[科普中國]-“蝙蝠女俠”團隊找出SARS病毒源頭

15株蝙蝠SARS樣冠狀病毒的基因序列信息，輸入生物信息學推導軟件，這些基因序列在某些區(qū)域近似，在某些區(qū)域又各不相同。

軟件開始運行，中國科學院武漢病毒研究所助理研究員胡犇，獨自坐在實驗室的電腦前等待。幾分鐘后，一連串高低起伏的線條出現(xiàn)在電腦屏幕上。

這些線條意味著，15株病毒中某幾株病毒的基因組序列，在經(jīng)過了一系列的重新組合之后，與曾經(jīng)造成“非典型性肺炎”疫情的SARS病毒，基因序列高度一致。

這15株病毒，全部來自中國云南的一個蝙蝠洞。

看到結果的那一刻，胡犇很平靜。他和研究組，在對這些病毒進行基因組擴增，拿到測序結果之后，早已對目前的推導結果作出了推測。在之后的組會上，胡犇將軟件推導結果報告給研究組組長石正麗。

2017年11月30日，研究組關于SARS冠狀病毒起源推論的論文，在線發(fā)表在《公共科學圖書館-病原學》（PLOS Pathogens）上。12月1日，《自然》雜志新聞專欄對這篇論文進行了報道。

“我們揭示了SARS冠狀病毒可能的重組起源。”胡犇對中國青年報·中青在線記者說。

蝙蝠是冠狀病毒的自然宿主，果子貍也沒有被冤枉

15年過去了，胡犇仍然記得2003年，他正在讀高三，武漢的夏天極熱，但人們出門時戴著厚厚的口罩。

“普通口罩用處不大，圖個心理安慰?！焙鸂囊贿吇貞洠贿厽o奈地笑。

直到今天，“SARS”這個詞仍令經(jīng)歷過的人談之驚心。

在北京市衛(wèi)生和計劃生育委員會公共處處長姚鐵男的印象里，當時SARS病毒簡直是“來無影去無蹤”的存在。

它在2002年冬天悄然出現(xiàn)，在2003年春天爆發(fā)，“傳染性強、傳播快、死亡率高”。隨著感染者的流動，它蔓延到全國各地乃至世界各地，中國內(nèi)地有24個省(區(qū)、市)報告了SARS病例。

有史以來第一次，世界衛(wèi)生組織發(fā)布了全球旅行建議，讓人們謹慎出行。這種疾病被定名為嚴重急性呼吸綜合征(Severe Acute Respiratory Syndrome)，簡稱SARS。疫情持續(xù)了8個月，席卷26個國家，感染8096人，死亡774人。其中，中國報告病例7429例，死亡685例。此后，SARS幾乎消失了，再也沒有出現(xiàn)大的疫情爆發(fā)。

“一開始我們不知道病原體到底是什么。”胡犇說。

實驗室里，科學家忙碌起來。很快，一種病毒從病人體內(nèi)被分離出來。它看起來像一頂王冠，表面有許多排列規(guī)則的突起。在經(jīng)過基因測序后，研究者發(fā)現(xiàn)，這是一種“我們從未認識的、全新的冠狀病毒”。它是從哪兒來的？果子貍成為首要“疑兇”。

在野味消費大省廣東，初始病例包括處理過野味的廚師、野生動物市場商販等?！胺堑洹币咔楸l(fā)之前，他們經(jīng)常接觸果子貍。

很快，研究人員從野生動物市場上的果子貍體內(nèi)，檢測到了SARS冠狀病毒，“與人群中流行的 SARS 病毒全基因組序列的一致性達到99.8%，兩者高度相關”。研究者確認，果子貍的確是將SARS病毒傳播給人類的直接源頭。

“但是，直接源頭并不等于根本源頭?！焙鸂南蛑袊嗄陥蟆ぶ星嘣诰€記者解釋，想要找到一種病毒的根本源頭，最重要的，是要找到它的自然宿主。

根據(jù)胡犇的說法，病毒也是生物，它們目的并不是殺死所有宿主，而是“生存”。有一些宿主，能夠在體內(nèi)長期攜帶某一類病毒，卻不會因此生病甚至死亡，而是與病毒和諧共存，在整個種群當中，同類病毒存在一定的自然感染率。這樣的宿主，在生物學上被稱為自然宿主，它們就像病毒的“蓄水池”。

一系列動物實驗證明，對人類致命的SARS冠狀病毒，同樣能夠讓果子貍生病。另一方面，針對野生果子貍和養(yǎng)殖果子貍的大范圍流行病學調(diào)查結果也顯示，它們都沒有感染SARS病毒。果子貍僅僅是中間宿主。

