蝙蝠是SARS样冠状病毒的自然宿主,果子狸也没有被冤枉

作者: 来源: 中国青年报 2017-12-14 17:30:56

 

SARS,又称“非典”,2003年春天肆虐全球,据官方统计共夺去919人的生命。亚洲地区疫情尤其严重,以中国内地、香港、台湾和新加坡、越南为甚。这场“非典型肺炎”在人们心中留下了不可磨灭的的“非典型记忆”……

如今,“蝙蝠女侠”带领她的团队,找到了病毒的源头。而大家熟悉的果子狸也并没有被冤枉!

15株蝙蝠SARS样冠状病毒的基因序列信息,输入生物信息学分析软件,这些基因序列在某些区域近似,在某些区域又各不相同。

软件开始运行,中国科学院武汉病毒研究所助理研究员胡犇,独自坐在实验室的电脑前等待。几分钟后,一连串高低起伏的线条出现在电脑屏幕上。

这些线条意味着,15株病毒中某几株病毒的基因组序列,在经过了一系列的重新组合之后,与曾经造成“非典型性肺炎”疫情的SARS病毒,基因序列高度一致。

这15株病毒,全部来自中国云南的一个蝙蝠洞。

专家在洞穴找到SARS真凶蝙蝠 但果子狸也没被冤枉

SARS样冠状病毒的自然宿主菊头蝠。广东省生物资源应用研究所张礼标研究员供图

看到结果的那一刻,胡犇很平静。他和研究组,在对这些病毒进行基因组扩增,拿到测序结果之后,对目前的分析结果作出了预测。在之后的组会上,胡犇将软件分析结果报告给研究组组长石正丽。

2017年11月30日,研究组关于SARS冠状病毒起源推论的论文,在线发表在《公共科学图书馆-病原学》(PLOS Pathogens)上。12月1日,《自然》杂志新闻专栏对这篇论文进行了报道。

“我们揭示了SARS冠状病毒可能的重组起源。”胡犇对中国青年报·中青在线记者说。

蝙蝠是SARS样冠状病毒的自然宿主,果子狸也没有被冤枉

15年过去了,胡犇仍然记得2003年,他正在读高三,武汉的夏天极热,但人们出门时戴着厚厚的口罩。

“普通口罩用处不大,图个心理安慰。”胡犇一边回忆,一边无奈地笑。

直到今天,“SARS”这个词仍令经历过的人谈之惊心。

在北京市卫生和计划生育委员会公共处处长姚铁男的印象里,当时SARS病毒简直是“来无影去无踪”的存在。

它在2002年冬天悄然出现,在2003年春天爆发,“传染性强、传播快、死亡率高”。随着感染者的流动,它蔓延到全国各地乃至世界各地,中国内地有24个省(区、市)报告了SARS病例。

有史以来第一次,世界卫生组织发布了全球旅行建议,让人们谨慎出行。这种疾病被定名为严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndrome),简称SARS。疫情持续了8个月,席卷26个国家,感染8096人,死亡774人。其中,中国报告病例7429例,死亡685例。此后,SARS几乎消失了,再也没有出现大的疫情爆发。

“一开始我们不知道病原体到底是什么。”胡犇说。

实验室里,科学家忙碌起来。很快,一种病毒从病人体内被分离出来。它看起来像一顶王冠,表面有许多排列规则的突起。在经过基因测序后,研究者发现,这是一种“我们从未认识的、全新的冠状病毒”。它是从哪儿来的?果子狸成为首要“疑凶”。

在野味消费大省广东,初始病例包括处理过野味的厨师、野生动物市场商贩等。“非典”疫情爆发之前,他们经常接触果子狸。

很快,研究人员从野生动物市场上的果子狸体内,检测到了SARS冠状病毒,“与人群中流行的 SARS 病毒全基因组序列的一致性达到99.8%,两者高度相关”。研究者确认,果子狸的确是将SARS病毒传播给人类的直接源头。

“但是,直接源头并不等于根本源头。”胡犇向中国青年报·中青在线记者解释,想要找到一种病毒的根本源头,最重要的,是要找到它的自然宿主。

根据胡犇的说法,病毒也是生物,它们目的并不是杀死所有宿主,而是“生存”。有一些宿主,能够在体内长期携带某一类病毒,却不会因此生病甚至死亡,而是与病毒和谐共存,在整个种群当中,同类病毒存在一定的自然感染率。这样的宿主,在生物学上被称为自然宿主,它们就像病毒的“蓄水池”。

