宠耀基因【特别关注】新冠病毒基因之旅

这一连串奇怪的字母组合是什么？

它是2019新型冠状病毒（2019-nCoV）病原体的基因序列片段。

目前，这个病毒让全中国甚至全球其他地区的人类遭受着健康危害，并造成了许多深远影响。

从一个大小仅有125纳米的冠状病毒，到一次精密的样本基因检测。这一趟旅途，并不简单。

01

起源

病毒存在地球上已经超过了34亿年。从深海到陆地，基本分布在地球上的每一个角落。形态类似王冠的冠状病毒是其中一类病毒，在自然界广泛存在。目前为止，科研人员认为它仅感染脊椎动物，并可引起人和动物的呼吸道、消化道及神经系统的相关疾病。

谈到本次疫情的传染源，所有的目光都聚焦在了野生动物「蝙蝠」上。

在研究人员获得首个2019-nCoV序列，并与已知的冠状病毒的家族系谱图进行对比后发现：它与蝙蝠的亲缘关系最密切。中科院研究小组于1月23日在bioRxiv上报道，2019-nCoV病毒序列有96.2%类似蝙蝠病毒，有79.5%相似导致SARS的冠状病毒。

其实，蝙蝠身体中可携带超过100多种病毒，是真正的高致病性病毒“蓄水池”。之前人类所经历的SARS病毒、埃博拉病毒、尼帕病毒、亨德拉病毒、MERS病毒等都是最早在蝙蝠体内发现的。

可以长期携带病毒并与病毒和平相处的自然宿主「蝙蝠」等动物，似乎与人类很遥远，通常也不会感染人类。

那么一个物种是如何感染另一个物种的呢？

或许是两个物种的相关接触，如人类接触、食用野生动物；或许是一些小概率的事件发生，如病毒自身基因的变异；或许还有更多需要专业生物学深入研究的各种可能性。

02

传播

一个物种将自身体内的病毒成功感染至另一个物种，这种跨物种感染，也叫病毒宿主转移。

作为一种感染几乎所有生命形式的有机寄生物，病毒宿主转移可能产生致命的流行疾病。以本次新冠病毒感染人类为例，病毒为了生存和繁殖，必须经历三个阶段：与易感宿主接触、感染和复制，以及传递给更多人。

与SARS相似的是，新型冠状病毒的受体为血管紧张转化酶2。这意味着，病毒想要感染人类，首先得接触到有这种酶的细胞来完成受体结合。

而我们人类，恰好就有这种细胞暴露在空气中，也就是粘膜细胞，我们的嘴唇、眼皮、鼻腔、口腔中都有大量的粘膜细胞。当病毒接触到我们的粘膜上的细胞并与受体结合，可能感染就开始了。

成功接触粘膜后，病毒便有了新的任务：在病毒被人体的免疫反应捕获并消灭前，它必须成功感染宿主。要完成这项任务，病毒进化出与宿主物种的特定互动。

首先，冠状病毒覆盖着蛋白质，可以与黏膜细胞上的匹配受体结合，进入细胞释放病毒的遗传物质。病毒会采用其他适应措施来劫持宿主细胞的分裂机制，并复制自己的基因物质。

详细地来说，病毒的释放的遗传物质为一条单链RNA，这种RNA可以直接作为信使RNA，骗过细胞里的核糖体，合成RNA复制酶。它会根据病毒的RNA生成RNA负链，这条负链会继续和复制酶生成更多病毒的RNA片段和RNA正链。这些不同的RNA片段又会和核糖体生成不同的病毒蛋白质结构。最后这些蛋白外壳会和RNA组合生成新的冠状病毒颗粒，通过高尔基体分泌到细胞外，感染新的细胞。

病毒通过压制或躲避我们的免疫系统，一直繁殖到足够多的水平来感染更多的细胞。每个被感染的细胞都会产生成千上万的新病毒颗粒。蔓延到气管、支气管、最终到达肺泡，引发肺炎。

03

扩散

在第一个新宿主被成功感染后，新冠病毒的扩散就开始了。

患者唾液腺分泌的唾液会混合着来自咽喉等部位的呼吸道分泌物，让包裹着新冠病毒的唾液随着喷嚏和咳嗽等方式传播到空气中，接触其他人的粘膜，并传递给下一个受害者。下一个受害者可能是另一个人类，或者是其他物种（新宿主）。

然而，简单一个喷嚏，使新冠病毒可以与宠物、植物甚至你的食物接触。当病毒不断遇到新物种并试图感染它们时，为什么通常都以失败告终呢？

这里我们先讨论三个问题：

01 新冠病毒能否通过犬猫在人类之间或在犬猫之间进行传播？

目前来看，我们暂时不必担心新冠病毒会传染给猫狗，也不必担心猫狗可能携带的冠状病毒传给我们。

研究显示，冠状病毒有 50 多种，4个属。犬猫有自己的冠状病毒种类，尚未发现宠物到人类的传播或者从人传播给宠物当案例。

犬猫常见的冠状病毒中，猫冠状病毒（FCoV）会引起猫轻度肠炎，其变种会引起严重的猫传染性腹膜炎（同一病毒的其他变体）；狗也有两种冠状病毒，犬冠状病毒（CCoV），一种引起肠炎，另一种同样引起呼吸系统疾病。

02 新冠病毒宿主转移传播成功，到底难不难?

