自2019年底在中国武汉华南海鲜批发市场首次爆发以来,此后已感染全球超过一百万人。 为了了解和控制 COVID-19 的传播,科学家们正在竞相研究引起该疾病的冠状病毒:SARS-CoV-2,以前命名为 2019-nCoV。
是人畜共患的,这意味着起源于动物并传播到人类。 一个关键的挑战是确定哪种动物将病毒传播给人类。
我们是一个生物信息学家团队,我们认为调查这种病毒的起源是我们对国际社会的责任。
基于我们实验室的研究,我们相信穿山甲,与蛇相反,可能是将冠状病毒传播给人类并导致持续的 COVID-19 的宿主。 穿山甲,也被称为有鳞食蚁兽,是唯一已知的有鳞的哺乳动物,分布在亚洲和非洲。
人畜共患传播之谜
自2020年1月以来,目前科学界的共识是:SARS-CoV-2 起源于马蹄蝠; 然而,根据对早期人畜共患冠状病毒传播的了解,蝙蝠不太可能直接将病毒传染给人类。
相反,科学家怀疑蝙蝠冠状病毒感染了另一种动物,即“中间宿主”,随后将病毒传播给人类。
例如,SARS-CoV,即引起 2003 年严重急性呼吸综合征(SARS)大流行的冠状病毒,是 SARS-CoV-2 的近亲。 还发现它是从蝙蝠传播到中间宿主的——果子狸– 随后感染了人类。
同样,MERS-CoV,即 2012 年引起中东呼吸综合征 (MERS) 的冠状病毒,从蝙蝠跳到另一个中间宿主——单峰骆驼,在感染人类之前。
因此,SARS-CoV-2的中间宿主身份是许多研究人员希望解开的一个谜,因为了解中间宿主对于预防病毒的进一步传播非常有帮助。。
一个早期研究声称蛇中国金环蛇和中国眼镜蛇等可能是 SARS-CoV-2 的中间宿主。 然而这个结论很快就引起了质疑部分原因是之前没有证据表明冠状病毒可以从蛇等冷血动物传播到人类。
蛇不太可能成为宿主
早期关于蛇传播 SARS-CoV-2 的说法是基于对该病毒基因序列的分析。 对彼此而言动物细胞要发挥功能,基因序列(RNA 或 DNA)必须翻译成蛋白质,然后蛋白质执行病毒和细胞的许多任务。
这些蛋白质以单个氨基酸的链接链形式存在; 蛋白质中的每个氨基酸均由遗传序列中的一组三个核苷酸(也称为密码子)编码。
由于有64种可能的不同密码子,但只有20个氨基酸,因此多个密码子可以对应相同的氨基酸; 不同的生物体对给定氨基酸使用的密码子有不同的偏好。
早期研究假设,为了让冠状病毒在动物细胞内有效生长,冠状病毒的密码子使用偏好应该与宿主细胞的密码子使用偏好相匹配。
研究人员将 SARS-CoV-2 病毒的密码子使用情况与武汉华南海鲜批发市场八只动物的细胞密码子使用情况进行了比较。 该研究发现蛇与 SARS-CoV-2 具有最相似的密码子使用模式,从而表明蛇是最有可能的中间宿主。
然而,他们关于冠状病毒及其动物宿主具有相似密码子使用的中心假设从未得到证实。 我们密歇根大学的团队仔细研究了这一假设,并进行了更系统的分析,我们发表在最近的一项后续研究。
我们将三种冠状病毒(SARS-COV-2、SARS-COV 和 MERS-COV)的密码子使用与 10,000 多种不同动物的密码子使用进行了比较。
令我们惊讶的是,我们发现冠状病毒的密码子使用并不是由其宿主决定的。 例如,SARS-CoV 和 MERS-CoV 的密码子使用更接近青蛙和蛇,而不是它们真正的动物宿主(分别是果子狸和骆驼)。
这表明仅使用动物细胞中的密码子使用来推断冠状病毒的宿主是不可能的,这表明早期关于 SARS-CoV-2 通过蛇传播的说法可能是不正确的。
发现穿山甲可能是一个缺失的环节
我们的后续研究还发现,在马来穿山甲的肺部样本,与 SARS-CoV-2 高度相似。 这两种病毒有 91% 的基因序列相同。
这两种病毒的刺突蛋白之间有特别强的相似性。 冠状病毒表面的刺突蛋白被病毒用来进入动物细胞。
蝙蝠冠状病毒,它是 SARS-CoV-2 的祖先,刺突蛋白上有 19 个与 SARS-CoV-2 不同的氨基酸; 穿山甲冠状病毒只有 5 个氨基酸,与 SARS-CoV-2 不同。
同时,一些 其他研究小组发现了穿山甲感染冠状病毒的进一步实验证据与 SARS-CoV-2 高度相似。
虽然穿山甲现在是我们最怀疑的中间宿主,但我们的研究得出的结论是:仍应考虑其他潜在的中间宿主。
冠状病毒可以利用不止一种动物来感染人类:例如,虽然果子狸以传播 SARS 闻名,但其他动物,例如貉和雪貂獾也能携带SARS。
同样,猫 和雪貂也可能被SARS-CoV-2感染; 目前尚不清楚人类是否会被这些动物体内的冠状病毒感染。
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张阳,计算医学与生物信息学教授,密歇根大学;Chengxin Zhang,生物信息学博士生,密歇根大学, 和Wei Zheng,计算医学和生物信息学博士后研究员,密歇根大学。