誰打開潘朵拉盒?美科學記者病毒溯源報告(3)(圖)

比較兩種病毒起源的可能性

2021-05-15 10:59 作者: 肖然

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2020年5月27日,中國武漢病毒研究所的空拍。(圖片來源:HECTOR RETAMAL/AFP via Getty Images)
2020年5月27日,中國武漢病毒研究所的空拍。(圖片來源:HECTOR RETAMAL/AFP via Getty Images)

【看中国2021年5月15日讯】(看中國記者肖然編譯報導)美國科學界追責中共COVID-19聲浪漸強。美國科學記者韋德在《Medium》上發布的COVID19病毒起源報告,近日被各國多家主流媒體提及。報告列出了相關證據,探討是誰在武漢打開了潘多拉盒子。 

(接上)

比較兩種SARS2起源的可能性

以上證據加重了一個嚴重的案例,即SARS2病毒可能是在實驗室中創建的,然後從中逃脫了。但是這種情況無論多麼嚴重,都無法證明。證據將由武漢病毒研究所或武漢的相關實驗室提供的證據表明,SARS2或前身病毒正在那裡被開發。由於無法獲取此類記錄,另一種方法是獲取有關SARS2病毒的某些重要事實,並對兩種對立的自然起源和實驗室逃逸的對立論點提出詢問。這是對兩個假設的四個檢驗。

一 原產地

從地理開始。SARS2病毒的兩個最接近的已知親戚是從生活在中國南部省份雲南的山洞中的蝙蝠收集的。如果SARS2病毒首先感染了居住在雲南溶洞附近的人們,那將強烈支持該病毒自然擴散到人們的想法。但這不是發生了什麼。大流行在武漢1500公里外爆發。

β-冠狀病毒是SARS2所屬的蝙蝠病毒家族,感染了遍佈中國南部的馬蹄蝙蝠。蝙蝠飛行里程為50公里,因此不可能到達武漢。無論如何,COVID-19大流行的首例病例可能發生在9月,當時湖北省的氣溫已經足夠冷,足以使蝙蝠進入冬眠狀態。

如果蝙蝠病毒首先感染了某些中間宿主,該怎麼辦?您將需要長期與中間宿主接近的蝙蝠種群,而後者又必須經常與人交往。所有這些病毒交換都必須在武漢以外的地方進行,武漢是一個繁忙的大都市,據瞭解,這不是犀牛蝙蝠殖民地的自然棲息地。攜帶這種高傳播性病毒的被感染者(或動物)一定已經去過武漢,沒有感染任何其他人。他或她的家人中沒有人生病。如果該人跳上去武漢的火車,那麼沒有其他乘客生病。

換句話說,要使這種流行病在武漢以外的地方自然爆發,然後在不留任何痕蹟的情況下,在武漢進行首次流行就是一個步驟。

對於實驗室逃逸情況,該病毒的武漢起源是不言而喻的。武漢是中國冠狀病毒研究的主要中心,如上所述,研究人員正在對蝙蝠冠狀病毒進行基因工程改造以攻擊人類細胞。他們這樣做是在BSL2實驗室的最低安全條件下進行的。如果在那裡產生了具有SARS2出乎意料的傳染性的病毒,其逃逸也就不足為奇了。

二 自然歷史與進化

大流行的最初位置只是其自然歷史的一個較大問題的一小部分。病毒不僅會從一種物種跳到另一種。適於攻擊蝙蝠細胞的冠狀病毒刺突蛋白需要反覆跳至另一個物種,其中大多數會失敗,然後才能獲得幸運的突變。突變-一種其RNA單元的變化-導致將不同的氨基酸單元整合到其刺突蛋白中,並使刺突蛋白更好地攻擊其他物種的細胞。

