曾祸害30多个国家,冠状病毒究竟是什么,它们都来自蝙蝠吗?

前言: 

病毒世界共有两大王国——RNA病毒王国和DNA病毒王国,它们在生命诞生之初就已经存在,它们不能独自存活,必须要找到领地——宿主细胞才能存活。DNA病毒为了延续种群,它们的策略很保守,一般不会更换领地,往往只侵扰特定的细胞或潜伏起来躲避免疫系统的巡视。作少量的复制而且能够校正基因编码来保持稳定。DNA病毒王国最有名的家族就是天花,如今在人类早已把它们打败,天花一族也因此凋敝。

而RNA病毒却不一样,RNA病毒十分活跃,它们具备快速转移的能力,喜欢侵略它人领土,在侵略了它人领土之后,可以很快适应。它们的繁衍能力很强,在复制的时候出了错也不纠正,只是加快复制在数量上取胜,所以一个细胞上可繁衍出多达10000个病毒颗粒。正因为繁衍速度特别快,因此基因突变率非常高,最后产生出形形色色的变种,不过它们的实力大多并不强大,很容易被消灭。RNA病毒中出现了许多穷凶极恶的坏蛋,其中冠状病毒家族就是强大的一支。

DNA病毒和RNA病毒的基本结构

什么是冠状病毒

1937年,博德特和哈德森从小鸡体内第一次分离到了冠状病毒。而这时,人们对它的了解还停留在动物的身上,绝不会想到,这穷凶极恶的坏蛋有一天会成为人类的宿敌。

直到1956年的时候,Pelon等科学家通过组织培养等方法从呼吸道感染患者的标本中分离获得鼻病毒,从而证实了感冒的病毒来源。但是,科学家也发现仍有50%以上的感冒患者不是因鼻病毒感染所引起,很有可能还存在着一种当时还无法检测、也无法证实的病原。

鼻病毒

1961年,肯德尔等对一些不明病因的感冒患者进行了研究,他们将这些患者的鼻腔冲洗液接种到细胞中培养,结果一无所获。由于当时的技术条件所限,他们只好将标本保存在一70℃的冰箱内。

1965年,泰理尔和拜诺重新取出肯德尔冻存标本进行复查。他们先将标本接种到细胞内培养,但未成功;又接种到鸡胚中,再次失败。最后,他们用这些标本进行人体试验,在感染的人体细胞内发现了一种不耐乙醚的病毒。试验继续进行,他们将这种病毒接种在人胚气管纤毛细胞中进行培养,又经多次人体试验和干扰试验,终于将病毒分离成功。当时,这种病毒被命名为B814。

1967年,阿尔梅达等用电子显微镜观察到了这些新病毒,确定了这种病毒作为普通感冒的病因。同时发现这些病毒是一种有包膜的RNA病毒,在电子显微镜下,这类病毒颗粒的表面有许多规则排列的突起,呈不规则的圆形或类圆形,平均直径100nm,整个病毒颗粒就像一顶中世纪欧洲帝王的皇冠。1968年,这类病毒被定名为Coron—avirus,中文译为冠状病毒。

冠状病毒基本结构

在接下来的很长一段时间,人类发现的人冠状病毒就只有两种,都是在60年代发现的,一个被称做“HCoV-229E”,另一个叫“HCoV-OC43”。

通过这两种冠状病毒,人类发现,这类病毒狡猾、多变(易变异)。但是却又十分脆弱,很多化学物如丙内酯、甲醛、乙醇、过氧化氢等都可以很轻松地将其杀死。所以大家并没有将它放在心里。

人们第一次见识到了冠状病毒的威力,还是在2003年的非典事件,一时间传播到了32个国家和地区,当时,人们都没有想到非典的罪魁祸首会是人类一直以为都很温驯的冠状病毒,而是将锅扔给了衣原体,衣原体是一组极小的,非运动性的,专在细胞内生长的微生物。

镜下衣原体

当时作为中国疾病预防控制中心病毒预防控制所的首席专家,洪涛于2003年2月7日投入非典型肺炎病毒的研究工作。很快,他首次通过电子显微镜在广东送来的标本中观察到,病人肺组织中存有大量衣原体。这为最初的非典防治工作造成了极大的困扰。

直到钟南山提出非典并非是衣原体造成,4月16日,世界卫生组织宣布,经过全球科研人员的通力合作,正式确认冠状病毒的一个变种为引起非典型肺炎的病原体。由此,非典改称SARS。

