新冠、亨德拉和非典:科学家如何通过动物追踪病毒来源

本周,第一个赴武汉寻找SARS-CoV-2病毒源头的任务结束了。

 

来自世界各地的十几名专家,包括流行病学家、兽医、医生和病毒学家,过去两周在寻找病毒来源的线索。

 

昨晚,在一次新闻发布会上,世界卫生组织食品安全和动物疾病专家彼得·本·恩巴雷克(Peter Ben Embarek)表示,冠状病毒不太可能从中国实验室泄漏,最有可能是通过一种中间物种传染给人类。

 

如果参照之前的疫情调查,在这个首个调查团之后,还会陆续有为数不少的其他调查团。

 

新冠疾病是一系列人畜共患疾病中的最新一种,这种感染始于动物,但蔓延至人类。

 

兽医流行病学家休姆·菲尔德(Hume Field)说,通常情况下,识别病毒通常的动物宿主需要多年时间。菲尔德曾协助追踪多种病毒的来源,包括首现于中国的非典病毒和澳大利亚的亨德拉病毒(Hendra)。

 

第一种非典病毒SARS-CoV-1于2002年跨物种传染给人类,其动物起源直到2017年才被确定,当时中国科学家报告说,他们在一群马蹄蝙蝠身上发现了非典的所有基因构件。

 

有时,科学家可能要寻找数年,但仍无法找到确定病毒的主要宿主,埃博拉病毒就属于这样的情况(到目前为止,仍未确认)。

 

菲尔德博士说,而有时,找到主要宿主所需时间可能相对较快,菲尔德现在是位于美国的非政府组织生态健康联盟(EcoHealth Alliance)的中国和东南亚科学和政策顾问。

 

“澳大利亚的狐蝠和亨德拉病毒的例子可能是用时最短的例子之一——只花了几年时间,”他说。

 

寻找亨德拉病毒的起源

 

菲尔德博士说,在寻找涉及人畜共患疾病的动物时,没有通用的行动手册可以遵循。

 

然而,从那种可用信息着手才是问题关键,通常是某个案例的时间和地点,比如第一个已知的人类病例,并试图从那一个节点向前和向后追溯。

 

例如,第一次有记录的亨德拉疫情于1994年发生在布里斯班郊区亨德拉(Hendra),当时一个马厩里的十几匹马在一周内死于急性呼吸道疾病。

 

这一疾病传染给了一名驯马师和正在照顾马匹的马厩领班,在第一匹马死后没几天,他们都染上了流感样疾病。

 

驯马师随后死于这种疾病。

 

那时,没有人知道这种神秘的疾病来自哪里。

 

为了找到答案,追踪小组确定了第一匹生病的马,一匹名为Drama Series的母马,并查看了她到达亨德拉马厩前几个月居住的围场。

 

“那个围场,很明显,在这种情况下,是问题开始的地方——外溢发生的地方,”菲尔德博士说。

 

一旦诊断测试证实马和人是因为某种尚未确认的病毒而患病,而不是因为像毒素一样的东西而患病,那么接下来要回答的问题就是:这种病毒是从哪里来的?

 

菲尔德博士被请来调查病毒来自围场的可能性。

 

他和他的同事捕获了活的动物,并采集了血液样本,以寻找抗体形式的病毒迹象。

 

“我们有各种类型的啮齿动物、负鼠、几只野猫、蜥蜴、奇怪的鸟等等,”菲尔德博士说。

 

“我不记得我们最终得到了多少样本,但有数百个。

 

但是没有一份血样含有亨德拉病毒的抗体。

 

“所以在那个阶段,事情一下子变得没有着落,”菲尔德博士说。

 

接下来,他们在黄昏时分绕着围场开车,身后拖着一张巨大的网来捕捉昆虫——也许病毒是由蚊子携带的。

 

没有任何发现。这时,已经到了1995年10月。距离亨德拉马厩的驯马师染病身亡已经一年了,卫生当局仍然不知道病毒来自哪里。

 

但随后调查拼图中的一个关键部分就位了。

 

菲尔德博士说:“我们开始关注到有一个发生在昆士兰州北部的病例,比布里斯班的病例早一点。”

 

焦点转向蝙蝠

 

在亨德拉疫情爆发的前一个月,麦凯(Mackay)的一名马主在他的两匹马死亡后协助进行了尸检。三周后,他因脑膜炎住院。虽然他最终康复了,但他后来又病了,并于14个月后去世。

 

病人的大脑样本证实了亨德拉病毒的存在。

 

“那么问题来了:一种哺乳动物病毒如何能够同时出现在昆士兰州的远北和布里斯班?”菲尔德博士说。

 

于是焦点转向了蝙蝠。

 

追踪小组还考虑了其他动物,如野猫,可能会被这种疾病感染。

 

但在从昆士兰州不同地点的圈养狐蝠群体中提取血液样本和拭子后,发现了亨德拉病毒抗体水平较高的群体。

 

关键是在1996年初从狐蝠身上分离出亨德拉病毒。

 

“这在很大程度上是一种拼图式的方法,”菲尔德博士说。

 

“以我的经验来看,会得到一些小片信息,这些小片信息加起来就构成了一幅大画面。

 

“然后可以退后一步说,‘根据这里的证据,这个物种是这种病毒的一种主要宿主。’

 

“但这并不意味着这一病毒没有另外的主要宿主。”

 

第一个非典病毒的来源

 

菲尔德博士还参与了一项早期任务,寻找2002年11月在中国广东省出现的SARS-CoV-1病毒来源背后的流行病学线索。

 

当时,就像今天的情况一样,中国的疾病控制中心不像美国的那样集中——而是有各种级别,从地方到国家级别。

 

