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陷入僵局!Nature 表示可能不是穿山甲,现有研究的证据不足…

文章来源:丁香学术 本文首发于丁香学术,丁香学术是丁香园旗下专为科研人员打造的公众号,致力于传播有价值的学术报道,解读有深度的学术文章。公号ID:dingxiangshiyan,欢…

文章来源:丁香学术
本文首发于丁香学术,丁香学术是丁香园旗下专为科研人员打造的公众号,致力于传播有价值的学术报道,解读有深度的学术文章。公号ID:dingxiangshiyan,欢迎关注!


新型冠状病毒天然宿主和潜在中间宿主准确溯源,对阻断病毒动物源头、避免病原长期传播、促进新型冠状病毒的源头防控、防止新型冠状病毒肺炎疫情死灰复燃具有重大意义。


新型冠状病毒基因组与蝙蝠身上携带的蝙蝠冠状病毒基因组比对结果表明,新型冠状病毒完成从蝙蝠到人的进化和传播,中间至少需要一个中间宿主。


2 月 27 日,广州市政府新闻办在广州医科大学举办疫情防控专场新闻通气会,国家卫健委高级别专家组组长、中国工程院院士钟南山在疫情防控新闻通气会表示「中间宿主我不相信只有穿山甲,应该还有别的」


图源:Nature 官网


无独有偶,Nature 杂志也在密切关注新型冠状病毒潜在中间宿主是否为穿山甲的问题答案。


2 月 7 日和 2 月 26 日,Nature 分别发表了题为《Did pangolins spread the China coronavirus to people》《Mystery deepens over animal source of coronavirus》的文章,认为基于现有新型冠状病毒和穿山甲冠状病毒基因组研究的数据,尚不足以说明新型冠状病毒和穿山甲冠状病毒之间的宿主路径关系。


整合多家研究机构关于新型冠状病毒天然宿主和中间宿主溯源的研究工作,穿山甲是除天然宿主蝙蝠外唯一被新型冠状病毒相关冠状病毒感染的哺乳动物。


我们在前文中(感兴趣可戳:继管轶之后,华南农大再添石锤!新型冠状病毒中间宿主溯源指向穿山甲留下了关于新型冠状病毒是否有除穿山甲外的中间宿主,新型冠状病毒从穿山甲传播到人类的宿主传播路径是否能闭环等问题,我们在这篇文章里一起继续探讨。



主要嫌疑-穿山甲,证据不足


90.3%


2 月 20 日,华南农业大学、岭南现代农业科学与技术广东省实验室沈永义肖立华团队及广州动物园科研部在预印本 bioRxiv 发表了题为《Isolation and Characterization of 2019 -nCoV-like Coronavirus from Malayan Pangolins》的研究成果,通过对穿山甲样品进行宏基因组分析,发现穿山甲为新型冠状病毒的潜在中间宿主。


图源:bioRxiv 官网


沈永义、肖立华团队对 2019 年 3 – 12 月获得的中华穿山甲(Manis pentadactyla)和马来亚穿山甲(Manis javanica)进行了检测,马来亚穿山甲中冠状病毒阳性率为 68%(17 / 25)。血清学试验表明,马来亚穿山甲体内抗体可与新型冠状病毒的 S 蛋白结合,提示在自然条件下,穿山甲可能已被新型冠状病毒相关的冠状病毒感染。


蝙蝠冠状病毒、穿山甲冠状病毒相关冠状病毒和新型冠状病毒序列比对和进化分析
图源:bioRxiv 官网


从马来亚穿山甲中分离的冠状病毒基因与新型冠状病毒刺突表面糖蛋白(S)、小包膜蛋白(E)、基质蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)分别具有 90.4%,100%,98.2%,96.7% 一致性。全基因组对比发现,穿山甲和人体内这种病毒的 DNA 相似度为 90.3%。注意这个蝙蝠 Bat SARSr-CoV RaTG13,我们在下文讨论。


图源:bioRxiv 官网


此前,华南农业大学新闻发布会和多家自媒体曾提到——通过对病毒基因组分析,发现穿山甲体内分离的病毒株与目前感染人的新型冠状病毒毒株序列相似度高达 99%。


事实上,全基因组序列对比发现,穿山甲冠状病毒和人体内新型冠状病毒基因序列一致性为 90.3%,99%相似度是指受体结合域(RBD)。对于数据错误解读,肖立华认为 99% 序列一致性的报道源于「生物信息团队和实验团队之间一次令人尴尬的沟通失误」


杜克-新加坡国立大学医学院王林发表示,即使两种病毒的受体结合域有 99% 的相似性,也不足以说明两者之间的联系。


90.23%


2 月 21 日,广东省生物资源应用研究所陈金平团队在预印本 bioRxiv 上发表了题为《Are pangolins the intermediate host of the 2019 novel coronavirus (2019 -nCoV)》的新型冠状病毒溯源分析结果,表明穿山甲冠状病毒与新型冠状病毒、蝙蝠冠状病毒均有遗传相关性,但不支持新型冠状病毒直接来源于穿山甲冠状病毒。


