蛋白与ACE2蛋白互作能力相比SARS病毒S-蛋白与ACE2的作用有下降,但仍然达到很强的结合自由能(-50.6 kcal/mol)。这一结果说明武汉冠状病毒是通过S-蛋白与人ACE2互作的分子机制,来感染人的呼吸道上皮细胞。

该研究成果为科学防控新型冠状病毒,制定防控策略和开发检测/干预技术手段奠定了科学理论基础。

蝙蝠:自然界的bug,病毒中的战斗机

根据目前的研究,新型冠状病毒的自然宿主可能是蝙蝠。大家可能还记得,2003年的SARS病毒就来源于蝙蝠,2016年引发猪急性腹泻的SADS病毒也来自蝙蝠,蝙蝠为什么这么“毒”?

对研究病毒的学者来说,蝙蝠的地位十分特殊。蝙蝠是翼手目哺乳动物,在地球上已经生存了 8800 万年,几乎和恐龙同时代。

据报道,蝙蝠身上能携带超过 100 多种毒性极大、凶险无比的病毒,是真正的高致病性病毒“蓄水池”。许多烈性传染病世界性或地区性大流行,都与蝙蝠脱不开关系。神奇的是,蝙蝠却能“百毒不侵”。

为什么蝙蝠能做到携带病毒而不发病?科学家解释,作为唯一一类演化出真正有飞翔能力的哺乳动物,蝙蝠新陈代谢水平非常高,为了适应飞行而在进化中进行了适应性突变,从而直接或间接地影响了蝙蝠的天然免疫系统,这让它们携带病毒却极少出现病症。于是在漫长的进化历程中,蝙蝠成了上百种病毒的自然宿主。

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栖满蝙蝠的山洞(来源:武汉病毒所石正丽团队)

此外,作为一种能够飞行的动物,蝙蝠可以四处周游,本身就具备了快速传播传染病的能力。蝙蝠是超大数量的群居动物,而且居住在阴暗潮湿的洞穴里,彼此之间很容易扩散病原体,形成野生的交叉感染环境,一旦某种病毒出现在一只蝙蝠身上,就会很快被更多蝙蝠携带。

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100 年来人类和蝙蝠共同携带的病毒数量,颜色越深,共同携带的病毒数量越多(来源:LIAM BRIERLEY ET AL。 )

2016年,科学新闻(Science News)报道了科学家发表在《美国博物》一篇研究(doi:10.1126/science.aae0173)。科研人员发现,能在人类与蝙蝠体内共存的病毒非常多,撒哈拉以南非洲是病毒跨物种传播发生率最高的区域,该地区一些地方跨物种传播病毒达到16种。根据他们绘制的驱动病毒跨物种传播的模型,科学家认为一个地区栖息的蝙蝠越多,病毒跨物种传播的风险就越大。可怕的是,非法捕猎和高人口密度也会扩大风险因素,为动物把疾病传播给人类制造更多机会。

但是,除了蝙蝠之外,其它野生动物也或多或少携带病毒,比如禽流感和艾滋病病毒等。随着经济全球化和人类活动的勃兴,很多森林、树木被砍伐,野生动物的栖息地被破坏,使得人类与野生动物接触增多,近年来由动物跨种传播到人类的新发传染病也不断爆发。

我们能为防控做什么?

国家卫健委高级别专家组组长钟南山院士表示,到现在为止,针对本次疫情还没有特效药。

因此,对于大众来说,预防是关键!

1) 尽量少接触一切未知来源的动物,不要捕食、贩卖、购买野味;

2) 避免与有呼吸道疾病症状(如咳嗽和打喷嚏等)的患者近距离接触;

3) 加强室内通风,保持室内环境清洁;

4) 勤洗手:洗手时用肥皂和清水搓洗20秒以上,没有条件时可使用含酒精的免洗洗手液清洁双手。

6) 打喷嚏、咳嗽要避开他人,用纸巾、手肘等部位遮挡,痰液也要用纸巾包好,用过的纸巾要丢弃至垃圾桶,并清洁双手;

7) 避免到封闭、空气不流通的公共场所和人多聚集的地方,特别是小孩、老年人、孕妇及基础病患者。

8)戴口罩是阻断呼吸道分泌物传播的有效手段,必要时外出佩戴口罩。注意口罩要定期更换,一次性使用,一般不超过4小时。

9) 一旦发生发热、乏力,出现干咳等症状,或者近期有接触相关野生动物,应该及时就医。

(内容综合整理自:世界卫生组织、国家卫健委、中国疾控中心、武汉市卫健委、中国科学杂志社、科学大院、中国科普博览和部分媒体报道)

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