通過再進行幾次這種由突變驅動的調節,該病毒適應了它的新宿主,例如一些蝙蝠經常接觸的動物。然後,當病毒從中間宿主傳播到人們時,整個過程將恢復。

對於SARS1,研究人員已經記錄了其刺突蛋白的連續變化,因為該病毒逐步演變成危險的病原體。它從蝙蝠變成斑點後,其刺突蛋白又發生了六次變化,才成為人類的輕度病原體。再進行14次更改後,該病毒對人類的適應性要好得多,而又進行了4次更改,流行就開始了。

但是,當您尋找SARS2中類似過渡的指紋時,一個奇怪的驚喜正等待著您。至少直到最近,該病毒幾乎沒有發生任何變化。從其最初的外觀開始,它就很好地適應了人類細胞。由Broad Institute的Alina Chan領導的研究人員將SARS2與晚期SARS1進行了比較,後者當時已很好地適應了人類細胞,併發現這兩種病毒也具有類似的良好適應性。他們寫道: 「到2019年末首次檢測到SARS-CoV-2時,它已經預先適應了人類傳播,其程度與後期流行的SARS-CoV相似。」

即使是那些認為實驗室起源的人也不太可能同意SARS2基因組非常一致。巴里奇博士寫道:「在中國武漢發現的早期菌株顯示出有限的遺傳多樣性,這表明該病毒可能是從單一來源引入的。」

當然,單一來源將與實驗室逃逸兼容,而與龐大的變化和選擇兼容則更是如此,而這是進行論的標誌性方式。

SARS2基因組的統一結構沒有任何暗示通過中間動物宿主的跡象,並且在自然界中還沒有發現這種宿主。

自然出現的支持者表明,SARS2在獲得其特殊特性之前先在尚未發現的人類中孵育,或者說它跳到了中國境外的宿主身上。

所有這些猜想都是可能的,但是很費力。實驗室洩漏的支持者有一個更簡單的解釋。SARS2從一開始就適用於人類細胞,因為它是在人源化小鼠中或在人類細胞的實驗室培養物中生長的,正如達茲薩克(Daszak)的資助計畫中所述,它的基因組幾乎沒有多樣性,因為實驗室培養的特點是均勻性。

實驗室逃逸說的支持者開玩笑說,SARS2病毒當然會先感染中間宿主,然後才傳給人類,並且他們已經識別出這種病毒,是來自武漢病毒研究所的人源化小鼠。

三 弗林蛋白酶切割位點

弗林蛋白酶切割位點是病毒解剖結構的一小部分,但對其感染力影響很大。它位於SARS2峰值蛋白的中間。這也是病毒來源疑惑的核心。

刺突蛋白具有兩個具有不同作用的亞基。第一種稱為S1,可識別病毒的靶標,一種稱為血管緊張素轉換酶2(或ACE2)的蛋白,該蛋白可釘在位於人呼吸道內的細胞表面。第二個是S2,一旦被錨定在細胞上,它就可以幫助病毒與細胞膜融合。在病毒的外膜與受災細胞的膜結合後,病毒基因組被注入到細胞中,劫持了其蛋白質製造機制,並迫使其產生新的病毒。

但是這種入侵只有在S1和S2亞基被切開後才能開始。在S1/S2交界處,有弗林蛋白酶切割位點,可確保刺突蛋白在正確的位置被切割。

這種病毒是一種經濟設計的模型,它沒有攜帶自己的切割刀。它依靠細胞進行分裂。人細胞在其表面上具有一種稱為弗林蛋白酶的蛋白質切割工具。弗林蛋白酶將切割任何帶有其標誌性目標切割位點的蛋白質鏈。這是氨基酸單元中脯氨酸-精氨酸-精氨酸-丙氨酸或PRRA的序列,該代碼通過字母表示每個氨基酸。PRRA是SARS2弗林蛋白酶切割位點核心的氨基酸序列。

