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流浪犬帶來穿山甲的保育新威脅:犬隻攻擊之外,還會傳染犬小病毒?

活躍星系核_96
・2020/01/13 ・1940字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

  • 作者  李文達|國內少數通過我國病理專科考試認證 (病專字0035號)、也是非常少數以野生動物和特殊寵物病理為志向的病理專科獸醫師。
全身覆蓋一層鱗甲的穿山甲。source:由詹德川(台北市立動物園)拍攝,獲得同意後使用。

有鱗甲保護自己,卻無法逃過人類獵捕

穿山甲是全世界唯二有鱗甲覆蓋全身的哺乳類動物 (另一個是遠房親戚「犰狳」)。遇到危險時,穿山甲會蜷縮成一顆圓球,利用體表覆蓋的鱗甲來保護自己。然而,這個方法雖能躲避其他動物的追擊,卻始終無法逃過人類的捕獵。過去華人的傳統迷信,認為其鱗甲可製成中藥並具活血消炎等功效,所以穿山甲曾被大量獵殺。

根據國際野生物貿易調查委員會(Trade Record Analysis of Flora and Fauna in Commerce, TRAFFIC)的統計資料,過去 10 年粗估就有 100 萬隻穿山甲遭到獵殺;目前穿山甲的族群數量已被國際自然保育聯盟列為「極危」的等級。也就是說,如果我們不更加積極地進行相關保育行動,未來穿山甲很可能就會在野外滅絕,只能在動物園或書本、影片中看到。

近 30 年因為野生動物保育法、執法單位和全民的努力,阻止了穿山甲盜獵,讓穿山甲族群數量穩定下來,創造了一個新的台灣奇蹟。

進入救傷中心的穿山甲,很多都有斷肢的情形。source:由賴巧姈(臺北市立動物園)拍攝,獲得同意後使用。

穿山甲面臨的威脅:流浪犬攻擊

然而,近年來受到流浪犬的攻擊而受傷、死亡的穿山甲越來越多,形成一項新的威脅。根據過去的紀錄,不少穿山甲在送醫急救時,都有斷肢和斷尾的情形。這顯示出,穿山甲的鱗片雖能夠保護身體,卻不能夠抵禦流浪犬的利齒啃食其四肢和尾巴。這些受到攻擊的穿山甲就算熬過斷肢、斷尾之痛,之後也可能因為傷口感染而死亡。斷肢、傷口都是非常明顯的證據,證明流浪犬會攻擊穿山甲,也顯示出流浪犬和穿山甲的棲息地是重疊的。也就是說,流浪犬和穿山甲彼此會在同一個區域活動、玩樂、吃飯和大小便等等。

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來自犬隻的傳染病,會感染穿山甲嗎?

這也讓我們非常好奇,是否有傳染病會在流浪犬和穿山甲之間傳播?

在 2019 年時,由台北市立動物園、行政院農委會淡水家畜衛生試驗所和美國加州魚頭實驗室所組成的研究團隊,發現全球第一個「穿山甲因感染犬小病毒而死亡」的案例,證實部分犬隻傳染病確實可以感染穿山甲。

犬小病毒會對犬隻造成著名的犬小病毒腸炎,這對尚未施打疫苗的幼犬尤其嚴重,受到感染後往往都會喪命。

穿透式電子顯微鏡下,以負染色法觀察犬小病毒,其病毒顆粒大小約 18 nm。source:由吳介豪(行政院農委會淡水家畜衛生試驗所)拍攝,獲得同意後使用。

雖然穿山甲的犬小病毒很可能由流浪犬傳染而來,看起來像是穿山甲被流浪犬所害。但在過去,犬小病毒曾有突變進化而使原本有效的疫苗無效化的案例。這讓我們不免開始擔心犬小病毒會在穿山甲族群中再進化,變成對犬隻有更強致病力的超級犬小病毒。具體而言,可能會有兩種情況:

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  1. 超級犬小病毒經由穿山甲傳染給其他野生食肉目動物 (如石虎)、流浪犬,甚至是家中飼養的狗狗,造成相當嚴重的疫情。
  2. 目前商品化的犬隻傳染病疫苗 (如八合一、十合一)無法有效預防穿山甲帶來的超級犬小病毒。

目前為止,超級犬小病毒仍處於推論階段,還需要更多的研究資料進行分析、評估。我們的研究團隊將持續收集相關樣本,期望可以更加了解穿山甲感染犬小病毒甚至突變進化的狀況。這些資訊能有利於我們評估疾病爆發的風險和可能性,並提前制定犬小病毒的控制/預防策略。

