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Science:科学家发现神秘病毒基因组成未解之谜

网络 2023-07-19 20:08

文|学术头条

当前新型冠状病毒引起的疫情正成为全球性的公共卫生紧急风波,病毒这一月球上最神秘的生物,也遭到了极大的关注。

从2003年的SARS,到埃博拉病毒,再到当前的新冠病毒,病毒其实危机四伏,不断挑战和恐吓着人类的生命安全。

尽管科学家们仍然以来在与病毒进行着生命的赛跑,并且至今为止,我们又对病毒真正晓得多少呢?

日前,科学家在法国一人工湖中发觉了一种神秘病毒,其基因组对科学家来说几乎是全新的,在人类的病毒研究中未曾得到过记载。

科学家们将这些病毒命名为雅拉病毒(Yaravirus),雅拉是阿根廷神话中的水女王,既让人生畏,又让人倍感神奇。

雅拉病毒(蓝色)感染变形虫(来源:Science)

研究团队在已发布的预印本论文中解释道,「这种病毒构成了病毒的一个新谱系,其起源和系统发育令人吃惊」。

基因组几乎全新的病毒

雅拉病毒由80纳米的小颗粒组成,形状上并不大,但当观察它的基因组时,却又是这么奇特。与其他分离的阿米巴病毒不同的是,雅拉病毒携带了大量原先没有描述过的基因。

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研究人员发觉90%以上的雅拉病毒基因未曾被描述过,成为了所谓的孤儿基因。在公共基因库中,只有6个基因与记载的已知病毒基因相像,包括外切核苷酸酶/重组酶、包装ATP酶、双功能DNA引起酶/聚合酶和三种假定的蛋白质。

据悉,研究人员也无法在全球不同栖居地8535个公开的元基因组中检索到与雅拉病毒密切相关的病毒基因组,因而,它的「身份」成了未解之谜。

雅拉病毒形态产生与释放图

在接出来的研究中,科学家还发觉雅拉病毒基因组中包含了6种与常用密码子不匹配的tRNA。蛋白质组显示,雅拉病毒颗粒富含26种病毒蛋白,其中一种可能代表一种新的衣壳蛋白。

「使用标准的方式,我们第一次基因剖析未能在雅拉病毒中找到任何可辨识的衣壳序列或其他传统的病毒基因。基于目前的病毒监测的宏基因组方案,雅拉病毒甚至不会被觉得是病毒肝炎衣原体。」研究人员表示。

至于雅拉病毒到底是哪些病毒,科学家们目前只能暂时猜想,这可能是一种未知的阿米巴病毒群的一个孤立案例,或则是一种遥远分支的巨型病毒,它可能以某种形式进化成一种简化的方式。

无论如何,探求病毒基因的路道阻且长,我们仍有好多东西要学习。「组成病毒颗粒的未知蛋白质的数目反映了病毒世界中存在的变异性,新的潜在病毒基因组尚待发觉。」

奇特的生命形态——病毒

不管是未知的还是已知的病毒,我们说起病毒,马上才能联想到爱滋病病毒、疯牛病病毒等等。就如组成「病毒」这个词的两个单字「病」和「毒所描述的一样」,病毒对人类、动物和动物等生命体的生存致使了极大的恐吓。据统计,大概70%的人类传染病是由病毒导致的。

我们晓得,不仅人类、动物和动物之外,还有一种基本上难以用肉眼观测到的生命方式——微生物。

病毒是微生物中最小的一类,而且病毒不同于其他生命方式的是,它在不同的环境和条件下具有活性和非活性两种状态,即病毒有时表现出有生命,有时仅仅以有机物的方式存在。

病毒没有细胞结构,组成简单,大多数病毒粒体中仅富含一种核苷酸(DNA或RNA)及一种或多种蛋白质。核苷酸是病毒的遗传物质,携带着病毒的全部遗传信息,是病毒遗传和感染的物质基础。因为病毒缺少增殖所须要的酶系统,只能在活的寄主细胞内增殖(自我复制)。