病毒具有各種巧妙的技巧,那麼為什麼弗林蛋白酶的裂解位點能脫穎而出呢?由於所有已知的SARS相關的β-冠狀病毒,只有SARS2擁有弗林蛋白酶切割位點。所有其他病毒的S2單位均在不同的位置以不同的方式裂解。

那麼,SARS2是如何獲得其弗林蛋白酶切割位點的呢?該位點要麼自然進化,要麼由研究人員在功能獲得實驗中的S1/S2交匯處插入。

首先考慮自然起源。病毒進化的兩種方式是通過突變和重組。突變是DNA(或冠狀病毒的RNA)隨機變化的過程,通常會導致蛋白質鏈中的一個氨基酸轉換為另一個。這些變化中的許多危害病毒,但自然選擇保留了少數有用的方法。突變是SARS1突突蛋白逐漸將其優選的靶細胞從蝙蝠的細胞轉換為麝香,然後轉換為人類的過程。

即使不能完全排除SARS2的弗林蛋白酶切割位點,突變似乎也不大可能。該位點的四個氨基酸單元在一起,並且都位於S1/S2連接處的正確位置。突變是由複製錯誤(在生成新的病毒基因組時)或基因組單位的化學衰變觸發的隨機過程。因此,它通常會影響蛋白質鏈中不同位置的單個氨基酸。一連串的氨基酸(如弗林蛋白酶切割位點)很可能會通過完全不同的過程(稱為重組)一起全部獲得。

重組是一種偶然的基因組材料交換,當兩種病毒碰巧侵入同一細胞,並且它們的後代與屬於另一種的RNA碎片組裝在一起時,發生重組。β-冠狀病毒只能與其他β-冠狀病毒結合,但可以通過重組獲得集體基因組庫中幾乎所有的遺傳元件。他們無法獲取的是池不具備的元素。並沒有已知的SARS相關的β-冠狀病毒(SARS2所屬的類)具有弗林蛋白酶切割位點。

自然出現的支持者說,SARS2可能已經從一些尚不為人所知的β-冠狀病毒中獲得了該位點。但是,蝙蝠與SARS相關的β-冠狀病毒顯然不需要弗林蛋白酶切割位點即可感染蝙蝠細胞,因此,實際上幾乎沒有任何一種擁有蝙蝠細胞,而且迄今為止尚未發現。

支持者的下一個論點是SARS2是從人那裡獲得的弗林蛋白酶切割位點。SARS2的前身可能已經在人類中傳播了數月或數年,直到在某個時候它從人類細胞中獲得了弗林蛋白酶切割位點。屆時,它已經準備好爆發大流行了。

如果發生了這種情況,醫院的監視記錄中應該有被緩慢發展的病毒感染的人的痕跡。但是到目前為止,還沒有發現。根據世界衛生組織關於該病毒起源的報告,位於武漢的湖北省的定點醫院定期監測流感樣疾病,並且「沒有證據表明在12月爆發之前的幾個月中有大量SARSCoV-2傳播。」

因此,很難解釋SARS2病毒是如何通過突變或重組自然地吸收弗林蛋白酶切割位點的。

剩下的功能獲得實驗。對於那些認為SARS2可能已經脫離實驗室的人來說,解釋弗林蛋白酶的裂解位點根本沒有問題。「自1992年以來,病毒學界就知道,使病毒致命的一種可靠方法是在實驗室的S1/S2交界處設置弗林蛋白酶切割位點,」對起源感興趣的生物技術企業家奎伊博士寫道,「公開文獻中至少發表了十一項功能獲得實驗,添加了弗林蛋白酶位點以使病毒更具感染力,其中包括武漢病毒研究所冠狀病毒研究負責人石正麗博士。」