本篇所提及之穿山甲案例已發表於國際獸醫學頂級期刊《Transboundary and Emerging Diseases》上,若有任何疑問或諮詢合作,都可連絡通訊作者李文達博士(E-mail: heerolee1104@gmail.com

相關研究團隊包含:

  • 台北市立動物園及主要參與人員陳亭余醫師、吳立信醫師、王馨翎助理研究員、曹先紹副研究員、金仕謙園長

  • 淡水家畜衛生試驗所及主要參與人員李敏旭研究員、涂央昌助理研究員、吳介豪助理研究員

  • 美國加州魚頭實驗室 (Fishhead Labs, LLC)及主要參與人員李文達博士後研究員/病理專科獸醫師

參考資料

  1. Wang S-L, Tu Y-C, Lee M-S, et al. Fatal Canine Parvovirus-2 (CPV-2) Infection in a Rescued Free-ranging Taiwanese Pangolin (Manis pentadactyla pentadactyla). Transbound Emerg Dis. https://doi.org/10.1111/tbed.13469 [Epub ahead of print]
  • 本文作者李文達在 2011 年開始協助中華鯨豚協會進行擱淺鯨豚的救援和疾病調查。近幾年除了鯨豚汙染物 (奈米銀)的研究成果之外,也有不少野生動物和特殊寵物的病理相關發表。目前在美國加州魚頭實驗室的病理診斷部門擔任博士後研究和病理獸醫師。
    主要的研究興趣是環境病理學,這門學科是以病理學來探索野生動物的疾病,從而了解環境中所存在的傳染病和汙染物,並進一步評估有哪些傳染病和汙染物會威脅我們重視的對象,不管是人類或寵物等等。
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至今傳染SARS-CoV-2威脅都來自人類,動物只需稍微注意
寒波_96
・2020/03/11 ・2323字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

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「自己會感染」和「會傳染給別人」是不同的。動物有機會感染這件事,大家必須提高警覺,但是千萬不要棄養寵物、殺害動物,這方面恐懼比病毒的傷殺力更大。與其擔心動物,人類絕對是更需要小心的傳染源。

怕.jpg。圖/Junk DNA

去年底開始源自武漢的傳染病 COVID-19 已經感染超過 9 萬人,蔓延到世界許多地方,病毒被命名為 SARS-CoV-2,意思是類似 SARS 的第二種冠狀病毒,本文之後稱之為「 SARS二世」。這種病毒來自某種未知的動物,能感染人類以外,也有人擔心貓、狗等寵物,以及其他動物是否會被感染

  • 在討論是否會感染以前,有一點概念非常重要:「自己會感染」和「會傳染給別人」是不同的。一種動物即使會被感染,也不一定會再傳染給其他動物。
  • 另一點重要的概念是:感染後不一定有症狀。與人類的狀況一樣,這又有兩種可能:第一,一直都沒有出現症狀;第二,確診的當下沒有,但是一段時間後產生症狀。

假如一種動物會感染,卻不會有症狀,那麼這種病原體對動物本身多半沒什麼影響。但是此一動物有機會成為所謂的保毒宿主(reservoir),也就是本身帶有病原,又有機會傳染給其他動物,像是感染狂犬病病毒的大部分鼬獾。

對人類而言, SARS二世是一種非常新的病毒,它從何而來、會感染哪些動物、被感染的動物是否會繼續傳染等等問題,至今所知相當有限。根據已知情報,目前仍不需要特別擔心這方面的問題。

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要如何了解一種動物會不會感染病毒?最直接的證據是觀察到動物感染病毒,或是以活體測試。然而即使是比較常見的實驗動物,例如狗,要進行活體實驗也不容易(例如台灣儘管前幾年出現嚴重的狂犬病疫情,仍一直沒有以米格魯進行感染實驗),因此這部分的發現往往來自實際案例。

病毒入侵動物以後,必須進入細胞,所以用各種動物的細胞進行體外測試,也能了解病毒的感染能力。不過體外細胞實驗可以感染,未必等於活體也會感染。

更簡單,參考價值也更低的研究方法是紙上談兵,只要有病原體與動物的遺傳資訊,就能模擬病原與細胞受器的親和性,預測感染能力。此一方法非常普遍,但是結果僅供參考。

哪些動物會感染 SARS二世,目前研究不多。已經知道感染人類細胞的關鍵,在於病毒的「 S蛋白質」和細胞「 ACE2受器」之間的親和性。一項研究根據不同動物的遺傳序列預測,紅毛猩猩、猴子、鼬獾、豬、貓的細胞受器和病毒的親和性不錯,果子貍不太好,小鼠、大鼠都很差。