一系列动物实验证明,对人类致命的SARS冠状病毒,同样能够让果子狸生病。另一方面,针对野生果子狸和养殖果子狸的大范围流行病学调查结果也显示,它们都没有感染SARS病毒。果子狸仅仅是中间宿主。

2004年,中国科学院武汉病毒研究所的研究员石正丽,和当时还在中科院动物所工作的张树义研究员,踏上了追踪SARS冠状病毒源头的征程。90年代,曾有两种人兽共患的病毒传染病,分别在在澳大利亚和东南亚爆发,根本源头都来自同一种动物——蝙蝠。

“一种是从蝙蝠身上先传播到猪,再传染给人。另一种中间宿主是马。这向追踪SARS病毒溯源的研究团队提出了一个可能性,SARS的源头会不会也是蝙蝠。”胡犇说。

对研究病毒的学者来说,蝙蝠的地位特殊。

它们的学名是翼手目,在哺乳动物中,是仅次于啮齿类动物的第二大类群,其种类占哺乳动物物种数的20%,在全世界分布范围广泛。菊头蝠是中国常见的蝙蝠种类之一,食虫,平均寿命25年。

蝙蝠也是许多病毒的自然宿主,包括埃博拉病毒、马尔堡病毒,狂犬病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒等。由于蝙蝠具有特殊的免疫系统,携带病毒却极少出现病症。在漫长的进化历程中,蝙蝠成了上百种病毒的自然宿主。

研究人员开始在蝙蝠的种群当中,对SARS冠状病毒进行溯源。石正丽和张树义研究员带领联合研究团队,在广东、广西、湖北和天津等地,采集了408只蝙蝠的肛拭子、咽拭子和血液样品。

在实验室里,研究人员对这些样品进行了抗体与核酸检测。他们在菊头蝠种群中检测到了SARS冠状病毒抗体。不同地区的菊头蝠中,都检测到了“遗传多样的、与SARS病毒相类似的冠状病毒核酸”。样品中还有一株蝙蝠冠状病毒,全长基因组测序证明,它与能够感染人和果子狸的SARS冠状病毒,基因组序列相似度达到92%。

2005年,这项发现刊载于《科学》杂志。“蝙蝠是与SARS冠状病毒相关的一类冠状病毒的自然宿主,这些病毒被称为SARS样冠状病毒,导致SARS爆发的病毒,也是这个冠状病毒家族的成员之一。”论文中写道。

“果子狸是人感染SARS病毒的直接来源,作为中间宿主,并不是被冤枉的。事实也证明,清除野生动物市场上的果子狸,确实起到了遏制疫情的作用。但说到根本源头,作为自然宿主的蝙蝠,可能性更大。这篇论文,是我们在SARS冠状病毒溯源研究中的第一个里程碑。”胡犇说。

第一株蝙蝠SARS样冠状病毒的活病毒分离出来了

确认蝙蝠是SARS样冠状病毒的自然宿主,溯源的征程,只是刚刚开始。

尽管基因组结构相似,但在一段关键的基因上,研究组当时发现的蝙蝠SARS样冠状病毒,与感染人和果子狸的SARS病毒,相差非常大。这段关键基因名为刺突蛋白基因,又叫“S基因”。

“冠状病毒的S蛋白负责病毒与细胞表面的受体结合,受体结合之后,病毒才能入侵细胞,建立感染。病毒与受体的结合具有特异性,S基因不同,病毒的受体就可能不一样。这就像什么钥匙配什么锁,如果找不到可以利用的受体,病毒是无法感染细胞的。所以说,S基因对冠状病毒可以感染哪些细胞、感染什么宿主、致病性如何都具有重要的决定作用”胡犇说。

专家在洞穴找到SARS真凶蝙蝠 但果子狸也没被冤枉

蝙蝠SARS样冠状病毒粒子 中科院武汉病毒研究所供图

除了S基因,还有几个附属基因,也并不完全一致。这说明,之前发现的病毒,与SARS病毒的直接祖先存在不小的差距,无法确认造成非典疫情的病毒源头就一定是蝙蝠。

为了找到更多证据,研究团队在中国西南、华南、华北、华中的荒郊野岭上继续研究征程,最远到过西藏墨脱、云南西双版纳。组员罗东升近两年刚加入采样团队,他回忆,有一次他一下午爬了好几个山头,钻了7个蝙蝠洞。遇到洞口很低的,不得不匍匐前进。