SARS病毒

非典在全球30多个国家蔓延,冠状病毒在得逞之后,又继续衍生出来了新的类型,分别是HCoV-NL63和HCoV-HKU1。

HCoV-NL63它的威力比较小。感染有季节性,主要在冬春季,会加重哮喘患者的症状,与喉气管炎和川崎病有关。而HCoV-HKU1发病高峰则在晚秋、冬季发病率低,感染患儿惊厥、热性癫痫的发生率相对较高。

可能是嫌弃这两者的威力太小,2012年,冠状病毒又放出了一员大将,那就是HCoV-EMC,也就是我们熟悉的中东呼吸综合征。

截止2015年5月25日,据世界卫生组织(WHO)公布数据显示,全球累计实验室确诊的感染MERS-CoV病例(简称MERS)共1139例,其中431例死亡(病死率37.8%)。这些病例来自24个国家和地区。

中东呼吸综合征让我们又一次见识到了冠状病毒的邪恶,这也让科学家进一步深入地窥探冠状病毒的真实面目。

科学家发现,在自然界中,冠状病毒广泛存在于动物体内,必须依赖宿主细胞才能繁衍。冠状病毒的宿主丰富多样,除人类以外,还可感染猪、牛、猫、犬、貂、骆驼、蝙蝠、老鼠、刺猬等多种哺乳动物以及多种鸟类。

科学家将这些发现的冠状病毒科共分为四个属:α、β、γ、δ,α属冠状病毒包括人冠状病毒229E、长翼蝠冠状病毒、猪流行性腹泻病毒等11种。β属冠状病毒包括鼠肝炎病毒、果蝠冠状病毒HKU9、严重急性呼吸综合征(也就是我们说的非典,SARS)相关病毒等9种。γ属冠状病毒包含禽冠状病毒和白鲸冠状病毒SW1两个种。δ属冠状病毒包含猪δ冠状病毒。

冠状病毒系统发生树(图片来源于中国疾控中心)

而能感染人的共有6种,分别是之前发现的冠状病毒229E、人冠状病毒OC43、人冠状病毒NL63和人冠状病毒HKU1。而威力最猛的就是我们熟悉的中东呼吸综合征和SARS。

如今,冠状病毒又添一员大将,那就是武汉新型冠状病毒-nCoV-2019。本次新型冠状病毒与2003年引发非典型肺炎的SARS-CoV同属β属,加上中东呼吸综合征,引起重大危害的三类冠状病毒天然寄主都是来自于蝙蝠,那么武汉新型冠状病毒究竟是如何从蝙蝠身上传染到人的身上呢?

武汉新型冠状病毒电镜照片

如何从蝙蝠身上传染到人身上

依托中国科学院北京基因组研究所而建的中国国家基因组科学数据中心正式发布2019新型冠状病毒资源库。

经数据分析,2019新型冠状病毒与2003年爆发的SARS病毒基因组序列相似度为80%,与2017年2月从中国国内的蝙蝠中采集到的相关基因组序列相似性最高,相似度为88%。

已有的流行病学证据和生物信息学分析显示,野生动物市场上的果子狸是SARS冠状病毒的直接来源。虽然在世界各地包括非洲、欧洲和中国的蝙蝠体内均发现与SARS病毒相似的SARS样冠状病毒,但这些病毒均不能利用人和果子狸的ACE2(即人SARS病毒受体)作为受体,不是SARS病毒的近亲。

最终科学家查明SARS病毒的天然寄主是中华菊头蝠。

蝙蝠身上虽然携带了千种病毒,但是很难直接感染人类,必然要通过中间宿主进行传播。

许多生物的栖息地和蝙蝠是重叠的,当该地区的生物接触过蝙蝠,以及蝙蝠的粪便时,很有可能染病。这就是我们说的中间宿主,它们代替蝙蝠将病毒传播到人类之中,SARS的中间宿主是果子狸,而中东呼吸综合征的中间宿主则是骆驼。

SARS和MERS的起源与传播示意图

而此次武汉新型冠状病毒的天然寄主基本确定为蝙蝠,因为武汉新型冠状病毒nCoV-2019与一种蝙蝠的冠状病毒的序列一致性高达96%,而目前中间宿主未知。

但可以肯定的是,人类乱吃滥杀野生动物,从而给了病毒蔓延生长的环境。

那么病毒具体是怎么样传播到人体身上的呢?中间宿主身上的新型冠状病毒中有一个刺突蛋白S-蛋白,能和人的呼吸道上皮细胞以及肺组织的血管紧张素转化酶2(ACE2)结合,病毒可由此进入细胞复制增殖。通过呼吸道传播和接触,进而出现人传人现象。

已确定的新型冠状病毒传播途径有三种:包括患者喷嚏、咳嗽、飞沫、呼气近距离吸入等直接传播;飞沫混合在空气中形成的气溶胶传播;以及飞沫沉积在物品表面,通过手进入口、鼻、眼的接触传播。