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藉由模擬親和性,推測動物感染病毒的可能性,圖為果子狸的模擬狀況。圖/ASM

另一項研究以 HeLa 細胞表現不同動物的受器,體外測試病毒的感染能力。結果中華菊頭蝠、果子貍、豬都能感染,小鼠不會。

由已知研究推論,SARS二世很可能可以感染蝙蝠和豬,果子貍也有機會,這些動物應該比較需要注意;而嚙齒目的小鼠與大鼠肯定不會。順帶一提,小鼠與大鼠也不會感染 SARS,導致這兩種常見的實驗動物無法用於研究冠狀病毒,相當可惜。

電腦程式預測,紅毛猩猩、猴子、鼬獾、貓這些動物的細胞與病毒的親和性不錯,似乎有可能感染,不過這只是紙上談兵。貓是一般人比較有機會接觸的動物,飼主們應該提高警覺,但是至今仍沒有更可靠的證據支持貓會感染,不需要過度緊張。

實際觀察方面,會感染穿山甲的冠狀病毒,儘管整體遺傳上和 SARS二世的差異較大,關鍵的 S蛋白質卻非常相似。然而,穿山甲瀕臨滅絕,相當稀有,一般人接觸的機率很低,應該不需要擔心。

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比起動物,人才是真正需要小心的傳染源(圖片為示意,非當事狗)。圖/wikipedia

至今討論最多的是狗。香港有一個案例,飼主感染後遭到隔離,狗在隔離的隔天與後天共 3 次測試中,都在口腔與鼻子的樣本偵測到病毒。若是以人類的標準,這隻狗 100% 算是確診,可是狗不是人。我個人看法是,其他的狗不知道,但是這隻狗應該有感染病毒。不過即使這隻狗遭到感染,至今沒有出現症狀,病毒數量也不多,或許類似人類的無症狀感染者。

複習一次,「自己會感染」和「會傳染給別人」是不同的。SARS二世與各種動物的關係,目前資訊嚴重不足,完全不足以做出可靠的推論。

對於動物有機會感染這件事,大家必須提高警覺,但是千萬不要棄養寵物、殺害動物。在這方面,恐懼比病毒的傷殺力更大。而且與其擔心動物,人類絕對是更需要小心的傳染源。

本文轉載自新公民議會〈動物雖會感染,人類仍是最可怕傳染源〉

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延伸閱讀

參考資料

  1. COVID-19 virus in a dog?
  2. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin
  3. Receptor recognition by novel coronavirus from Wuhan: An analysis based on decade-long structural studies of SARS. 
  4. COVID-19 virus in a dog: Update
  5. 香港首例寵物犬確診武漢肺炎 飼主為感染女富商

亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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國家公園與流浪貓狗(上):區分野小孩與毛小孩,是保育的開端
活躍星系核_96
・2020/02/28 ・2823字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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  • 文/盂燕汝

你知道什麼動物是野小孩、什麼動物是毛小孩嗎?牠們之間究竟有什麼區別,為什麼不能生活在一起呢?國家公園以保護野小孩為優先,算不算差別待遇?繼續看下去,你就會發現到處遊蕩的毛小孩造成的問題可沒這麼簡單!

台灣目前共設立九座國家公園和一座國家自然公園,國家公園成立的宗旨是保留生態環境或特殊的地質與人文景觀。國家公園雖然兼具休閒遊憩的功能,但是在實務上的經營管理中,野生動物的福祉仍然必須是最優先的考量,否則就和一般的休閒渡假區並無差異。但是,許多國家公園目前仍面臨難以克服的經營管理問題,其中犬貓的管理議題更是吵得沸沸揚揚。

在台灣生活的我們,不時能見到各種毛茸茸的身影在大街小巷穿梭,在陽明山國家公園、壽山國家自然公園或墾丁國家公園裡也都經常見到牠們的身影。

這些犬貓們,有著各式各樣的面貌:有些動作一瘸一拐、看起來瘦骨嶙峋;有些則精神飽滿、人見人愛;有些可能戴著項圈卻渾身跳蚤、臭氣沖天;有些可能揪眾成群占地為王,比地方的頭痛人物還難纏。

這些沒有牽繩、在外自由活動的流浪貓狗,就是所謂的自由犬貓遊蕩犬貓。牠們有些可能是有主人的,但因為飼主的疏忽或故意,牠們並不如大家印象中的毛小孩一樣,在家中受到良好的保護與照顧,要是牠們闖禍了、出事了,也很難找到飼主來承擔相關責任。