有时候,蝙蝠洞就在不远处的山头上,直线距离不过几十米,走过去却要花几小时。路上荆棘丛生,需要用刀或锄头劈出一条路。

更多时候,罗东升会趴在汽车副驾窗边,举起望远镜对着窗外。汽车在山路上行驶,他需要判断哪些地方可能有蝙蝠洞。

作为课题组长,石正丽时常带队爬山钻洞。采样工作通常是4人一组。组员戴着N95口罩、手套和头灯,穿着防护服,傍晚时在蝙蝠洞口支起捕鸟网。夜里,他们从捕鸟网上取下落网的蝙蝠,在野外临时搭起的工作台上,连夜进行肛拭子取样。他们捉住蝙蝠,用棉签拭子插入蝙蝠肛门拭取样品。

提取肛拭子之后,蝙蝠会被放走。“石老师一直坚持无侵害取样,尽量不剖杀蝙蝠,采样时也尽量减少对蝙蝠的身体伤害。”罗东升说。有些蝙蝠种群数量很少,破坏性的采样很有可能对整个种群造成毁灭性打击。蝙蝠在维护生态平衡中发挥重要作用,捕杀大量蝙蝠,将对生态系统造成重大损失。

尽管戴着手套,人被蝙蝠咬伤的风险依然存在。研究组成员范毅比画了一下蝙蝠牙齿的长度,前不久,他的食指就被一只蝙蝠咬伤。

“在野外采样之前,我们都会提前注射狂犬病疫苗。在蝙蝠携带的病毒当中,这是最危险的。”范毅说。

直到2011年,在云南的一个蝙蝠洞里,研究组终于找到了自己一直在寻找的线索。

“从这个洞里的样品中,我们第一次检测到了和SARS病毒更相近的SARS样冠状病毒S基因。比起其他的采样地点,云南的这个洞,更值得我们关注。”从这一年开始,云南的这个蝙蝠洞被定为长期采样地点。

一直到2015年10月,每年的春秋两季,研究团队都会到那里去。

专家在洞穴找到SARS真凶蝙蝠 但果子狸也没被冤枉

研究组在野外作业。中国科学院武汉病毒研究所供图

“春天是蝙蝠的繁殖季节,秋天则是冠状病毒检测出阳性率最高的季节。”胡犇解释。

这个洞穴的温度大约在22℃到25°C之间,,湿度在85% 到90%左右。这里栖息着一个数量庞大的菊头蝠种群。在整个云南,类似的蝙蝠洞其实并不罕见。

黄昏时,研究团队会在洞里的地面铺上一块布,第二天早上收走采集了一夜的新鲜蝙蝠粪便。每粒粪便样本大约1克重,被放在1毫升的收集溶液里,带回实验室,储存在零下80°C的冷冻箱里。在实验室里,样品中的病毒RNA被提取出来。

2013年,中科院武汉病毒研究所实验室,从粪便样品中,分离出第一株蝙蝠 SARS 样冠状病毒的活病毒,它被命名为WIV1(WIV是武汉病毒研究所的英文简称)。它比之前发现的任何一株蝙蝠SARS样冠状病毒都更接近SARS冠状病毒,正是那段相近的S基因,让这株蝙蝠SARS 样冠状病毒能够使用和SARS病毒相同的受体,并能够感染人的细胞。这项成果刊载于2013年11月的《自然》杂志。

第二个里程碑立起来了。

SARS病毒起源问题,终于可以被回答了

成功分离出WIV1,让全球科学家对SARS病毒起源的分歧、争论,变得“趋于一致”。这场已经持续多年的追捕,目标渐渐清晰——SARS冠状病毒起源于菊头蝠。

“但是,我们在云南这个采样点的蝙蝠当中,还没有找到SARS病毒最直接的祖先株。也就是说,在所有的基因上,都和SARS病毒高度相似的一株蝙蝠病毒,我们并没有找到。”按照胡犇的说法,当时的整个证据链上,还有一个信息缺口没填上。

对云南这处蝙蝠洞的采样工作,持续了5年,共10次采集,收集到64份蝙蝠粪便粒和肛拭子样品。研究组从这些样品中,陆续分离出3株活病毒,得到了共计15株蝙蝠SARS样冠状病毒的全长基因组序列。