2004年，中國科學院武漢病毒研究所的研究員石正麗和當時還在中科院動物所工作的張樹義研究員，踏上了追蹤SARS冠狀病毒源頭的征程。90年代，曾有兩種人獸共患的病毒傳染病，分別在在澳大利亞和東南亞爆發(fā)，根本源頭都來自同一種動物——蝙蝠。

“一種是從蝙蝠身上先傳播到豬，再傳染給人。另一種中間宿主是馬。這向追蹤SARS病毒溯源的研究團隊提出了一個可能性，SARS的源頭會不會也是蝙蝠?！焙鸂恼f。

對研究病毒的學者來說，蝙蝠的地位特殊。

它們的學名是翼手目，在哺乳動物中，是僅次于嚙齒類動物的第二大類群，其種類占哺乳動物物種數(shù)的20%，在全世界分布范圍廣泛。菊頭蝠是中國常見的蝙蝠種類之一，食蟲，平均壽命25年。

蝙蝠也是許多病毒的自然宿主，包括埃博拉病毒、馬爾堡病毒，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統(tǒng)，攜帶病毒卻極少出現(xiàn)病癥。在漫長的進化歷程中，蝙蝠成了上百種病毒的自然宿主。

研究人員開始在蝙蝠的種群當中，對SARS冠狀病毒進行溯源。石正麗和張樹義研究員帶領聯(lián)合研究團隊，在廣東、廣西、湖北和天津等地，采集了408只蝙蝠的肛拭子、咽拭子和血液樣品。

在實驗室里，研究人員對這些樣品進行了抗體與核酸檢測。他們在菊頭蝠種群中檢測到了SARS冠狀病毒抗體。不同地區(qū)的菊頭蝠中，都檢測到了“遺傳多樣的、與SARS病毒相類似的冠狀病毒核酸”。樣品中還有一株蝙蝠冠狀病毒，全長基因組測序證明，它與能夠感染人和果子貍的SARS冠狀病毒，基因組序列相似度達到92%。

2005年，這項發(fā)現(xiàn)刊載于《科學》雜志?！膀鹗桥cSARS冠狀病毒相關的一類冠狀病毒的自然宿主，這些病毒被稱為SARS樣冠狀病毒，導致SARS爆發(fā)的病毒，也是這個冠狀病毒家族的成員之一?！闭撐闹袑懙?。

“果子貍是人感染SARS病毒的直接來源，作為中間宿主，并不是被冤枉的。事實也證明，清除野生動物市場上的果子貍，確實起到了遏制疫情的作用。但說到根本源頭，作為自然宿主的蝙蝠，可能性更大。石老師的這篇論文，是我們在SARS冠狀病毒溯源研究中的第一個里程碑?！焙鸂恼f。

第一株蝙蝠SARS樣冠狀病毒的活病毒分離出來了

確認蝙蝠是SARS樣冠狀病毒的自然宿主，溯源的征程，只是剛剛開始。

盡管基因組結構相似，但在一段關鍵的基因上，研究組當時發(fā)現(xiàn)的蝙蝠SARS樣冠狀病毒，與感染人和果子貍的SARS病毒，相差非常大。這段關鍵基因名為刺突蛋白基因，又叫“S基因”。

“冠狀病毒的S蛋白負責病毒與細胞表面的受體結合，受體結合之后，病毒才能入侵細胞，建立感染。病毒與受體的結合具有特異性，S基因不同，病毒的受體就可能不一樣。這就像什么鑰匙配什么鎖，如果找不到可以利用的受體，病毒是無法感染細胞的。所以說，S基因?qū)跔畈《究梢愿腥灸男┘毎⒏腥臼裁此拗?、致病性如何都具有重要的決定作用?！焙鸂恼f，“S基因差別太大，這些SARS樣冠狀病毒很可能不能像SARS病毒那樣感染人或者果子貍?！?/p>

除了S基因，還有幾個附屬基因，也并不完全一致。這說明，之前發(fā)現(xiàn)的病毒，與SARS病毒的直接祖先存在不小的差距，無法確認造成非典疫情的病毒源頭就一定是蝙蝠。

為了找到更多證據(jù)，研究團隊在中國西南、華南、華北、華中的荒郊野嶺上繼續(xù)研究征程，最遠到過西藏墨脫、云南西雙版納。組員羅東升近兩年剛加入采樣團隊，他回憶，有一次他一下午爬了好幾個山頭，鉆了7個蝙蝠洞。遇到洞口很低的，不得不匍匐前進。