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成群活動的遊蕩犬隻。圖/台大空間生態實驗室提供

毛小孩 vs 野小孩

由於犬貓與人類社會共存已超過千年,如此漫長的歷史常讓人們誤以為犬貓本來就屬於台灣自然環境的一部分,如同台灣黑熊、石虎、山羌等野生動物一般。然而,回溯物種的發展歷史就會發現,犬貓與其他野生動物其實分屬不同類別:台灣黑熊、石虎、山羌等動物是在台灣島上自然演化出的原生物種,是生活於野外的野生動物,也就是所謂的野小孩;犬貓則是人類從其他地區引進台灣的外來種,也就是我們的毛小孩。

犬貓起源自距離台灣非常遙遠的地區:家犬馴化自廣布於北美與歐亞大陸的灰狼(Canis lupus),家貓則是由分布於歐洲、亞洲西部與非洲的斑貓(Felis silvestris)馴化而來。牠們被先民攜帶到台灣島上,由人類社會中逸出後在荒郊野外開枝散葉。

這些並非靠自己力量渡海來台的物種,稱為「外來種」。其他為台灣人熟知的外來種,像是斑腿樹蛙、吳郭魚、福壽螺、非洲大蝸牛等,也是經由人為引入,最後逸出到自然環境中,這些物種也面臨著和犬貓相似的處境。但不同的是,犬貓在人類社會中主要做為陪伴或守衛、工作用途,相較於其他家禽、家畜或其他外來種,毛茸茸又可愛無比的犬貓在人類社會扮演著重要的「同伴動物」角色。

身為馴化動物的犬貓相當適應人為環境,也只有在人為環境中,牠們才能享有健康正常的生活。相反的,台灣黑熊、石虎、山羌等野生動物完全不適合一般的圈養環境,牠們需要極大範圍的活動空間、豐富的食物來源,或甚至需要大量社交行為,才能發展成健康正常的個體。

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野小孩需要野外的天然環境,圖為野生幼年山羌。攝/曾威捷

因此,野生動物就應該讓牠們在野外自由生存,而毛小孩就該在人類的保護底下健康快樂的過活,毛小孩與野小孩之間的區隔,是不能被模糊的。

流浪貓狗安樂歸零,但問題難歸零

2017 年開始,台灣首次邁入零安樂的實施階段,收容所中的毛小孩不再需要面對 12 天無人收養就必須安樂死的處境。對愛惜生命的我們來說,無疑是台灣重視動保的一大躍進。

可惜的是,遊蕩犬貓的許多問題並沒有隨零安樂一併歸零。

無家可歸的毛小孩為了填飽肚子,四處尋找食物來源。在都市中不外乎是翻找垃圾、廚餘等;但在荒郊野外,就會發揮掠食者的天性,獵捕其他動物為食,對野生動物造成威脅。

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應避免野生動物與寵物間衝突發生。圖/作者

遊蕩犬貓不可忽視的威脅

在國家公園內,遊蕩犬貓確實對野生動物造成影響。在陽明山國家公園中,曾有三筆麝香貓疑似被野犬咬死的紀錄,竹雞與赤腹松鼠也皆有被攻擊的案例;壽山國家自然公園也有山羌受野犬攻擊致死的紀錄。野貓也會獵捕小型脊椎動物,曾有鳥類相關致死紀錄,而筆者也曾親眼在陽明山國家公園目睹野貓掠食澤蛙的過程。

除了野生動物,受遊蕩狗群騷擾傷害的人類也屢見不鮮。像是被攻擊到跌坐在地且全身是血的無助阿嬤,被追咬到摔車重傷的高中少年,被追逐而過度驚嚇並離世的國小女童等等,都是新聞報導上出現過的案例。

 

以下有實例畫面喔

 

野犬疑似攻擊花嘴鴨。攝/白欽源

 

野犬獵食保育類野生動物山羌。攝/曾威捷

另一方面,犬貓難免會產生排泄物,倘若無人管理而影響到社區的環境衛生,也會成為街坊鄰居的困擾。若是在野外,犬貓排泄物還可能傳染疾病給野生動物。目前已有研究證實,石虎會感染犬小病毒(Canine parvovirus),並在感染後增加被車輛撞擊致死的機率,而犬小病毒的傳染源正是家犬的糞便。曾經造成非洲塞倫蓋蒂國家公園獅子族群量減少三分之一的嚴重疾病——犬瘟熱(Canine distemper virus),也在台灣犬科野生動物中流行著,這也是令人憂心的危機。