四 密碼子問題

弗林蛋白酶切割位點的另一個方面進一步縮小了自然出現的途徑。

眾所周知,遺傳密碼使用三個DNA單位來指定蛋白質鏈的每個氨基酸單位。當以3組為一組讀取時,這4種不同的DNA單位可以指定4 x4 x4或64種不同的三連體或稱為密碼子。由於只有20種氨基酸,因此有足夠多的密碼子來回移動,從而允許某些氨基酸由一個以上的密碼子指定。例如,氨基酸精氨酸可以由六個密碼子CGU,CGC,CGA,CGG,AGA或AGG指定,其中A,U,G和C代表RNA中的四種不同類型的單元。

這就是它變得有趣的地方。不同的生物具有不同的密碼子偏好。人類細胞喜歡用密碼子CGT,CGC或CGG指定精氨酸。但是CGG是冠狀病毒中最不流行的精氨酸密碼子。在查看SARS2基因組中弗林蛋白酶切割位點的氨基酸編碼方式時,請記住這一點。

現在,可以通過(在計算機中)將其基因組中近30,000個核苷酸的字元串與它的表親冠狀病毒的序列對齊來看到SARS2具有弗林蛋白酶切割位點而其表親病毒沒有的功能性原因。迄今為止最著名的是一種叫做RaTG13的。與RaTG13相比,SARS2在S1/S2連接處有一個12個核苷酸的插入片段。插入物是序列T-CCT-CGG-CGG-GC。CCT編碼脯氨酸,兩個CGG編碼兩個精氨酸,而GC則是編碼丙氨酸的GCA密碼子的開始。

關於此插入片段,有幾個奇怪的特徵,但最奇怪的是兩個並排的CGG密碼子。SARS2的精氨酸密碼子中只有5%是CGG,在其他任何β-冠狀病毒中都沒有發現雙密碼子CGG-CGG。那麼SARS2是如何獲得人類細胞而不是冠狀病毒所偏愛的一對精氨酸密碼子的呢?

自然出現的支持者有艱鉅的任務來解釋SARS2弗林蛋白酶裂解位點的所有特徵。他們必須在病毒基因組上很少重組的位點推測重組事件,並在基因組中唯一會在β-冠狀病毒庫中插入具有未知雙精氨酸密碼子的12個核苷酸序列。大大擴大了病毒的感染力。

格拉斯哥大學病毒學家羅伯遜(David L.Robertson)認為,「是的,但是您的措辭使這種聽起來不太可能-病毒是發生異常事件的專家」。他認為實驗室逃逸是一種陰謀論,「在這些病毒中,重組自然非常非常頻繁,在刺突蛋白中有重組斷點,而這些密碼子正是由於我們採樣不足而顯得異常。」

羅伯遜是正確的,進化總會產生看似不可能的結果,但實際上並非如此。病毒可以產生無數種變體,但我們只能看到自然選擇為生存選擇的十億分之一。但是,這種說法可能推得太遠。例如,功能增益實驗的任何結果都可以解釋為進化會及時到來。和數字遊戲可以用另一種方式玩。為了使弗林蛋白酶切割位點在SARS2中自然出現,必須發生一系列事件,由於上述原因,每個事件都不太可能發生。一條帶有幾個不可能的步驟的長鍊是不可能完成的。

對於實驗室逃逸場景,雙CGG密碼子不足為奇。人類偏愛的密碼子通常在實驗室中使用。因此,任何想要在病毒基因組中插入弗林蛋白酶切割位點的人,都將在實驗室中合成PRRA產生序列,並且很可能會使用CGG密碼子來這樣做。

「當我第一次在病毒序列中看到弗林蛋白酶切割位點及其精氨酸密碼子時,我對妻子說,這是病毒起源的冒煙(確鑿)證據,」著名病毒學家、加州理工學院前任主席巴爾蒂摩說:「這些特徵對SARS2的自然起源說提出了強大的挑戰。」

待續 下期內容:誰該為病毒負責?

相關報導: 誰打開潘朵拉盒?美科學記者病毒溯源報告(2)-武漢病毒研究所內幕

誰打開潘朵拉盒?美科學記者病毒溯源報告(1)

来源:看中國

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