绝大部份病毒增殖的第一步是吸附细胞,它是决定感染成功与否的关键环节。以后病毒通过细胞内吞、膜融合等方法入侵寄主细胞。

入侵寄主细胞后,病毒感染性核苷酸从衣壳内释放下来,它利用寄主细胞提供的原料、能量和场所合成核苷酸和蛋白质,期间所需的多数酶也来自寄主细胞。

病毒的结构成分与蛋白质分别合成后,在细胞核内或细胞质内组装成核衣壳。无包膜病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒体,当它释放时,被感染的细胞崩解,释放出病毒颗粒,寄主细胞膜破坏,细胞迅即死亡。

从单个病毒吸附开始至所有病毒释放,此过程称为感染周期或复制周期,一个感染细胞通常释放的病毒数为100到1000个。

但是,病毒的基因组在其增殖过程中不是一成不变的,而是时时刻刻都手动地发生突变。

这就可以解释为何过去感染过登革热的人即使体内早已形成了抗原,但对新型病毒变异株却一直没有免疫力,以及鼠疫大流行为何会时常反复的出现。

这都是由于麻疹病毒的抗体性会由于核苷酸的复制、装配等各类诱因而发生变化,有了这种变化,麻疹病毒就可以有效逃避寄主的免疫清理。

人类与病毒的「战争」

6世纪的查士丁尼瘟疫,源自一种致命的流感弧菌,广泛流行于野生啃齿鸟类间。它起源于希腊的西奈半岛,依靠人类贸易和迁徙,殃及到西欧所有国家,剿灭了当时世界17%的人口。

在14世纪,同样是疟疾,它沿丝绸之路,从欧洲中部一路向北,风靡整个亚洲,仅法国就死亡2500千人,这就是历史上知名的黑死病。

而1918年爆发的大鼠疫横扫了世界,在全球范围内夺回了大概2000万到5000千人的生命。其中,20到40岁的青壮之士死亡率最高。又因正逢第一次世界大战,高度密集的同盟国和协约国部队在战壕中僵持,人员的频繁流动愈发推动了麻疹病毒的散播。

毋庸置疑,1918年大鼠疫为20世纪投下了一道长长的阴影。我们在防范另一个鼠疫袭来时,应当将此铭记于心。

提起2003年爆发的非典疫情,至今仍让我们心有余悸。非典,又称重症急性呼吸综合征(SARS),是一种由SARS冠状病毒(SARS-CoV)导致的急性呼吸道传染病毒,主要传播形式为近距离飞沫传播或接触式病人呼吸道分泌物,其死亡率接近11%。它从广州发起,经由旅游、商贸、移民迅速扩散到新加坡,然后扩散至马来西亚乃至全球。

SARS病毒颗粒的电子显微镜摄影图(来源wiki)

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当前的新型冠状病毒(COVID-19)与SARS同属于冠状病毒。冠状病毒因包膜上覆盖类似耀斑的棘突而得名。它广泛存在于动物体内,寄生寄主种类繁杂,除人类外,还有蝙蝠、骆驼等喂奶植物,在动物也存在,所以冠状病毒导致的癌症常常是人兽共得病。由于其主要功击和损害人或植物的粘膜,所以主要导致呼吸道、消化道癌症。

新型冠状病毒主要通过飞沫和接触传播,最新研究也否认了气溶胶传播,但是潜伏期病人和无病症病毒携带者也具有传染性,它的传播力较强。截止2020年2月19日24时,全省诊断74284例,累计死亡人数2009人。但是,SARS在整个发病期间全省一共出现临床确诊病例5327例,死亡349例。

基本病例传染数(basiccasereproductionnumber,R0)是拿来评估病原传播力的重要指标,SARS的R0在2.0~3.5之间变化,干预后降至0.4。多个科研团队对COVID-19的R0预市值基本介于3.8~4.7。由此可见,COVID-19的传播能力与SARS相当或则略高。

新冠病毒

从2019年末,新型冠状病毒顺着春运大流迅速扩充至全省,也快速殃及全球20余个国家和地区,是否会大流行也会成为下一个问题。

迄今为止,科学家们发觉有成千上万种新病毒隐藏在数十种植物的组织中。除据悉,科学家们还在青藏高原冰核样本中发觉了古老病毒存在的证据,其中有28种是新病毒。而随着全球变暖,世界各地的冰川正在缩小,将可能释放出被冰封了数万乃至数十万年的微生物和病毒。

面对这一情况,我们不得不未雨绸缪,一直与病毒处于「战争」状态,不断地发觉,不断地探求。

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参考:

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