巴西全新神秘病毒,90%基因无法识别,构成病毒新谱系
2020-02-22 09:00

巴西全新神秘病毒,90%基因无法识别,构成病毒新谱系

当前新型冠状病毒引发的疫情正成为全球性的公共卫生紧急事件,病毒这一地球上最神秘的生物,也受到了极大的关注。


从 2003 年的 SARS,到埃博拉病毒,再到当前的新冠病毒,病毒似乎危机四伏,不断挑战和威胁着人类的生命安全。


虽然科学家们一直以来在与病毒进行着生命的赛跑,但是至今为止,我们又对病毒真正知道多少呢?


近日,科学家在巴西一人工湖中发现了一种神秘病毒,其基因组对科学家来说几乎是全新的,在人类的病毒研究中从未得到过记载。


科学家们将这种病毒命名为雅拉病毒(Yara virus),雅拉是巴西神话中的水女王,既让人生畏,又让人感到神奇。


雅拉病毒(深色)感染变形虫(来源:Science)


研究团队在已发布的预印本论文中解释道,“这种病毒构成了病毒的一个新谱系,其起源和系统发育令人费解”。


基因组几乎全新的病毒


雅拉病毒由 80 纳米的小颗粒组成, 形状上并不大,但当观察它的基因组时,却又是如此独特。与其他分离的阿米巴病毒不同的是,雅拉病毒携带了大量以前没有描述过的基因。


研究人员发现 90% 以上的雅拉病毒基因从未被描述过,成为了所谓的孤儿基因。在公共基因库中,只有 6 个基因与记载的已知病毒基因相似,包括外切核酸酶/重组酶、包装 ATP 酶、双功能 DNA 引发酶/聚合酶和三种假设的蛋白质。


此外,研究人员也未能在全球不同栖息地 8535 个公开的元基因组中检索到与雅拉病毒密切相关的病毒基因组,因此,它的“身份”成了未解之谜。


雅拉病毒形态形成与释放图


在接下来的研究中,科学家还发现雅拉病毒基因组中包含了 6 种与常用密码子不匹配的 tRNA。蛋白质组显示,雅拉病毒颗粒含有 26 种病毒蛋白,其中一种可能代表一种新的衣壳蛋白。


“使用标准的方法,我们第一次基因分析无法在雅拉病毒中找到任何可识别的衣壳序列或其他传统的病毒基因。基于目前的病毒检测的宏基因组方案,雅拉病毒甚至不会被认为是病毒性病原体。”研究人员表示。


至于雅拉病毒究竟是什么病毒,科学家们目前只能暂时推测,这可能是一种未知的阿米巴病毒群的一个孤立案例,或者是一种遥远分支的巨型病毒,它可能以某种方式进化成一种简化的形式。


无论怎样,探索病毒基因的路道阻且长,我们仍有很多东西要学习。“组成病毒颗粒的未知蛋白质的数量反映了病毒世界中存在的变异性,新的潜在病毒基因组尚待发现。”


独特的生命形态——病毒


不管是未知的还是已知的病毒,我们说起病毒,马上就能联想到艾滋病病毒、疯牛病病毒等等。就如组成“病毒”这个词的两个单字“病”和“毒所描述的一样”,病毒对人类、动物和植物等生命体的生存造成了极大的威胁。据统计,大约 70% 的人类传染病是由病毒引起的。


我们知道,除了人类、动物和植物之外,还有一种基本上无法用肉眼观测到的生命形式——微生物。


病毒是微生物中最小的一类,但是病毒不同于其他生命形式的是,它在不同的环境和条件下具有活性和非活性两种状态,即病毒有时表现出有生命,有时仅仅以有机物的形式存在。


病毒没有细胞结构,组成简单,大多数病毒粒体中仅含有一种核酸(DNA 或 RNA)及一种或多种蛋白质。核酸是病毒的遗传物质,携带着病毒的全部遗传信息,是病毒遗传和感染的物质基础。由于病毒缺乏增殖所需要的酶系统,只能在活的宿主细胞内增殖(自我复制)



绝大部分病毒增殖的第一步是吸附细胞,它是决定感染成功与否的关键环节之后病毒通过细胞内吞、膜融合等方式入侵宿主细胞。


入侵宿主细胞后,病毒感染性核酸从衣壳内释放出来,它借助宿主细胞提供的原料、能量和场所合成核酸和蛋白质,期间所需的多数酶也来自宿主细胞。


病毒的结构成分与蛋白质分别合成后,在细胞核内或细胞质内组装成核衣壳。无包膜病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒体,当它释放时,被感染的细胞崩解,释放出病毒颗粒,宿主细胞膜破坏,细胞迅即死亡。