与造成非典疫情的SARS病毒相比,这15株病毒有的S基因高度同源,个别附属基因不同,有的附属基因高度相似,却在S基因上差异明显。

尽管没有一株病毒与SARS病毒完全相同,研究组却发现,在这15株病毒当中,包含了SARS病毒所有的基因组组分。

“我们考虑到一个可能性——这个蝙蝠种群携带的不同的病毒之间出现了基因重组,产生了SARS病毒。”胡犇说。

2016年2月的一天,针对15株蝙蝠SARS样冠状病毒基因信息的基因重组推导在计算机中开始进行。最终结果证实了研究组的推测。

专家在洞穴找到SARS真凶蝙蝠 但果子狸也没被冤枉

研究组正在进行样本处理。中国科学院武汉病毒研究所供图

“云南的这个蝙蝠洞,就像一个SARS样冠状病毒基因库。不管是S基因、附属基因还是非结构蛋白基因,SARS病毒的全部基因组组分,都可以在这个天然基因库中找到。”胡犇告诉中国青年报·中青在线记者,“我们在这些蝙蝠SARS样病毒的基因组上多个位点发现了频繁重组的证据,通过进一步分析,我们推测,造成当年疫情的SARS冠状病毒的直接祖先可能通过这些蝙蝠SARS样冠状病毒的祖先株之间发生的一连串的重组事件而产生。”

SARS病毒起源尚存的问题,终于可以被回答了。

研究组提出了猜想:SARS冠状病毒的直接祖先株,在云南或者西南地区的某个蝙蝠种群中出现了。在偶然的情况下,病毒感染了野生果子狸,带病的果子狸被人类被捕捉。也有可能,是携带病毒的蝙蝠接触了当地的果子狸养殖场。当果子狸抵达广东的野生动物市场后,病毒在其体内发生了快速进化,以SARS病毒的最终样态接触到了人类。

然而,一切都只是推测,15年前的那个过程,不可能被还原了。

“这项发现告诫我们,须减少对蝙蝠等野生动物栖息地的侵扰、杜绝野生动物市场交易,这对于防止新发传染病的发生至关重要。” 香港大学微生物学家袁国勇教授对这项研究发表评论称。

“蝙蝠携带的SARS样冠状病毒需要引起我们的重视,但是也无需过度紧张。只要我们和自然栖息地的蝙蝠保持一定的距离,病毒从蝙蝠溢出的可能性很小。”胡犇说,“另外需要指出的是中间宿主,也就是和人类接触机会更多的这些动物,在病毒从自然宿主到人的这个传播链中往往扮演着关键角色。所以说,不光是和蝙蝠保持距离,还需要停止消费果子狸等野生动物,将疾病暴发风险降至最低。”

胡犇把病毒监测与病毒发现工作称为“病毒研究的上游”,能为“下游”的防治工作、诊断方法与疫苗研发以及其它基础研究奠定基础。这项研究意味着,类似SARS的新发冠状病毒病,仍然存在着爆发的风险,为相关疾病的预防提供了依据。

“这回发现的完整的SARS样冠状病毒基因库,可以让疾控专家用软件提前模拟出还没有出现过、很可能出现的、能够感染人类的病毒,我们可以提前研究疫苗,研究对策。”中国科学院院士、中国疾病预防控制中心主任高福对中国青年报·中青在线记者说。

他将SARS疫情之后的中国疾控工作,称为“砥砺前行”,“发生MERS(中东呼吸综合征冠状病毒)疫情的时候,我们就不像2003年时那样了,很快把MERS控制住了。”

2003年5月9日,《中华人民共和国国务院令(第376号)——突发公共卫生事件应急条例》发布,要求建立突发事件应急报告制度,在“发生或可能发生传染病爆发、流行”,以及“发现不明原因的群体性疾病”等情况后,各级政府要在接到报告1小时之内,向国务院卫生行政主管部门报告。

2005年,国家投入116亿元,建立以疾病预防控制机构为中心的疾病防控体系,作为解决突发公共卫生事件的应急系统。

“非典”之后,北京市各级疾控部门都开始针对突发公共卫生事件进行培训和演练。北京市卫计委疾控部门建立了一套24小时不间断运转的传染病监测网络。2012年,北京市投入1.75亿元,为市区两级疾控机构配备仪器装备。

在高福看来,一流的疾控,需要一流的科研成果来支撑,体现在与疾控有关的基础研究和应用研究上。

提到石正丽,他开了个玩笑:“我们都叫她Bat Woman,蝙蝠女侠。”

原标题:专家在洞穴找到SARS真凶蝙蝠 但果子狸也没被冤枉

 

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