这意味着可以快速收集信息,沿着链接链向上汇集,并进行分析以寻找这些线索。

 

菲尔德博士说:“我们早期非典任务中的一些人回去查看了最早的一些确诊病例和这些病例有哪些共同之处。”

 

“共同之处是,绝大多数早期病例与广东省珠江三角洲地区的野生动物市场有直接或间接的接触。”

 

珠江三角洲是一片广阔的贸易区,以其野生动物市场而闻名。但与SARS-CoV-2似乎是从武汉一个市场传播出去不同,在非典爆发期间,该地区多个市场的病例几乎同时出现。

 

“所以越来越明显的是,这有点像一个集群源,”菲尔德博士说。

 

“这些市场和那里的人们有一些导致感染的东西。”

 

在亨德拉病毒的案例中,中间动物显然是马,但将非典病毒带给人类的动物是一个谜。

 

因此,一个中国小组开始在野生动物市场对动物进行血液测试,并对它们进行非典抗体测试。

 

在携带抗体的动物中,研究小组成功地从果子狸身上分离非典病毒,果子狸是一种类似猫的哺乳动物,以食用为养殖目的。

 

2005年,不同团体发表的两项研究发现,野生蝙蝠是非典样冠状病毒的天然宿主。

 

整整10年后,特定的蝙蝠种群——一种叫做中华菊头蝠的马蹄蝙蝠——才被确定为SARS-CoV-1的主要宿主。

 

第二轮SARS?

 

世卫组织领导的调查小组在武汉及周边地区进行查访,寻找SARS-CoV-2的源头。

 

与寻找非典和亨德拉病毒源头的团队不同的是,COVID-19调查小组的工作并非完全从零开始。

 

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,CSIRO)澳大利亚疾病预防中心的蝙蝠免疫学家米歇尔·贝克(Michelle Baker)说,大多数病毒学家和生物学家都认为病毒可能来自蝙蝠。

 

“众所周知,蝙蝠是冠状病毒和许多其他病毒的宿主,”她说。

 

“现在,很多人认为[SARS-CoV-2]病毒很可能来自蝙蝠。”

 

尽管昨晚来自中国的报告称,迄今为止从蝙蝠身上采集的数千份拭子化验结果显示SARS-CoV-2呈阴性,但世卫组织中国调查小组表示,通过寻找冠状病毒来源的工作发现蝙蝠是病毒的天然宿主。

 

不过,这种会飞哺乳动物可能不在武汉。

 

贝克博士补充道,还有一件可能发生但我们不能确定的事情,就是病毒是否通过其他动物传染给人类。

 

以中东呼吸综合征(Middle East respiratory syndrome,MERS)为例,病毒主要的宿主是蝙蝠,但是通过骆驼传给人类。

 

与中间宿主不同,蝙蝠拥有的超级免疫系统能使自己免于生病,但中间宿主却常常因为感染病毒而出现症状。

 

贝克博士说:“例如,马在感染亨德拉病毒后会出现严重的症状,病毒在马身上扩散后会传染给人类。”

 

在亨德拉病毒和非典出现之后,技术也取得了显著进步。

 

基因组测序绘制了生物体的整个遗传密码,这项技术在过去几年里变得更快、更便宜、更便携。

 

贝克博士说,以前需要将样本带到实验室进行分析的技术现在在现场就可以完成。

 

这意味着科学家可以很快地比较从动物体内分离出来的冠状病毒与传播到人类身上的冠状病毒。

 

病毒“可能隐藏在宿主物种中多年”

 

在宣布新冠病毒大流行之前,科学家们就报告了蝙蝠中发现的一种冠状病毒,与SARS-CoV-2大约有96%的相似性。

 

96%相似的蝙蝠冠状病毒的大部分基因可能与SARS-CoV-2完全相同。然而,尽管它们之间的差异看起来很小,但区别却非常巨大。

 

澳大利亚多尔蒂研究所(Doherty Institute)的基因组流行病学家塞巴斯蒂安·杜赫内(Sebastian Duchene)认为,需要考虑的一个方面是两种病毒之间的基因差异出现在哪一个特定的区域。

 

杜赫内博士说:“这些关键差异出现在ACE2受体结合域的一个区域,这实际上决定了宿主的范围。”

 

人类细胞上的ACE2受体,如分布在我们鼻腔内的受体,是SARS-CoV-2进入人体的途径。

 

病毒的刺突蛋白像钥匙一样锁在ACE2受体上,用以进入细胞。一旦进入体内,病毒就会复制并出去感染更多的细胞。

 

刺突蛋白编码的DNA差异意味着这把钥匙不适合人类ACE2锁,病毒也不能感染人类。

 

基因族谱分析还可以告诉我们病毒在感染给人类之前在动物宿主中传播了多长时间。

 

为了估算MERS冠状病毒从骆驼传播到人类身上的次数,曾经在骆驼身上进行过该项研究。(事实证明传播次数很多——估计超过50次。)

 

去年,一个团队追踪了与SARS-CoV-2最密切相关的病毒的遗传祖先,并计算了它们在多久以前分裂成不同的进化分支。

 

“据我们所知SARS-CoV-2可能是几十年前从已知最接近的病毒中分离出来的,”杜赫内博士说。

 

因此,虽然无法说出它的动物宿主是什么,博士补充道:“在它发生突变并传染到人类身上之前,一直隐藏在宿主物种中,可能已经有很多年了。”

 

无论如何,我们可能还需要等待一段时间才能知道SARS-CoV-2的起源以及它是如何感染给人类的。

 

贝克博士说,尽管花费时间和精力,但也是值得的。

 

“重点是要了解它是如何发生的。最重要的是了解它,并避免再次发生同样的情况。”

 

来源:ABC Science  / 科技事务记者:Belinda Smith

 

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