图源:bioRxiv 官网


从马来亚穿山甲中分离的冠状病毒刺突表面糖蛋白基因与新型冠状病毒刺突表面糖蛋白基因序列一致性仅为 83.05%(沈永义、肖立华团队 S 蛋白序列一致性为 89.1%,可能与测序样本量不同有关)。


蝙蝠冠状病毒 RaTG13、穿山甲冠状病毒- 2020、蝙蝠冠状病毒 SL-CoVZXC21 与 SARS 冠状病毒的序列比对
图源:bioRxiv 官网


新型冠状病毒 S 蛋白中负责与受体结合的 S1 亚基和负责膜融合的 S2 亚基之间存在一段 PRRA 短序列,形成独特的 Furin 酶切位点。这一短序列及其形成的 Furin 酶切位点在蝙蝠冠状病毒 RaTG13 和穿山甲冠状病毒- 2020 中并不存在,表明新型冠状病毒可能另有中间宿主,在神秘宿主体内通过病毒基因重组被插入了这段序列。


穿山甲冠状病毒- 2020 与新型冠状病毒的进化分支分类单元
图源:bioRxiv 官网


陈金平团队在马来亚穿山甲体内分离的穿山甲冠状病毒- 2020 和新型冠状病毒基因序列存在 90.23% 一致性。同时,在全基因组水平,穿山甲冠状病毒- 2020 较云南蝙蝠上分离的蝙蝠冠状病毒 RaTG13 离新型冠状病毒进化距离更远。故不支持穿山甲是新型冠状病毒的中间宿主,但同样不能排除新型冠状病毒可能在穿山甲中发生病毒重组。


85.5%- 92.4%


香港大学公共卫生学院新发传染病国家重点实验室管轶教授团队和广西医科大学胡艳玲教授团队 2 月 18 日在预印本 bioRxiv 发表题为《Identification of 2019 -nCoV related coronaviruses in Malayan pangolins in southern China》论文,研究结果发现并鉴定了更早期的穿山甲样本中存在与新型冠状病毒相关的冠状病毒。


图源:bioRxiv 官网


研究人员对 2017 年 8 月至 2018 年 1 月及 2018 年 5 月至 7 月两批次穿山甲组织样品进行了高通量基因测序与 qPCR 检测。结果表明穿山甲肺,肠,血液等样品呈新型冠状病毒相关的冠状病毒阳性,与新型冠状病毒基因组相似率在 85.5%- 92.4%。


系统进化树分析表明 GD/P1L 和 GD/P2S 两个穿山甲冠状病毒分支与新型冠状病毒密切相关
图源:bioRxiv 官网


新型冠状病毒与穿山甲冠状病毒的受体结合域 RBD 氨基酸序列相似性高达 97.4%,蝙蝠冠状病毒与新型冠状病毒的受体结合域氨基酸相似度为 89.2%,与蝙蝠冠状病毒相比,穿山甲冠状病毒与新型冠状病毒序列相似度或一致性更高。故支持穿山甲是新型冠状病毒的中间宿主。


91.02%


云南大学张志刚团队在预印本 bioRxiv 上发表题为《Pangolin homology associated with 2019 -nCoV》的研究论文。


图源:bioRxiv 官网


张志刚团队通过全基因组测序发现穿山甲冠状病毒在全基因组水平上与新型冠状病毒和蝙蝠冠状病毒 RaTG13 相似度分别为 91.02% 和 90.55%。


穿山甲冠状病毒是新型冠状病毒和蝙蝠冠状病毒 RaTG13 最近的共同祖先。与蝙蝠冠状病毒 RaTG13 相比,穿山甲冠状病毒的 S1 蛋白与新型冠状病毒的关系更为密切。此外,与人类 ACE2 受体相互作用的五个关键氨基酸在穿山甲冠状病毒和新型冠状病毒之间完全一致,但在蝙蝠冠状病毒 RaTG13 中发生了四个氨基酸突变。


上述结果表明穿山甲冠状病毒具有与新型冠状病毒类似的致病性,故张志刚团队认为穿山甲可能是新型冠状病毒起源和可能的中间宿主。


分子和系统发育分析表明,新型冠状病毒与穿山甲冠状病毒和蝙蝠冠状病毒均有遗传关系,但不支持穿山甲冠状病毒是新型冠状病毒的祖代


加拿大麦克马斯特大学 Arinjay Banerjee 教授表示,一般而言,遗传基因序列相似性或一致性需要比上述研究中得到的一致性数字更高,才能确认鉴定结果为新型冠状病毒的中间宿主。例如 SARS 冠状病毒与果子狸体内 SARS 冠状病毒基因组序列一致性为 99.8%,故果子狸被认为是 SARS 冠状病毒的中间宿主。


