蛇是新冠病毒的中間宿主嗎？在疫情的沖擊下，咱們不得不思考這些病毒是不是寄生在某些特殊生物上，而蛇自然是諸多思考中的一個(gè)，能到底蛇和新冠病毒有沒(méi)有聯(lián)系呢，下面我們來(lái)具體看看。

當(dāng)科學(xué)家們爭(zhēng)相了解更多關(guān)于SARS-CoV-2冠狀病毒的信息時(shí)，最近對(duì)該病毒基因組的兩項(xiàng)研究得出了有爭(zhēng)議的結(jié)論：蛇是這種新病毒的中間宿主，以及一種關(guān)鍵的冠狀病毒蛋白與HIV-1蛋白有著“不可思議的相似之處”。

現(xiàn)在，最新發(fā)表在ACS《蛋白質(zhì)組研究雜志》上的一項(xiàng)研究反駁了這兩種觀點(diǎn)，并指出，有鱗的、類(lèi)食蟻獸的穿山甲是在蝙蝠和人類(lèi)之間傳播SARS-CoV-2的缺失環(huán)節(jié)。

了解致使新冠肺炎在全球蔓延的SARS-CoV-2病毒的來(lái)源和傳播方式，對(duì)其控制和治療非常重要。大多數(shù)專家認(rèn)為，蝙蝠是天然的SARS-CoV-2宿主，但要讓這種病毒從蝙蝠傳染給人類(lèi)，還需要一個(gè)中間宿主。

此前，一項(xiàng)研究分析了SARS-CoV-2病毒的基因組，結(jié)果表明蛇是這種病毒的宿主，盡管目前已知的冠狀病毒只會(huì)感染哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)。與此同時(shí)，一項(xiàng)不相關(guān)的研究比較了新型冠狀病毒和HIV-1的突刺蛋白序列，發(fā)現(xiàn)了意想不到的相似之處。雖然作者在受到科學(xué)批評(píng)后撤回了這篇預(yù)印稿，但由此引發(fā)了一些謠言和陰謀論，認(rèn)為這種新型冠狀病毒可能是在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)出來(lái)的。

現(xiàn)在，Yang Zhang和同事們希望對(duì)SARS-CoV-2 DNA和蛋白質(zhì)序列進(jìn)行更仔細(xì)和完整的分析，以解決這些問(wèn)題。

與以前的研究相比，研究人員使用更大的數(shù)據(jù)集和更新、更準(zhǔn)確的生物信息學(xué)方法和數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)分析SARS-CoV-2基因組。他們發(fā)現(xiàn)，與聲稱SARS-CoV-2和HIV-1之間只共享4個(gè)突刺蛋白區(qū)域不同，這4個(gè)序列片段可以在其他病毒中發(fā)現(xiàn)，包括蝙蝠冠狀病毒。

在發(fā)現(xiàn)蛇是中間宿主的分析有誤后，研究小組從穿山甲組織中分離出DNA和蛋白質(zhì)序列，尋找類(lèi)似于SARS-CoV-2的基因。

而研究人員在患病動(dòng)物的肺中發(fā)現(xiàn)了91%與人類(lèi)病毒蛋白質(zhì)相同的蛋白質(zhì)序列。此外，穿山甲冠狀病毒突刺蛋白的受體結(jié)合域僅與SARS-CoV-2存在5個(gè)氨基酸差異，而人與蝙蝠病毒蛋白的差異為19個(gè)。

因此，研究人員認(rèn)為，這一證據(jù)表明穿山甲是最有可能的新冠狀病毒中間宿主，但也有可能是其他中間宿主。

這篇論文于3月22日發(fā)表在《蛋白質(zhì)組研究雜志》上，題目為“2019-nCoV基因組的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和序列再分析，駁斥了蛇作為中間宿主以及其與HIV-1的突刺蛋白插入的獨(dú)特相似性”。研究團(tuán)隊(duì)來(lái)自密西根大學(xué)生物化學(xué)系、計(jì)算醫(yī)學(xué)與生物資訊學(xué)系，Yang Zhang為通訊作者。

