谁打开潘朵拉盒?美科学记者病毒溯源报告(3)(图)

比较两种病毒起源的可能性

2021-05-15 10:59 作者: 肖然

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2020年5月27日,中国武汉病毒研究所的空拍。(图片来源:HECTOR RETAMAL/AFP via Getty Images)
2020年5月27日,中国武汉病毒研究所的空拍。(图片来源:HECTOR RETAMAL/AFP via Getty Images)

【看中国2021年5月15日讯】(看中国记者肖然编译报导)美国科学界追责中共COVID-19声浪渐强。美国科学记者韦德在《Medium》上发布的COVID19病毒起源报告,近日被各国多家主流媒体提及。报告列出了相关证据,探讨是谁在武汉打开了潘多拉盒子。 

(接上)

比较两种SARS2起源的可能性

以上证据加重了一个严重的案例,即SARS2病毒可能是在实验室中创建的,然后从中逃脱了。但是这种情况无论多么严重,都无法证明。证据将由武汉病毒研究所或武汉的相关实验室提供的证据表明,SARS2或前身病毒正在那里被开发。由于无法获取此类记录,另一种方法是获取有关SARS2病毒的某些重要事实,并对两种对立的自然起源和实验室逃逸的对立论点提出询问。这是对两个假设的四个检验。

一 原产地

从地理开始。SARS2病毒的两个最接近的已知亲戚是从生活在中国南部省份云南的山洞中的蝙蝠收集的。如果SARS2病毒首先感染了居住在云南溶洞附近的人们,那将强烈支持该病毒自然扩散到人们的想法。但这不是发生了什么。大流行在武汉1500公里外爆发。

β-冠状病毒是SARS2所属的蝙蝠病毒家族,感染了遍布中国南部的马蹄蝙蝠。蝙蝠飞行里程为50公里,因此不可能到达武汉。无论如何,COVID-19大流行的首例病例可能发生在9月,当时湖北省的气温已经足够冷,足以使蝙蝠进入冬眠状态。

如果蝙蝠病毒首先感染了某些中间宿主,该怎么办?您将需要长期与中间宿主接近的蝙蝠种群,而后者又必须经常与人交往。所有这些病毒交换都必须在武汉以外的地方进行,武汉是一个繁忙的大都市,据了解,这不是犀牛蝙蝠殖民地的自然栖息地。携带这种高传播性病毒的被感染者(或动物)一定已经去过武汉,没有感染任何其他人。他或她的家人中没有人生病。如果该人跳上去武汉的火车,那么没有其他乘客生病。

换句话说,要使这种流行病在武汉以外的地方自然爆发,然后在不留任何痕迹的情况下,在武汉进行首次流行就是一个步骤。

对于实验室逃逸情况,该病毒的武汉起源是不言而喻的。武汉是中国冠状病毒研究的主要中心,如上所述,研究人员正在对蝙蝠冠状病毒进行基因工程改造以攻击人类细胞。他们这样做是在BSL2实验室的最低安全条件下进行的。如果在那里产生了具有SARS2出乎意料的传染性的病毒,其逃逸也就不足为奇了。

二 自然历史与进化

大流行的最初位置只是其自然历史的一个较大问题的一小部分。病毒不仅会从一种物种跳到另一种。适于攻击蝙蝠细胞的冠状病毒刺突蛋白需要反复跳至另一个物种,其中大多数会失败,然后才能获得幸运的突变。突变-一种其RNA单元的变化-导致将不同的氨基酸单元整合到其刺突蛋白中,并使刺突蛋白更好地攻击其他物种的细胞。

通过再进行几次这种由突变驱动的调节,该病毒适应了它的新宿主,例如一些蝙蝠经常接触的动物。然后,当病毒从中间宿主传播到人们时,整个过程将恢复。

对于SARS1,研究人员已经记录了其刺突蛋白的连续变化,因为该病毒逐步演变成危险的病原体。它从蝙蝠变成斑点后,其刺突蛋白又发生了六次变化,才成为人类的轻度病原体。再进行14次更改后,该病毒对人类的适应性要好得多,而又进行了4次更改,流行就开始了。

但是,当您寻找SARS2中类似过渡的指纹时,一个奇怪的惊喜正等待着您。至少直到最近,该病毒几乎没有发生任何变化。从其最初的外观开始,它就很好地适应了人类细胞。由Broad Institute的Alina Chan领导的研究人员将SARS2与晚期SARS1进行了比较,后者当时已很好地适应了人类细胞,并发现这两种病毒也具有类似的良好适应性。他们写道: “到2019年末首次检测到SARS-CoV-2时,它已经预先适应了人类传播,其程度与后期流行的SARS-CoV相似。”

即使是那些认为实验室起源的人也不太可能同意SARS2基因组非常一致。巴里奇博士写道:“在中国武汉发现的早期菌株显示出有限的遗传多样性,这表明该病毒可能是从单一来源引入的。”