有時候，蝙蝠洞就在不遠處的山頭上，直線距離不過幾十米，走過去卻要花幾小時。路上荊棘叢生，需要用刀或鋤頭劈出一條路。

更多時候，羅東升會趴在汽車副駕窗邊，舉起望遠鏡對著窗外。汽車在山路上行駛，他需要判斷哪些地方可能有蝙蝠洞。

作為課題組長，石正麗時常帶隊爬山鉆洞。采樣工作通常是4人一組。組員戴著N95口罩、手套和頭燈，穿著外套，傍晚時在蝙蝠洞口支起捕鳥網(wǎng)。夜里，他們從捕鳥網(wǎng)上取下落網(wǎng)的蝙蝠，在野外臨時搭起的工作臺上，連夜進行肛拭子取樣。他們捉住蝙蝠，用浸過生理鹽水的棉簽拭子，插入蝙蝠肛門拭取樣品。

提取肛拭子之后，蝙蝠會被放走?！笆蠋熞恢眻猿譄o侵害取樣，盡量不剖殺蝙蝠，采樣時也盡量減少對蝙蝠的身體傷害。”羅東升說。有些蝙蝠種群數(shù)量很少，破壞性的采樣很有可能對整個種群造成毀滅性打擊。蝙蝠在維護生態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用，捕殺大量蝙蝠，將對生態(tài)系統(tǒng)造成重大損失。

盡管戴著手套，人被蝙蝠咬傷的風險依然存在。研究組成員范毅比畫了一下蝙蝠牙齒的長度，前不久，他的食指就被一只蝙蝠咬傷。

“在野外采樣之前，我們都會提前注射狂犬病疫苗。在蝙蝠攜帶的病毒當中，這是最危險的?！狈兑阏f。

直到2011年，在云南的一個蝙蝠洞里，研究組終于找到了自己一直在尋找的線索。

“從這個洞里的樣品中，我們第一次檢測到了和SARS病毒更相近的SARS樣冠狀病毒S基因。雖然其他的基因片段并不完全一樣，但比起其他的采樣地點，云南的這個洞，更值得我們關注?！睆倪@一年開始，云南的這個蝙蝠洞被定為長期采樣地點。

一直到2015年10月，每年的春秋兩季，石正麗研究團隊都會到那里去。

“春天是蝙蝠的繁殖季節(jié)，秋天則是冠狀病毒檢測出陽性率最高的季節(jié)。”胡犇解釋。

這個洞穴的溫度大約在22℃到25°C之間，濕度在85%到90%左右。這里棲息著一個數(shù)量龐大的菊頭蝠種群。在整個云南，類似的蝙蝠洞其實并不罕見。

黃昏時，研究團隊會在洞里的地面鋪上一塊布，第二天早上收走采集了一夜的新鮮蝙蝠糞便。每粒糞便樣本大約1克重，被放在1毫升的收集溶液里，帶回實驗室，儲存在零下80°C的冷凍箱里。在實驗室里，樣品中的病毒RNA被提取出來。

2013年，中科院武漢病毒研究所實驗室，從糞便樣品中，分離出第一株蝙蝠 SARS 樣冠狀病毒的活病毒，它被命名為WIV1(WIV是武漢病毒研究所的英文簡稱)。它比之前發(fā)現(xiàn)的任何一株蝙蝠SARS樣冠狀病毒都更接近SARS冠狀病毒，正是那段相近的S基因，讓這株蝙蝠SARS樣冠狀病毒能夠使用和SARS病毒相同的受體，并能夠感染人的細胞。這項成果刊載于2013年11月的《自然》雜志。

第二個里程碑立起來了。

SARS病毒起源問題，終于可以被回答了

成功分離出WIV1，讓全球科學家對SARS病毒起源的分歧、爭論，變得“趨于一致”。這場已經(jīng)持續(xù)多年的追捕，目標漸漸清晰——SARS冠狀病毒起源于菊頭蝠。

“但是，我們在云南這個采樣點的蝙蝠當中，還沒有找到SARS病毒最直接的祖先株。也就是說，在所有的基因上，都和SARS病毒高度相似的一株蝙蝠病毒，我們并沒有找到?！卑凑蘸鸂牡恼f法，當時的整個證據(jù)鏈上，還有一個信息缺口沒填上。

對云南這處蝙蝠洞的采樣工作，持續(xù)了5年，共10次采集，收集到64份蝙蝠糞便粒和肛拭子樣品。研究組從這些樣品中，陸續(xù)分離出3株活病毒，得到了共計15株蝙蝠SARS樣冠狀病毒的全長基因組序列。