研究人員表示，雖然現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，像菊頭蝙蝠可能是2019-nCoV的天然宿主，但是究竟是哪種動(dòng)物作為中間宿主將蝙蝠冠狀病毒帶到人類(lèi)宿主中，目前還不清楚。盡管多項(xiàng)研究表明馬來(lái)亞穿山甲是另一宿主，但也一些研究提出穿山甲可能是一種天然宿主，而不是中間宿主。

為了進(jìn)一步研究2019-nCoV傳播的動(dòng)物宿主，研究人員使用馬來(lái)亞穿山甲的宏基因組樣本，組裝了一種高度相關(guān)的冠狀病毒的基因組草圖。組裝的基因組序列的比對(duì)結(jié)果，特別是在突刺蛋白上的比對(duì)結(jié)果，表明穿山甲在2019-nCoV的進(jìn)化及其從蝙蝠向人類(lèi)傳播中的重要性。

研究結(jié)果：

1. 2019-nCoV突刺蛋白不包括HIV-1特有的插入片段

在此前的一篇題為“2019-nCoV突刺蛋白中獨(dú)特插入片段與HIV-1 gp120和Gag的異常相似性”的論文中，印度理工學(xué)院的Pradhan等人提出了一個(gè)發(fā)現(xiàn)，即2019-nCoV突刺蛋白特有的四個(gè)新插入(圖1)。他們進(jìn)一步得出結(jié)論，這四個(gè)插入片段是2019-nCoV受體結(jié)合位點(diǎn)的一部分，并且這些插入與HIV-1蛋白具有“不可思議的相似性”，但與其他冠狀病毒則沒(méi)有“相似性”。

這些說(shuō)法在社會(huì)上引起了相當(dāng)大的公眾恐慌和爭(zhēng)議，甚至在論文被撤回后陰謀論也依舊滿天飛。為了研究Pradhan等人的結(jié)論是否具有科學(xué)的精確性，研究人員重新分析了其中所討論的四個(gè)突刺蛋白插入的結(jié)構(gòu)位置和序列同源性。

在研究這四個(gè)插入片段的病毒同源性時(shí)，研究人員通過(guò)非冗余序列數(shù)據(jù)庫(kù)(NR)對(duì)其進(jìn)行BLAST序列搜索，將搜索結(jié)果限制為病毒(taxid: 10239)，但將其他搜索參數(shù)保留為默認(rèn)值。表1列出了為每個(gè)插入片段的前5個(gè)序列同系物(包括查詢本身)。

之前的說(shuō)法認(rèn)為這四個(gè)插入片段是2019-nCoV和HIV-1所獨(dú)有的，然而所有四個(gè)插入片段都可以在其他病毒中找到。事實(shí)上，HIV-1蛋白在四個(gè)插入片段中只有一個(gè)是最普遍的，而四個(gè)插入片段中有三個(gè)是在蝙蝠冠狀病毒RaTG13中發(fā)現(xiàn)的。

此外，部分由于這些插入片段的長(zhǎng)度很短， 6到8個(gè)氨基酸， BLAST的E值（BLAST所使用的參數(shù)評(píng)估統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的排列，通常需要< 0.01被認(rèn)為是重要的）幾乎都是> 4，除了蝙蝠冠狀病毒IS2。這些高E值表明，這些相似性中的大多數(shù)可能是巧合。

考慮到四個(gè)插入片段中有三個(gè)是在蝙蝠冠狀病毒RaTG13中發(fā)現(xiàn)的，很容易假設(shè)這些“插入”可能是直接遺傳自蝙蝠冠狀病毒。目前，至少有7個(gè)已知人類(lèi)冠狀病毒(2019-nCoV、 SARS-CoV、MERS-CoV、HCoV-229E、 HCoV-OC43、 HCoV-NL63和HCoV-HKU1)，其中許多病毒,包括SARS-CoV和MERS-CoV被認(rèn)為是從蝙蝠傳播的。