从单个病毒吸附开始至所有病毒释放,此过程称为感染周期或复制周期,一个感染细胞一般释放的病毒数为 100 到 1000 个。


而且,病毒的基因组在其增殖过程中不是一成不变的,而是时时刻刻都自动地发生突变。


这就可以解释为什么过去感染过流感的人虽然体内已经产生了抗体,但对新型病毒变异株却仍然没有免疫力,以及流感大流行为什么会经常反复的出现。


这都是因为流感病毒的抗原性会因为核酸的复制、装配等各种因素而发生变化,有了这些变化,流感病毒就可以有效逃避宿主的免疫清除。


人类与病毒的“战争”


6 世纪的查士丁尼瘟疫,源自一种致命的鼠疫杆菌,广泛流行于野生啃齿动物间。它起源于埃及的西奈半岛,借助人类贸易和迁徙,波及到欧洲所有国家,消灭了当时世界 17% 的人口。


在 14 世纪,同样是鼠疫,它沿丝绸之路,从亚洲中部一路向西,席卷整个欧洲,仅欧洲就死亡 2500 万人,这就是历史上著名的黑死病。

 


而 1918 年爆发的大流感横扫了世界,在全球范围内夺取了大约 2000 万到 5000 万人的生命。其中,20 到 40 岁的青壮之士死亡率最高。又因正逢第一次世界大战,高度密集的同盟国和协约国军队在战壕中对峙,人员的频繁流动更加促进了流感病毒的散布。


毋庸置疑,1918 年大流感为 20 世纪投下了一道长长的阴影。我们在防范另一个流感来袭时,应该将此铭记于心。


提起 2003 年爆发的非典疫情,至今仍让我们心有余悸。非典,又称重症急性呼吸综合征(SARS),是一种由 SARS 冠状病毒(SARS-CoV)引起的急性呼吸道传染病毒,主要传播方式为近距离飞沫传播或接触式患者呼吸道分泌物,其死亡率接近 11%。它从广东发起,经由旅游、商贸、移民迅速扩散到香港,之后扩散至东南亚乃至全球。

 

SARS 病毒颗粒的电子显微镜摄影图(来源 wiki)


当前的新型冠状病毒(COVID-19)与 SARS 同属于冠状病毒。冠状病毒因包膜上覆盖类似日冕的棘突而得名。它广泛存在于动物体内,寄生宿主种类繁多,除人类外,还有蝙蝠、骆驼等哺乳动物,在鸟类也存在,所以冠状病毒引起的疾病往往是人兽共患病。因为其主要攻击和损害人或动物的黏膜,所以主要引起呼吸道、消化道疾病。


新型冠状病毒主要通过飞沫和接触传播,最新研究也证实了气溶胶传播,而且潜伏期患者和无症状病毒携带者也具有传染性,它的传播力较强。截至 2020 年 2 月 19 日 24 时,全国确诊 74284 例,累计死亡人数 2009 人。然而,SARS 在整个发病期间全国一共出现临床诊断病例 5327 例,死亡 349 例。


基本病例传染数(basic case reproduction number,R0)是用来评估病原传播力的重要指标,SARS 的 R0 在 2.0~3.5 之间变化,干预后降至 0.4。多个科研团队对 COVID-19 的 R0 预估值基本介于 3.8~4.7。由此可见,COVID-19 的传播能力与 SARS 相当或者略高。


新冠病毒


从 2019 年底,新型冠状病毒沿着春运大流迅速扩展至全国,也快速波及全球 20 余个国家和地区,是否会大流行也会成为下一个问题。


迄今为止,科学家们发现有成千上万种新病毒隐藏在数十种动物的组织中。除此外,科学家们还在青藏高原冰核样本中发现了古老病毒存在的证据,其中有 28 种是新病毒。而随着全球变暖,世界各地的冰川正在缩小,将可能释放出被冰封了数万乃至数十万年的微生物和病毒。


面对这一情况,我们不得不未雨绸缪,始终与病毒处于“战争”状态,不断地发现,不断地探索。


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参考资料:

[1]https://bitbucket.org/berkeleylab/mtg-gv-exp/

[2]https://www.sciencealert.com/mysterious-virus-discovered-in-brazil-has-no-known-genes-scientists-can-identify

[3]http://www.kepu.net.cn/gb/lives/viruses/viruses_knowledge/200312220021.html

[4]https://www.bbc.com/ukchina/simp/vert-fut-46424320

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