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科技日报谈病毒溯源:“零号病人”是关键,也是难点

发布时间:2020-04-14 17:48 点击数:

新冠病毒在全球蔓延。每个人都想知道,这种病毒究竟从何而来?找到致病病毒源头的工作,就是所谓的“病毒溯源”。

  “这并不仅仅是为了满足好奇心,更重要的是,其对传染病防治意义重大。找到病毒源头,理解病原是如何发展成为对人类致病的病毒,才能回答病毒会不会反复出现,也就是大家关心的是否会卷土重来的问题。”中国科学院院士、中科院上海生命科学研究院赵国屏研究员在接受科技日报记者采访时说。

  然而,尽管全球科学家都在苦苦探寻,目前看来,新冠病毒的起源依然扑朔迷离。“事实上,不只是新冠病毒,人类历史上很多疾病,如艾滋病、SARS等,对其源头的探索,虽然有了很大进展,但至今还在继续。病毒溯源本身就是个科学难题,很复杂,需要较长时间,而且存在不确定性。”赵国屏说。

  溯源基于科学举证 找病原体需满足科赫法则

  “对于未知病原病毒溯源,至少要分两步走:第一步先找到致病的病原体;第二步确定到底是哪种动物被最先感染(或者就是天然携带者),即病毒的天然宿主,在这一步上,还需要探寻病毒从天然宿主到感染人,再在人际传播的过程及其机制。”赵国屏说。

  赵国屏表示,病毒溯源需要证据,是科学举证的过程。其证据主要有两大类,一类是生物学证据,包括病因学、临床医学和流行病学等证据,其优点是“真实世界”的显像,但也存在获取过程中可能有人为因素干扰,以及实验过程困难等问题;另一类是分子生物学证据,包括基因组测序、抗体检测等,它的优势是“确切”,但要与生物学证据建立联系,不那么容易。

  以找病原体来说,需要满足科赫法则。中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所武桂珍研究员介绍,科赫法则由德国细菌学家罗伯特·科赫提出,它是指确定一种病毒为致病的病原微生物需要4个标准:在每一病例中都出现相同的微生物,且在健康者体内不存在;要从宿主分离出这样的微生物并在培养基中得到纯培养;用这种微生物的纯培养物接种健康而敏感的宿主,同样的疾病会重复发生;从试验发病的宿主中能再度分离培养出这种微生物来。

  SARS暴发时,荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学的两个团队正是用这一法则确定了SARS-CoV是SARS的病原。他们用SARS-CoV感染食蟹猕猴,出现了与人感染SARS-CoV相类似的症状,从感染的猴子体内分离到的病毒与当初接种时的病毒相同,感染的猴子体内能够检测到SARS-CoV特异的血清转化。

  然而,武桂珍表示,找到病原体只是溯源的第一步。中华菊头蝠到底是不是SARS的唯一自然宿主,它携带的病毒是如何变异成果子狸携带的病毒,还需进一步研究。

  “完全按照科赫法则去寻找病原体需要较长时间,在当今时代需要用分子生物学手段,如血清转化和基因测序,加快对疑似病原验明正身:属于什么物种,是否是一种未被认识的新物种等。从溯源的全过程看,最终要由生物学和分子生物学两大技术所获信息证据,汇聚成链,相互印证,才算是真正完成了任务。”赵国屏补充说。

    “零号病人”是溯源的关键 也是难点

  “一般来讲,病毒溯源有两条路径,一是流行病学调查,二是动物和环境中的病毒分布调查。” 南方医科大学生物安全三级实验室主任赵卫说。

  赵卫表示,一般传染病溯源的流行病学调查是从第一位被发现的患者的接触史开始,即要找到“零号病人”,但这项寻找工作可谓难上加难。

  以艾滋病为例,1980年10月到1981年5月,在美国洛杉矶有5位以往很健康的年轻人患上了卡氏肺孢子菌肺炎,这是一种非常罕见又严重的感染,通常只会出现在免疫功能严重低下者身上。5位年轻人病情迅速恶化,被报道时,已有2人死亡。这是最早发现的艾滋病病人,但当时即推测这种疾病已在世界上传播了较长时间。

  8年后即1988年的一项研究找到了更早的美国病人,研究人员检测一名叫罗伯特·雷福德(Robert Rayford)的15岁青少年在1968年留下的组织样本时,发现结果呈HIV阳性。之后又过去10年,1998年,科学家在刚果首都金沙萨找到了一份来自1959年的血液样本,发现其中就含有HIV-1。这是目前能够确切追溯到的最早的艾滋病“零号病人”了。但他真的是“零号”吗,至今无法说清。

  其次,动物和环境中的病毒分布调查是最直接、最重要的手段。赵卫介绍,如科学家发现非洲喀麦隆南部灵长类动物身上带有与HIV极为相像的病毒SIV,也即猴免疫缺陷病毒。所以,有科学家提出了“受伤猎人”理论,即一位受伤猎人接触到灵长类身上的病毒,最先被感染。现代最凶险的传染病之一埃博拉出血热,目前大多数科学家认为其来源于果蝠,因为整个撒哈拉中部和南部非洲地区有不同种类的果蝠可以携带这种病毒。

  近年来,生物信息学技术进展迅速,科学家可以通过基因同源性比对确定不同病毒株间的亲缘关系和传播过程,甚至可以通过“分子钟理论”推算出某种病毒的起源时间。但在溯源方面,这些都无法替代传统的流行病学调查。

  在赵国屏看来,对自然来源新病毒的溯源,就像刑警破案。刑警到作案现场,首先收集证据,然后多方调查,形成各种假说;顺藤摸瓜,排除并查找新证据、新线索,最后找到作案嫌犯。同时,嫌犯供述犯罪过程,并指认作案第一现场及作案工具藏匿地点,与获得的证据互相印证。其中任意环节出问题都可能没有结果。

    溯源有难度 大家要有合理预期

  病毒很狡猾,尤其是基因由核糖核酸(RNA)而不是脱氧核糖核酸(DNA)构成的病毒,更容易发生变异,而且变异的程度更高,速度更快。

  赵国屏介绍,冠状病毒就是更为狡猾的RNA病毒。其基因组比较大(是HIV病毒基因组的3倍),也容易出现包括缺失、重组之类大片段的变异;当然,绝大部分变异对于病毒的生长繁殖都是不利的,因此,在病毒复制的过程中就被自然淘汰了。

  赵国屏认为,病毒在跨种传播过程中,需要积累适应新宿主(人类)的那些变异,形成在人群中扩散的“传播性的克隆”,那就是现在反复检测测序的传播到世界各地的毒株。可是,在这个早期的积累过程中的绝大部分变异,并没有明显的对人感染的“表型”,被发现的几率自然是很低的;但这正是溯源所需要的“科学证据”。

  以SARS为例,赵国屏解释,其暴发后科学家就一直在寻找源头。2005年,科学家在三种蝙蝠中发现了SARS样冠状病毒,但基因组序列都与SARS冠状病毒基因组差异过大。直到2015年,在中华菊头蝠中发现SARS样冠状病毒,与人SARS冠状病毒基因组序列有96%的相似性,而且其与人细胞受体ACE2结合的S蛋白氨基酸序列相似性达到97%,才算基本揭示SARS冠状病毒的天然宿主。

  “病毒溯源极其困难,包含了很多不可控因素。有些证据丢掉了,可能永远找不到了。很多情况下,把链条完全连起来是不可能的。有些是长期研究也未必能搞清楚的,只能形成推论,更多的还是找到节点证据。对此,大家要有一个合理的预期。”赵国屏强调。

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