当然,单一来源将与实验室逃逸兼容,而与庞大的变化和选择兼容则更是如此,而这是进行论的标志性方式。

SARS2基因组的统一结构没有任何暗示通过中间动物宿主的迹象,并且在自然界中还没有发现这种宿主。

自然出现的支持者表明,SARS2在获得其特殊特性之前先在尚未发现的人类中孵育,或者说它跳到了中国境外的宿主身上。

所有这些猜想都是可能的,但是很费力。实验室泄漏的支持者有一个更简单的解释。SARS2从一开始就适用于人类细胞,因为它是在人源化小鼠中或在人类细胞的实验室培养物中生长的,正如达兹萨克(Daszak)的资助计划中所述,它的基因组几乎没有多样性,因为实验室培养的特点是均匀性。

实验室逃逸说的支持者开玩笑说,SARS2病毒当然会先感染中间宿主,然后才传给人类,并且他们已经识别出这种病毒,是来自武汉病毒研究所的人源化小鼠。

三 弗林蛋白酶切割位点

弗林蛋白酶切割位点是病毒解剖结构的一小部分,但对其感染力影响很大。它位于SARS2峰值蛋白的中间。这也是病毒来源疑惑的核心。

刺突蛋白具有两个具有不同作用的亚基。第一种称为S1,可识别病毒的靶标,一种称为血管紧张素转换酶2(或ACE2)的蛋白,该蛋白可钉在位于人呼吸道内的细胞表面。第二个是S2,一旦被锚定在细胞上,它就可以帮助病毒与细胞膜融合。在病毒的外膜与受灾细胞的膜结合后,病毒基因组被注入到细胞中,劫持了其蛋白质制造机制,并迫使其产生新的病毒。

但是这种入侵只有在S1和S2亚基被切开后才能开始。在S1/S2交界处,有弗林蛋白酶切割位点,可确保刺突蛋白在正确的位置被切割。

这种病毒是一种经济设计的模型,它没有携带自己的切割刀。它依靠细胞进行分裂。人细胞在其表面上具有一种称为弗林蛋白酶的蛋白质切割工具。弗林蛋白酶将切割任何带有其标志性目标切割位点的蛋白质链。这是氨基酸单元中脯氨酸-精氨酸-精氨酸-丙氨酸或PRRA的序列,该代码通过字母表示每个氨基酸。PRRA是SARS2弗林蛋白酶切割位点核心的氨基酸序列。

病毒具有各种巧妙的技巧,那么为什么弗林蛋白酶的裂解位点能脱颖而出呢?由于所有已知的SARS相关的β-冠状病毒,只有SARS2拥有弗林蛋白酶切割位点。所有其他病毒的S2单位均在不同的位置以不同的方式裂解。

那么,SARS2是如何获得其弗林蛋白酶切割位点的呢?该位点要么自然进化,要么由研究人员在功能获得实验中的S1/S2交汇处插入。

首先考虑自然起源。病毒进化的两种方式是通过突变和重组。突变是DNA(或冠状病毒的RNA)随机变化的过程,通常会导致蛋白质链中的一个氨基酸转换为另一个。这些变化中的许多危害病毒,但自然选择保留了少数有用的方法。突变是SARS1突突蛋白逐渐将其优选的靶细胞从蝙蝠的细胞转换为麝香,然后转换为人类的过程。

即使不能完全排除SARS2的弗林蛋白酶切割位点,突变似乎也不大可能。该位点的四个氨基酸单元在一起,并且都位于S1/S2连接处的正确位置。突变是由复制错误(在生成新的病毒基因组时)或基因组单位的化学衰变触发的随机过程。因此,它通常会影响蛋白质链中不同位置的单个氨基酸。一连串的氨基酸(如弗林蛋白酶切割位点)很可能会通过完全不同的过程(称为重组)一起全部获得。

重组是一种偶然的基因组材料交换,当两种病毒碰巧侵入同一细胞,并且它们的后代与属于另一种的RNA碎片组装在一起时,发生重组。β-冠状病毒只能与其他β-冠状病毒结合,但可以通过重组获得集体基因组库中几乎所有的遗传元件。他们无法获取的是池不具备的元素。并没有已知的SARS相关的β-冠状病毒(SARS2所属的类)具有弗林蛋白酶切割位点。

自然出现的支持者说,SARS2可能已经从一些尚不为人所知的β-冠状病毒中获得了该位点。但是,蝙蝠与SARS相关的β-冠状病毒显然不需要弗林蛋白酶切割位点即可感染蝙蝠细胞,因此,实际上几乎没有任何一种拥有蝙蝠细胞,而且迄今为止尚未发现。

支持者的下一个论点是SARS2是从人那里获得的弗林蛋白酶切割位点。SARS2的前身可能已经在人类中传播了数月或数年,直到在某个时候它从人类细胞中获得了弗林蛋白酶切割位点。届时,它已经准备好爆发大流行了。