為進(jìn)一步檢驗(yàn)2019-nCoV和蝙蝠冠狀病毒之間的進(jìn)化關(guān)系，與其他人類(lèi)冠狀病毒相比，研究人員利用MUSCLE創(chuàng)建了一個(gè)多重序列比對(duì)(MSA)，呈現(xiàn)在圖3中，對(duì)于所有七種人類(lèi)冠狀病毒和兩種蝙蝠冠狀病毒，RaTG13和RsSHC014，它們分別被認(rèn)為是2019-nCoV和SARS-CoV的祖先。

在2019-nCoV的四個(gè)“插入片段”（IS）中，IS1僅具有一個(gè)不同于蝙蝠冠狀病毒的殘基，并且七個(gè)殘基中的三個(gè)與MERS-CoV相同。 IS2和IS3都與蝙蝠冠狀病毒相同。

對(duì)于IS4，雖然BLAST的局部序列比對(duì)沒(méi)有擊中表1中的蝙蝠冠狀病毒，但它與MSA中的蝙蝠冠狀病毒有密切的進(jìn)化關(guān)系。特別是，2019-nCoV的IS4片段“QTQTNSPRRA”中的前6個(gè)殘基與RaTG13相同，而蝙蝠冠狀病毒或SARS-CoV中缺失的后4個(gè)殘基與MERS-CoV和HCoV-HKU1至少有50%的同源性。

由此，研究人員認(rèn)為2019-nCoV與蝙蝠冠狀病毒RaTG13之間存在密切的進(jìn)化關(guān)系，Pradhan等人在突刺蛋白中強(qiáng)調(diào)的四個(gè)插入位點(diǎn)并不是2019-nCoV和HIV-1所獨(dú)有的。事實(shí)上，在這些非常短的片段上建立的序列比對(duì)的相似性在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是不顯著的，這是通過(guò)BLAST E值來(lái)評(píng)估的，而這種相似性在許多其他病毒中也存在，包括蝙蝠冠狀病毒。從結(jié)構(gòu)上看，這些“插入”遠(yuǎn)離了與ACE2受體結(jié)合的突刺蛋白的結(jié)合界面，如圖2所示，這也與Pradhan等人的結(jié)論相矛盾。

2. 相對(duì)同義密碼子使用度不可識(shí)別冠狀病毒的中間宿主

另一項(xiàng)由Wei Ji等人進(jìn)行的早期研究試圖理解2019-nCoV的感染。在這項(xiàng)研究中，作者分析了2019-nCoV和八個(gè)脊椎動(dòng)物的RSCU（相對(duì)同義密碼子使用度，包括兩種蛇(銀環(huán)蛇和眼鏡蛇)、西歐刺猬、中華菊頭蝠、土撥鼠(旱獺)、馬來(lái)西亞穿山甲、雞 (普通家雞),和人類(lèi)(智人)。在這些脊椎動(dòng)物中，與2019-nCoV相比，蛇的密碼子使用差異最小，因此Ji等人提出，蛇是2019-nCoV的中間宿主。

然而，由于缺乏先前的人畜共患冠狀病毒可以感染哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)以外的動(dòng)物的生物學(xué)證據(jù)，這一結(jié)論在病毒學(xué)家中引起了爭(zhēng)議。

此外，最近的研究顯示，初步證據(jù)表明，穿山可能是類(lèi)似2019-nCoV的冠狀病毒的宿主，進(jìn)一步證明Ji等人的結(jié)論無(wú)效。雖然關(guān)于蛇是中間宿主的結(jié)論一直受到科學(xué)界的普遍質(zhì)疑，但是仔細(xì)檢驗(yàn)RSCU方法的基礎(chǔ)和可靠性仍然很重要，這將有助于避免這種有偏見(jiàn)的分析誤導(dǎo)科學(xué)界和公眾。在最新研究中，我們通過(guò)對(duì)RSCU分析的大規(guī)模復(fù)制，仔細(xì)研究了生物信息學(xué)方法和潛在的生物學(xué)假設(shè)。