冠状病毒广泛侵袭哺乳动物和鸟类，大多数情况下，因物种间的基因屏障，也就是说两个宿主间的遗传基因差异太大，病毒是难以进行跨物种传播的。

但当环境中可传播的病毒数量达到一定数值，并有可能接触到各种新的宿主时，对于病毒来说，情况可能会发生微妙的变化。

比如，一次幸运的基因突变。

在遇到新的宿主前，病毒以数百万级迅速繁殖，同时也在快速发生随机突变（特别是不稳定的单链RNA病毒），大多数突变都没有效果，甚至证明对病毒自身是有害的。

但其中极小部分的基因变异，就可使病毒更容易感染新物种。这种基因突变的几率，会随着基因相似性的接近或时间的推移而增加。所以说，对于适应了一种哺乳动物宿主的病毒，感染人类可能只需一些幸运的突变。

迄今为止，出了三次例外。而现在，我们正处于第三次例外事件中。目前能感染人类的冠状病毒有7种，常见的4种普通人类冠状病毒，引发普通感冒。它们是229E（α冠状病毒）、NL63（α冠状病毒）、OC43（β冠状病毒）、HKU1（β冠状病毒）。

另外3种可以引发严重疾病的人类冠状病毒：

1、SARS-CoV，2002~2003年导致严重急性呼吸系统综合症或SARS的β冠状病毒。

2、MERS-CoV，2012年~至今 引起中东呼吸综合症或MERS的β冠状病毒。

3、2019-nCoV，2019新型冠状病毒，正在中国及全球蔓延。

03 新冠病毒是如何用多种方式在人群之间传播的？

我们可以简单的把人与人之间的传播方式分为两种：密切接触与间接接触。

什么样是密切接触呢？比如新冠病毒患者与路人距离比较靠近，他可能打了一个喷嚏、咳嗽了一次或者与路人面对面讲话。

一次喷嚏可以喷出1万粒以上的飞沫，传播距离远至8米；

一次咳嗽可以咳出1-2千粒的飞沫，传播距离远至6米；

平静地开口讲话，一分钟内可产生约5百粒飞沫。

在不经意间，空间中携带着冠状病毒的飞沫接触到了路人眼部、鼻腔、呼吸道的黏膜细胞，病毒完成了一次新的扩散。

什么样是间接接触呢？在一个空间中通过口腔、鼻腔散播出去的携带着冠状病毒的飞沫，降落或吸附到了一些衣服、门把手、按钮等各种材质物体的表面，在适宜的环境下可保持处于长达5天的存活期。

路人通过手部的触摸及揉眼等方式，同样地使病毒接触到路人的粘膜细胞，病毒同样完成了一次新的扩散。

提示：为了我们与家人及宠物的健康安全，请务必做好卫生防护工作。尽量减少出门，出门带好口罩，勤洗手，勤消毒，室内常通风，不去人多密集的场所。

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04

对策

病毒学家一直在寻找可能令传染病类的病毒更易产生宿主转移的基因突变，因病毒种类繁多，对于人类来说是一项重大挑战。

全球的生物研究人员正在不知疲倦地研究这些病原体生物学，并通过检测人群来快速应对新的病情爆发。面对传染病疫情，所有人类在努力地开发新疫苗、寻找治疗药物、研究新药物及严格的控制措施来阻止这些致命的疾病。

1月24日，浙江省疾控中心新型冠状病毒检测团队成功分离到了新型冠状病毒毒株。这为新冠病毒疫苗研制、抗病服药物的筛选以及快速检测试剂盒的研发点亮了第一座灯塔。

疫苗研究与新药研发：面对疫情对蔓延，全球顶尖研究人员正全力研发新型冠状病毒肺炎疫苗及治疗药物。在分离病毒后，筛选种子毒株、进入研发、临床试验、批量生产，虽然存在着一定的困难，但我们相信新疫苗及新药物很快就可以投入临床使用。

病毒检测试剂盒：目前较主流的病毒检测试剂盒原理是一个集成核酸提取、反转录、qPCR三个主要过程的试剂和装置集合。通过获得新冠病毒的基因组序列，通过与其他已知冠状病毒进行比对，我们能够获得序列一致的区域（保守区）和不一样的区域（高变区），那么后者就相当于新冠病毒的一个基因“身份证”。

根据病毒的基因“身份证”，也就是这一段序列设计出引物，就能够特异性的扩增出一个片段，从而可以根据荧光强度或者电泳条带来判断是否存在相应的核酸序列，也就证明了病毒的存在。面对疫情，我国新冠病毒检测试剂盒日供应量可达20万人份，在60分钟内即可获得检测结果。从新冠病毒，到基因检测，我们通过解码基因，病毒无处可“躲”。

我们向坚守奋斗在疫情前线的所有工作人员致敬！

我们向为生命守护健康与带来温暖的所有人致敬！

我们相信：没有一个冬天不会过去，没有一个春天不会到来！