如果发生了这种情况,医院的监视记录中应该有被缓慢发展的病毒感染的人的痕迹。但是到目前为止,还没有发现。根据世界卫生组织关于该病毒起源的报告,位于武汉的湖北省的定点医院定期监测流感样疾病,并且“没有证据表明在12月爆发之前的几个月中有大量SARSCoV-2传播。”

因此,很难解释SARS2病毒是如何通过突变或重组自然地吸收弗林蛋白酶切割位点的。

剩下的功能获得实验。对于那些认为SARS2可能已经脱离实验室的人来说,解释弗林蛋白酶的裂解位点根本没有问题。“自1992年以来,病毒学界就知道,使病毒致命的一种可靠方法是在实验室的S1/S2交界处设置弗林蛋白酶切割位点,”对起源感兴趣的生物技术企业家奎伊博士写道,“公开文献中至少发表了十一项功能获得实验,添加了弗林蛋白酶位点以使病毒更具感染力,其中包括武汉病毒研究所冠状病毒研究负责人石正丽博士。”

四 密码子问题

弗林蛋白酶切割位点的另一个方面进一步缩小了自然出现的途径。

众所周知,遗传密码使用三个DNA单位来指定蛋白质链的每个氨基酸单位。当以3组为一组读取时,这4种不同的DNA单位可以指定4 x4 x4或64种不同的三连体或称为密码子。由于只有20种氨基酸,因此有足够多的密码子来回移动,从而允许某些氨基酸由一个以上的密码子指定。例如,氨基酸精氨酸可以由六个密码子CGU,CGC,CGA,CGG,AGA或AGG指定,其中A,U,G和C代表RNA中的四种不同类型的单元。

这就是它变得有趣的地方。不同的生物具有不同的密码子偏好。人类细胞喜欢用密码子CGT,CGC或CGG指定精氨酸。但是CGG是冠状病毒中最不流行的精氨酸密码子。在查看SARS2基因组中弗林蛋白酶切割位点的氨基酸编码方式时,请记住这一点。

现在,可以通过(在计算机中)将其基因组中近30,000个核苷酸的字符串与它的表亲冠状病毒的序列对齐来看到SARS2具有弗林蛋白酶切割位点而其表亲病毒没有的功能性原因。迄今为止最著名的是一种叫做RaTG13的。与RaTG13相比,SARS2在S1/S2连接处有一个12个核苷酸的插入片段。插入物是序列T-CCT-CGG-CGG-GC。CCT编码脯氨酸,两个CGG编码两个精氨酸,而GC则是编码丙氨酸的GCA密码子的开始。

关于此插入片段,有几个奇怪的特征,但最奇怪的是两个并排的CGG密码子。SARS2的精氨酸密码子中只有5%是CGG,在其他任何β-冠状病毒中都没有发现双密码子CGG-CGG。那么SARS2是如何获得人类细胞而不是冠状病毒所偏爱的一对精氨酸密码子的呢?

自然出现的支持者有艰钜的任务来解释SARS2弗林蛋白酶裂解位点的所有特征。他们必须在病毒基因组上很少重组的位点推测重组事件,并在基因组中唯一会在β-冠状病毒库中插入具有未知双精氨酸密码子的12个核苷酸序列。大大扩大了病毒的感染力。

格拉斯哥大学病毒学家罗伯逊(David L.Robertson)认为,“是的,但是您的措辞使这种听起来不太可能-病毒是发生异常事件的专家”。他认为实验室逃逸是一种阴谋论,“在这些病毒中,重组自然非常非常频繁,在刺突蛋白中有重组断点,而这些密码子正是由于我们采样不足而显得异常。”

罗伯逊是正确的,进化总会产生看似不可能的结果,但实际上并非如此。病毒可以产生无数种变体,但我们只能看到自然选择为生存选择的十亿分之一。但是,这种说法可能推得太远。例如,功能增益实验的任何结果都可以解释为进化会及时到来。和数字游戏可以用另一种方式玩。为了使弗林蛋白酶切割位点在SARS2中自然出现,必须发生一系列事件,由于上述原因,每个事件都不太可能发生。一条带有几个不可能的步骤的长炼是不可能完成的。

对于实验室逃逸场景,双CGG密码子不足为奇。人类偏爱的密码子通常在实验室中使用。因此,任何想要在病毒基因组中插入弗林蛋白酶切割位点的人,都将在实验室中合成PRRA产生序列,并且很可能会使用CGG密码子来这样做。

“当我第一次在病毒序列中看到弗林蛋白酶切割位点及其精氨酸密码子时,我对妻子说,这是病毒起源的冒烟(确凿)证据,”著名病毒学家、加州理工学院前任主席巴尔蒂摩说:“这些特征对SARS2的自然起源说提出了强大的挑战。”

待续 下期内容:谁该为病毒负责?

相关报导: 谁打开潘朵拉盒?美科学记者病毒溯源报告(2)-武汉病毒研究所内幕

谁打开潘朵拉盒?美科学记者病毒溯源报告(1)

来源:看中国

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