與造成非典疫情的SARS病毒相比，這15株病毒有的S基因高度同源，個別附屬基因不同，有的附屬基因高度相似，卻在S基因上差異明顯。

盡管沒有一株病毒與SARS病毒完全相同，研究組卻發(fā)現(xiàn)，在這15株病毒當中，包含了SARS病毒所有的基因組組分。

“我們考慮到一個可能性——這個蝙蝠種群攜帶的不同的病毒之間出現(xiàn)了基因重組，產(chǎn)生了SARS病毒。”胡犇說。

2016年2月的一天，針對15株蝙蝠SARS樣冠狀病毒基因信息的基因重組推導在計算機中開始進行。最終結果證實了研究組的推測。

“云南的這個蝙蝠洞，就像一個SARS樣冠狀病毒基因庫。不管是S基因、附屬基因還是非結構蛋白基因，SARS病毒的全部基因組組分，都可以在這個天然基因庫中找到。”胡犇告訴中國青年報·中青在線記者，“我們在這些蝙蝠SARS樣病毒的基因組上多個位點發(fā)現(xiàn)了頻繁重組的證據(jù)，通過進一步分析，我們推測，造成當年疫情的SARS冠狀病毒的直接祖先可能通過這些蝙蝠SARS樣冠狀病毒的祖先株之間發(fā)生的一連串的重組事件而產(chǎn)生?！?/p>

SARS病毒起源尚存的問題，終于可以被回答了。

研究組提出了猜想：15年前，SARS冠狀病毒的第一個祖先株，在云南或者西南地區(qū)的某個蝙蝠種群中出現(xiàn)了。在偶然的情況下，病毒感染了野生果子貍，帶病的果子貍被人類被捕捉。也有可能，是攜帶病毒的蝙蝠接觸了當?shù)氐墓迂傪B(yǎng)殖場。當果子貍抵達廣東的野生動物市場后，病毒在其體內(nèi)發(fā)生了快速進化，以SARS病毒的最終樣態(tài)登上人類餐桌。

然而，一切都只是推測，15年前的那個過程，不可能被還原了。

“這項發(fā)現(xiàn)告誡我們，須減少對蝙蝠等野生動物棲息地的侵擾、杜絕野生動物市場交易，這對于防止新發(fā)傳染病的發(fā)生至關重要?！?香港大學微生物學家袁國勇教授對這項研究發(fā)表評論稱。

“蝙蝠攜帶的SARS樣冠狀病毒需要引起我們的重視，但是也無需過度緊張。只要我們和自然棲息地的蝙蝠保持一定的距離，病毒從蝙蝠溢出的可能性很小?！焙鸂恼f，“另外需要指出的是中間宿主，也就是和人類接觸機會更多的這些動物，在病毒從自然宿主到人的這個傳播鏈中往往扮演著關鍵角色。所以說，不光是和蝙蝠保持距離，還需要停止消費果子貍等野生動物，將疾病暴發(fā)風險降至最低?！?/p>

胡犇把病毒監(jiān)測與病毒發(fā)現(xiàn)工作稱為“病毒研究的上游”，能為“下游”的防治工作、診斷方法與疫苗研發(fā)以及其它基礎研究奠定基礎。這項研究意味著，類似SARS的新發(fā)冠狀病毒病，仍然存在著爆發(fā)的風險，為相關疾病的預防提供了依據(jù)。

“這回發(fā)現(xiàn)的完整的SARS樣冠狀病毒基因庫，可以讓疾控專家用軟件提前模擬出還沒有出現(xiàn)過、很可能出現(xiàn)的、能夠感染人類的病毒，我們可以提前研究疫苗，研究對策。”中國科學院院士、中國疾病預防控制中心主任高福對中國青年報·中青在線記者說。

他將SARS疫情之后的中國疾控工作，稱為“砥礪前行”，“發(fā)生MERS（中東呼吸綜合征冠狀病毒）疫情的時候，我們就不像2003年時那樣了，很快把MERS控制住了?！?/p>

2003年5月9日，《中華人民共和國國務院令（第376號）——突發(fā)公共衛(wèi)生事件應急條例》發(fā)布，要求建立突發(fā)事件應急報告制度，在“發(fā)生或可能發(fā)生傳染病爆發(fā)、流行”，以及“發(fā)現(xiàn)不明原因的群體性疾病”等情況后，各級政府要在接到報告1小時之內(nèi)，向國務院衛(wèi)生行政主管部門報告。

2005年，國家投入116億元，建立以疾病預防控制機構為中心的疾病防控體系，作為解決突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應急系統(tǒng)。

“非典”之后，北京市各級疾控部門都開始針對突發(fā)公共衛(wèi)生事件進行培訓和演練。北京市衛(wèi)計委疾控部門建立了一套24小時不間斷運轉的傳染病監(jiān)測網(wǎng)絡。2012年，北京市投入1.75億元，為市區(qū)兩級疾控機構配備儀器裝備。

在高福看來，一流的疾控，需要一流的科研成果來支撐，體現(xiàn)在與疾控有關的基礎研究和應用研究上。

提到石正麗，他開了個玩笑：“我們都叫她Bat Woman，蝙蝠女俠?！?/p>

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