对于新型冠状病毒,即使穿山甲最后被证明是中间宿主,也不能说上述研究中用到的马来亚穿山甲是新型冠状病毒的中间宿主。



其他中间宿主仍有嫌疑


龟类


2 月 26 日,暨南大学吴建国、湖北医药学院附属人民医院的刘龙团队在 Journal of Medical Virology 杂志在线发表了题为《Composition and divergence of coronavirus spike proteins and host ACE2 receptors predict potential intermediate hosts of SARS-CoV- 2》的中间宿主溯源研究成果,认为龟类和穿山甲可能是新型冠状病毒传播人类的潜在中间宿主之一。


图源:Journal of Medical Virology 官网


与组氨酸相比,酪氨酸与 ACE2 受体结合域 RBD 第 501 位天冬酰胺具有更高的亲和力,推测龟类和穿山甲可能是人类新型冠状病毒的祖代。


虽然龟类可携带包括中华鳖出血综合征病毒在内的数十种病毒,考虑到同为冠状病毒的 SARS 冠状病毒在哺乳动物间进行宿主间传播的路径,作为爬行动物的龟类是新型冠状病毒中间宿主的结论需要更多证据支撑。


蛇类


1 月 22 日,北京大学、广西中医药大学、宁波大学和武汉生物工程学院联合研究团队在Journal of Medical Virology 杂志发表了题为《Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human》的研究论文。研究团队认为蛇最有可能是新型冠状病毒的动物宿主。


图源:Journal of Medical Virology 官网


根据同为冠状病毒的 SARS 冠状病毒在哺乳动物间进行宿主间传播的路径,作为爬行动物的蛇类是新型冠状病毒中间宿主的结论可能并不严谨和可靠。Nature 杂志随后也发表了哺乳动物更可能是新型冠状病毒中间宿主的观点。


图源:Nature 官网



新冠病毒溯源是否还有另外一种可能?


在另外一篇新型冠状病毒溯源的研究中,我们发现了新型冠状病毒起源与进化的部分线索。


新型冠状病毒与 MERS 冠状病毒、蝙蝠 SARS 冠状病毒和 SARS 冠状病毒处于相同的乙型冠状病毒进化枝中。与蝙蝠 SARS 冠状病毒平行进化,相比于 SARS 冠状病毒,新型冠状病毒与蝙蝠冠状病毒存在更密切的亲缘关系。


图源:Cell Host & Microbe 官网


2 月 22 日,南方医科大学公共卫生学院三级生物安全实验室张宝团队在《南方医科大学学报》以知网网络首先发表的形式发表了题为《冠状病毒 SARS CoV- 2 病毒变异进化的分析》的研究论文。



研究人员计算了新型冠状病毒的共同祖先时间 tMRCA,发现新型冠状病毒与蝙蝠冠状病毒 RaTG13 之间的时间进化信号呈负相关,新型冠状病毒与 RaTG13 的进化距离是变小。表明新型冠状病毒与蝙蝠冠状病毒 RaTG13 不存在时间进化关系,即新型冠状病毒并非来源于蝙蝠冠状病毒 RaTG13 的进化。


而陈金平团队通过对比不同冠状病毒的基因序列发现蝙蝠冠状病毒 RaTG13 与新型冠状病毒序列一致性高达 96%。新冠病毒、RaTG13、 CoVZC45、CoVZXC21 这四种冠状病毒的 E 蛋白序列一致性高达 100%。对蝙蝠冠状病毒 RaTG13、穿山甲冠状病毒和新型冠状病毒序列一并进行进化树分析,结果表明新型冠状病毒可能进化于穿山甲冠状病毒相关的冠状病毒和蝙蝠冠状病毒 RaTG13 的重组。



结语


目前,与新型冠状病毒基因组匹配度最高的是来自我国云南省的 RaTG13 蝙蝠(序列一致性 96.2%)关于中间宿主的一连串基因组遗传学分析尚不能作为穿山甲是新型冠状病毒中间宿主的决定性证据。


不管疑似中间宿主是穿山甲、还是蛇、龟等其他动物,有一个问题至今无法回答,为什么中间宿主生活的其他地域没有成为疫情首发地域,偏偏发生于武汉?


除了中山大学公共卫生学院的王茂团队提到新型冠状病毒爆发可能与气候和温度存在密切关系外,可能还有目前不为我们所知的答案。


让我们共同期待科研人员抽丝剥茧解密中间宿主。


真相,终将水落石出!


封面来源:站酷海洛 Plus
「好文」,点个好看再走吧!

本篇文章来源于微信公众号: 生物学霸

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