新型冠状病毒与它的产地:科学家如何推论病毒的起源?

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发表时间:2020-02-13 16:09作者:黄馨弘来源:黄馨弘网址:http://www.tsieina.com

为了掌握新型冠状病毒的疫情,了解病毒可能的传染途径,进行演化树分析(phylogenetic analysis),是对于了解新型病毒相当重要的研究方法之一。

冠状病毒模型

随着分子生物学技术的发展,运用巨型分子演化分析的技术,透过分析病毒遗传物质分子(DNA或RNA)演化的过程,是科学家了解新型冠状病毒的重要工具。随着疫情发展,能够缩小新型病毒的可能起源,也会是左右防疫策略的重要参考资料。

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第一步:基因定序

在进行病毒的遗传物质分子演化分析前,需要尽可能确认新型病毒的基因序列。但新型病毒由于案例数较少,初期的序列分析结果往往有所出入,需多次修正。

此次中国北京疾病管制局的研究团队,挑选了九位患者,其中有八位,都有前往华南海鲜市场的病史,并从这些患者采取了呼吸道分泌物的检体,运用次世代定序( NGS,Next Generation Sequencing)的方式,拼凑出新型冠状病毒全部与部分的基因序列。并陆续将这些序列资料,提供给全世界的病毒研究者交互确认,修正序列的错误。

新型冠状病毒(2019-nCoV)的完整与部分基因定序结果

最终在这九位患者身上,总共取得了十个基因序列的样本,样本间的相似程度超过99.98%。取得病毒的基因序列之后,会与基因库中既有的病毒基因序列进行比对。

值得注意的是,目前看来与2018年于舟山市,从蝙蝠身上取得的类SARS病毒相比,有将近88%的相似度,和SARS的相似度较低,则仅有79%。这似乎暗示着蝙蝠很有可能就是新型冠状病毒的宿主之一。

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第二步:绘制演化树

类似的研究则在1月29号,由义大利学者所发表的论文中予以验证。在义大利学者的研究中,将新型冠状病毒的基因序列与SARS、MERS与舟山蝙蝠的类SARS病毒上做比较。最终以现有的样本比对,依序排出演化树,来估计新型冠状病毒与其他病毒的亲缘关系。

亲缘性演化树在每个分支的节点处,代表有共同的先祖,向下延伸的各个平行的病毒,则有相近的亲缘关系。以这张演化树为例,新型冠状病毒与2015年在中国发现的蝙蝠类SARS病毒(MG772934)则属于亲源较近的内族群(Ingroup),SARS与其他的蝙蝠类SARS病毒则为外群体(Outgroup),暗示新型冠状病毒与SARS已经有足够的变异。至于跟MERS 相比,则可能差异就更大了,目前认为没有直接的关系。

每个节点上所标记的数字,则表示节点下的群体相互拥有共同先祖的机率(bootstrap value)。在此研究中,也同时比对了病毒的核鞘蛋白和棘蛋白的结构相似度,初步符合演化树的分析结果。

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不应过度推论演化树的推导结果

需要特别注意的是,演化树分析虽然能够表明不同病毒间的亲缘关系,但是演化树分析的结果,容易受到取样绵密程度(taxon sampling density) 与比对资讯完整度的影响,只能用做初步推测病毒来源时参考使用,在资料比对数量不够庞大的情况下,不能够被过度推论,亲缘相近的物种来源,就是病毒实际的起源。

因此单凭演化树并不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主,真正的病毒来源,则等待与资料量更庞大的病毒基因组资料库进行比对,才能更为确认。

目前单凭演化树并不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主。

目前虽然检验的样本数还过小,但目前的研究多半认定新型冠状病毒的型态,还相当一致,Scripps 研究中心的分子生物学家Kristian Andersen在一篇访问中也提到,目前看来,新型冠状病毒的遗传物质型态较为单纯,只进行了单次的物种间的跨越,倾向病毒来源来自单一物种。

目前的传染力道,则多半是人与人之间的传播,所造成的感染。

文:黄馨弘

非典型医学人,既写作也翻译,长期沉迷医疗与科技领域,难以自拔。

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