如圖4A所示，蛇并不是RSCU距離2019-nCoV最小的脊椎動(dòng)物，這說(shuō)明Ji等人對(duì)RSCU分析的實(shí)施是不完整的。更重要的是，圖4中的數(shù)據(jù)顯示，與冠狀病毒傳播無(wú)關(guān)的動(dòng)物，如青蛙和蛇，與所有三種冠狀病毒已知宿主的RSCU距離始終較小。

例如，RSCU距離三種不同冠狀病毒最小的脊椎動(dòng)物是兩種青蛙(Megophrys feae和Liophryne schlaginhaufeni)，而另一種青蛙(Xenopus laevis)在所有序列充足的脊椎動(dòng)物中RSCU距離最小。

如補(bǔ)充表S1所示，RSCU在中間宿主鑒定失敗的部分原因是，已知使用不同中間宿主（Paguma larvata和Camelus dromedarius）的不同冠狀病毒（SARS-CoV和MERS-CoV），在RSCU中幾乎沒(méi)有差異（RSCU距離的平方= 0.12）。

這些數(shù)據(jù)表明，RSCU分析本身不夠具體，無(wú)法區(qū)分來(lái)自不同脊椎動(dòng)物宿主的冠狀病毒。在這方面，失敗不僅是由于使用過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)或原始分析中包含的少數(shù)物種，而且實(shí)際上是由于錯(cuò)誤的生物學(xué)假設(shè)，即冠狀病毒將進(jìn)化其RSCU，使其與宿主相似。

3.穿山甲可能是2019-nCoV的中間宿主

在最近的一項(xiàng)研究中，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)Xiao等人首次在穿山甲中發(fā)現(xiàn)了與2019-nCoV高度相似的冠狀病毒序列。此外，三個(gè)獨(dú)立的研究小組還報(bào)告了從馬來(lái)穿山甲的宏基因組學(xué)樣本中鑒定出2019-nCoV樣冠狀病毒序列，使穿山甲可能成為2019-nCoV的中間宿主。

為了進(jìn)一步研究這種可能性，研究人員嘗試使用馬來(lái)西亞穿山甲的宏基因組樣本重新組裝冠狀病毒的基因組草圖。該基因組草圖顯示，2019-nCoV的總覆蓋率為73%，序列一致性為91%。特別是組裝后的基因組中對(duì)病毒識(shí)別宿主受體至關(guān)重要的突刺蛋白，其變異速度非?？?，與2019-nCoV具有高序列同源性，僅存在5個(gè)殘基位置差異，而2019-nCoV與蝙蝠冠狀病毒RaTG13的殘基位置差異為19個(gè)。這些數(shù)據(jù)為RaTG13、Manis冠狀病毒和2019-nCoV之間可能的進(jìn)化關(guān)系提供了證據(jù)。

雖然目前的證據(jù)主要指向穿山甲是最有可能的中間宿主，但其他動(dòng)物也有可能成為中間宿主，原因有以下兩個(gè)。首先，冠狀病毒已知有多個(gè)中間宿主。例如,果子貍是最著名的中間宿主,也使用野生貉和鼬獾作為中間宿主。其次，穿山甲屬冠狀病毒與2019-nCoV之間的91％序列同一性足夠高，可以證實(shí)兩種病毒之間的進(jìn)化關(guān)系，但不足以將它們視為相同的病毒物種。從這個(gè)角度來(lái)看，SARS-CoV和MERS-CoV中間宿主的病毒序列分別與其人類(lèi)版本的99.8和99.9%相同。因此，即使發(fā)現(xiàn)了穿山甲屬冠狀病毒，也應(yīng)該繼續(xù)尋找其它潛在的中間宿主。