導(dǎo) 讀

肆虐全球的新冠病毒是否起源于自然界是目前國際上的一個爭議熱點(diǎn)。由于科學(xué)家們尚未從野生動物中成功分離得到與新冠病毒足夠相似的病毒，因此，實(shí)驗(yàn)室起源的可能性被反復(fù)提及。本研究通過對新冠病毒基因組突變特征的分析，在缺少野生動物近源病毒的情況下，推斷其進(jìn)化歷史，為該病毒源于自然界這一推斷提供重要證據(jù)。

圖1 推斷新冠病毒進(jìn)化歷史的策略

（本圖中的三張柱狀圖為新冠病毒在不同時期突變特征的真實(shí)數(shù)據(jù)，讀者可以自己推測，新冠病毒在疫情暴發(fā)前的1969–2019年間處于什么環(huán)境？）

新冠病毒并非人類第一次交手的冠狀病毒。21世紀(jì)以來，已經(jīng)發(fā)生了多次不同規(guī)模的由冠狀病毒感染引起的疫情，特別是2003年的非典疫情和2012年的中東呼吸綜合征疫情。在這兩次疫情暴發(fā)初期，科學(xué)家們分別在果子貍和駱駝中分離出與這兩種冠狀病毒序列相似度超過99%的同源病毒。隨后，又進(jìn)一步在蝙蝠中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的冠狀病毒，并追溯到冠狀病毒從蝙蝠到果子貍或駱駝再到人的傳播途徑，揭示了非典病毒和中東呼吸綜合征病毒的自然進(jìn)化過程。

為什么會存在關(guān)于新冠病毒起源的爭議呢？這主要是因?yàn)榭茖W(xué)家們尚未從野生動物中成功分離與新冠病毒序列足夠相似的冠狀病毒。目前已報道的與新冠病毒基因組序列最為相似的冠狀病毒是從菊頭蝠中分離得到的RaTG13（序列相似度僅96%），其與新冠病毒的進(jìn)化分歧大約發(fā)生在50年前。進(jìn)化分析顯示，直到疫情暴發(fā)前，新冠病毒已積累了500多個突變。正因?yàn)椴恢肋@500多個突變是如何產(chǎn)生的，該病毒起源于實(shí)驗(yàn)室的可能性才會在近幾個月被Science（Bloom等，2021年5月）和Nature（Maxmen等，2021年6月）等期刊發(fā)表的文章反復(fù)提及，并在國際上引起廣泛的爭議。

新冠病毒是自然進(jìn)化還是人為改造的？這500多個突變中是否留下了其起源的蛛絲馬跡呢？舉個生活中的例子，一個人生活的地區(qū)會給他貼上這個地區(qū)的語言標(biāo)簽——方言。一般情況下，人們可以根據(jù)這個人的口音和用詞習(xí)慣來推斷他曾經(jīng)生活過的地方。類似的，本文作者們嘗試回答，是否病毒所經(jīng)歷的宿主細(xì)胞環(huán)境也會在病毒的基因組上留下痕跡呢？

作者們發(fā)現(xiàn)宿主細(xì)胞環(huán)境會對病毒基因組序列的突變造成影響。與其它的冠狀病毒一樣，新冠病毒作為一種RNA病毒，其基因組由4種堿基A、U、C、G構(gòu)成，每種堿基可以突變成其它3種堿基，共有12種突變類型。該研究發(fā)現(xiàn)，綠猴腎細(xì)胞系（Vero）中培養(yǎng)的病毒，會在細(xì)胞環(huán)境中脫氨酶和活性氧的影響下，產(chǎn)生較多的C>U和G>U突變。作者們將這12種突變類型的相對比例稱為突變特征，用來反映病毒所處的細(xì)胞環(huán)境。

是否可以根據(jù)病毒在某一時期的突變特征推測其進(jìn)化歷史呢？作者們構(gòu)建了非典病毒、中東呼吸綜合征病毒、新冠病毒以及與其相關(guān)的16種冠狀病毒的進(jìn)化樹，這些病毒分別分離于人、蝙蝠、駱駝、果子貍、穿山甲和刺猬等不同物種（圖2）。

圖2 相關(guān)冠狀病毒的進(jìn)化樹，B₀枝代表新冠病毒與蝙蝠冠狀病毒RaTG13分開后到疫情暴發(fā)前大約50年的進(jìn)化歷史

通過鑒定病毒進(jìn)化歷史上不同時期積累的突變，作者們發(fā)現(xiàn)來源于不同宿主的病毒帶有不同的突變特征，而且宿主物種的親緣關(guān)系越近，病毒的突變特征越相似（圖3）。比較突變特征可看出，在蝙蝠細(xì)胞與人類細(xì)胞中進(jìn)化的冠狀病毒可以明顯區(qū)分，說明病毒在蝙蝠細(xì)胞和人類細(xì)胞進(jìn)化后確實(shí)講著不同的“方言”。這一結(jié)果支持了根據(jù)突變特征推測進(jìn)化歷史這一策略的可行性。

圖3 新冠病毒在B₀枝上的突變特征與野生蝙蝠細(xì)胞環(huán)境高度相符

回到本文的主旨，為了推測新冠病毒在疫情暴發(fā)前50年期間所處的環(huán)境，作者們鑒定了這一時期發(fā)生的500多個突變，并將其特征與已知宿主的病毒突變特征進(jìn)行比較（圖3）。結(jié)果顯示，新冠病毒在疫情暴發(fā)前積累的突變特征與野生蝙蝠（尤其是菊頭蝠）細(xì)胞環(huán)境相符，支持新冠病毒起源于自然進(jìn)化過程。

?總結(jié)和展望

本文作者們開發(fā)了一種根據(jù)突變特征推測病毒進(jìn)化歷史的方法，通過實(shí)證研究為新冠病毒的自然起源提供了公開透明的數(shù)據(jù)支持。展望未來，病毒的溯源不但可以幫助人們建立規(guī)避潛在疫情的行為指南，也可以減少病毒起源相關(guān)的流言給人們帶來的困擾，幫助國際社會消除由病毒起源相關(guān)爭論造成的隔閡。

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原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675821000849

本文內(nèi)容來自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第四期以Article發(fā)表的“Host-specific asymmetric accumulation of mutation types reveals that the origin of SARS-CoV-2 is consistent with a natural process” (投稿: 2021-07-19；接收: 2021-08-26；在線刊出: 2021-08-30)。

DOI:?https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100159

引用格式：Shan K., Wei C., Wang Y., et al. (2021). Host-specific asymmetric accumulation of mutation types reveals that the origin of SARS-CoV-2 is consistent with a natural process. The Innovation. 2(4),100159.

作者簡介

錢文峰，中科院遺傳發(fā)育所研究員、博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院大學(xué)研究生課程“群體遺傳與分子進(jìn)化”首席教授。2019年入選基金委“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”項(xiàng)目。現(xiàn)任Journal of Genetics and Genomics副主編、中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)會分子系統(tǒng)生物學(xué)專業(yè)委員會委員、中國遺傳學(xué)會青年委員會委員。主要從事系統(tǒng)生物學(xué)和比較基因組學(xué)研究，在基因組進(jìn)化機(jī)制、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和翻譯組學(xué)方面取得了多項(xiàng)研究成果。作為通訊作者在Cell Syst、PNAS、Genome Biol、Genome Res、Mol Biol Evol、Sci Bull等雜志上發(fā)表論文10余篇。

實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)址:? http://qianlab.genetics.ac.cn/home.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的中科院遗传所钱文峰组发表新冠病毒源于自然界的科学证据的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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