目前还不确定的是是否会出现“粪-口传播”途径,近日深圳市第三人民医院还透露,该院肝病研究所研究发现,在某些新型冠状病毒感染的肺炎确诊患者的粪便中检测出2019-nCoV核酸(新型冠状病毒)阳性,很有可能提示粪便中有活病毒存在。

所谓“粪-口传播”途径是传染病传播方式的一种,也叫做经消化道传播。并不意味着“吃屎”或者与排泄物直接接触。一些传染性疾病的病原体能够在大便之中存活,所以可以通过消化道排出的粪便进行传播,如果这些带病原体的大便污染了手或者食物,那么就会病从口入,导致传染给其他人。

有医疗人士公开表示:“没有人要吃屎,但是粪-口传播是实实在在的存在。比如,一个人便后不洗手,乘公交逛超市,扶手和推车都被污染,别人再握扶手推车,如果也不洗手,就会中招!痢疾、肠炎都可以这么感染。”

在非典时期,“粪-口传播”途径曾引发大规模感染。最著名的就是淘大花园事件,有超过300人感染,其中42人死亡,占香港报告的死亡人数的近20%。

为什么不直接从蝙蝠身上提取病毒,制造疫苗

我们刚刚说了,RNA病毒是一个很狡猾的家伙,它每次更换领地,都会改换样貌。这就是我们说的病毒的特异性。

当病毒进入活细胞后便发挥其生物活性。由于病毒缺少完整的酶系统,不具有合成自身成份的原料和能量,也没有核糖体,因此决定了它的专性寄生性(指寄生物一旦离开宿主生物就不能继续生存的现象),必须侵入易感的宿主细胞,依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量复制病毒的核酸,借助宿主细胞的核糖体翻译病毒的蛋白质。病毒这种增殖的方式叫做“复制(Replication)”。

病毒复制的过程分为吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配释放五个步骤,又称复制周期(Replication cycle)。

尤其是病毒在吸附过程中,病毒附着于敏感细胞的表面,它是感染的起始期。细胞与病毒相互作用最初是偶然碰撞和静电作用,这是可逆的联结。随后的特异性吸附是非常重要的,根据这一点可确定许多病毒的宿主范围,不吸附就不能引起感染。这是造成病毒高度特异性最关键的步骤。

蝙蝠作为病毒的天然寄主,当传播到人身上的时候,病毒颗粒对敏感细胞的吸附就已经造成了病毒的变化。

以脊髓灰质炎病毒为例,它的细胞表面受体是免疫球蛋白超家族,在非灵长类细胞上没有发现此受体,而猴肾细胞、Hela细胞和人二倍体纤维母细胞上有它的受体,故脊髓来质炎病毒能感染人体鼻、咽、肠和脊髓前角细胞,引起脊髓灰质炎(小儿麻痹)。

脊髓灰质炎病毒

所以当病毒通过蝙蝠再到中间宿主再到人类就已经发生了改变,从蝙蝠身上提取的病毒已经没有任何效果了。

科学家最为担心的问题之一,就是此次的冠状病毒发生变异,我们最开头就说了RNA病毒非常容易变异,而冠状病毒基因组为一条完整的单股正链RNA,长约30Kb,是RNA病毒中最长的RNA核酸链。冠状病毒基因组大而复杂,其转录过程也较为复杂,因此容易出现新的或再现的冠状病毒株。

病毒样本检测

目前,李兰娟院士透漏,在传染病诊治国家重点实验室P3已分离到8株病毒,其中有几株非常适合做疫苗,正在紧锣密鼓地开展工作。

希望,武汉新型病毒这头凶兽可以尽快被制服!

呼吁

大多数的RNA病毒都寄宿在野生动物身上,相比于人类,野生动物是众多病毒的理想寄主,而人类在捕杀野生动物之后,大量野生动物囤积,再加上市场的环境状况,给了病毒滋生发育蔓延以及仅供人类的机会。

像最早的欧洲黑死病,夺走了2500万欧洲人的性命,占当时欧洲总人口的1/3,而病毒就是通过黑鼠传播到人类。狐蝠科的果蝠——狐属下的特别物种,是尼帕病毒的天然宿主,它导致了蔓延东南亚的尼帕病毒,最穷凶极恶的埃博拉病毒同样来自于蝙蝠。

它们并非是蝙蝠是直接传播,肯定存在中间宿主,而将中间宿主身上的病毒蔓延到人类的,就是人类本身。

人类要学会克制自己的欲念,善待生命,这不是为了保护自然,而是保护人类自己。