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電子顯微鏡下的犬小病毒。圖/PhD Dre at English Wikipedia

遊蕩犬貓所帶來的問題龐雜,在愛護毛小孩的同時,我們不能忽略野生動物受到的威脅。想要減少野小孩與毛小孩的衝突,首先必須分清楚兩者之間的差異,才能進一步拆解問題。繼續看下篇〈國家公園與流浪貓狗(下):為野小孩留下不被毛小孩打擾的空間〉。

參考資料

本文亦刊登於臺灣國家公園生物多樣性資料庫

  • 責任編輯/竹蜻蜓
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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讓武漢肺炎席捲人類的關鍵變異有哪些?和穿山甲有關嗎?
寒波_96
・2020/02/23 ・5719字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 579 ・九年級

繼 SARS 和 MERS 之後,引發武漢肺炎(WHO 定名為 COVID-19),致死人數已經超過兩位前輩的第三種冠狀病毒,國際病毒研究社群日前命名為 SARS-CoV-2,突顯它類似 SARS 的特色,也就是「SARS二世」;為方便閱讀,接下來本文提及此病毒,亦以「SARS二世」稱呼。

SARS二世從何而來,為什麼能感染人類?最近分子演化學方面又有新的進展。1

相關分子演化分析可參考前文:

武漢肺炎(即 COVID-19)為一快速變化的議題。最早由 WHO 暫定名為 2019 novel coronavirus,簡稱 2019-nCoV,中文「2019新型冠狀病毒」,但使用上相當拗口。因此本系列前面文章提及此一疾病與其病原,內文均簡稱為「WARS」,將 SARS 的第一個字 Severe 替換為 Wuhan。

SARS二世其 S蛋白質的遺傳序列與立體結構。圖/取自 Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation

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本文內容豐富,先提示重點在此:

  • SARS二世至少有兩處關鍵的遺傳變異,使其能有效傳染人類,其中一個變異已知存在於自然界。
  • 沒有有力證據支持穿山甲為中間宿主。
  • SARS二世很適應人體,但是無法確定是在動物,或是人類體內完成適應過程。

影響感染能力的關鍵位置,不照牌理出牌?

絕大部分冠狀病毒都不會感染人類,至今只知道 7 種有這個能力。除了 SARS、MERS、以及 SARS二世外,還有另外 4 種:HKU1、NL63、OC43、229E,不過它們只會小打小鬧,疫情都沒有前三種嚴重。

這些病毒感染細胞時,spike 基因的產物「S蛋白質」非常關鍵。S蛋白質會和宿主細胞的 ACE2 受器(angiotensin converting enzyme 2 receptor)結合,兩者的親和度,深深影響病毒的感染對象以及能力。

SARS二世的 S蛋白質和親戚相比比較特殊。S蛋白質可分為 S1 和 S2 前後兩部分,S1 上頭有一段約 200 個胺基酸長的序列稱作 receptor binding domain,簡稱 RBD,會直接與受器互動,對病毒感染細胞相當重要。

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冠狀病毒的 S蛋白質在基因組上的相對位置,與不同品系間差異的對照比較。圖/取自 ref 1

之前研究發現,SARS 這段序列上頭有 6 個位置的影響較大,分別是(字母是胺基酸、數字是 S蛋白質上的位置)Y442、L472、N479、D480、T487、Y491;而對應到 SARS二世的這 6 個胺基酸則是 L455、F486、Q493、S494、N501、Y505。

可以看出,儘管 SARS一世與二世皆以人類為宿主,整個基因組的相似度為 79.5%,兩者 6 個關鍵位置中卻有 5 處不一樣。至今已知遺傳上最接近的冠狀病毒是取自雲南蝙蝠的 RaTG13,整個基因組有高達 96.2% 一樣;然而,兩者這 6 個胺基酸中仍有 5 處不一樣。

果子狸的 ACE2 受器和 SARS 病毒的 RBD,之間結構上的親和性。圖/取自 ref 2

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根據模型預測,除了智人以外,還有紅毛猩猩、猴子、鼬獾、豬、貓的 ACE2 受器與 SARS二世的親和性都不錯;與 SARS 的宿主果子貍卻沒那麼好,而不會感染 SARS 的小鼠、大鼠,其親和性都不佳。不過這只是電腦作業,不見得符合現實;SARS二世對動物的感染力究竟如何,仍需要實際做實驗才能證明。2

果子狸的 ACE2 受器和 SARS二世的 RBD,之間結構上的親和性模擬。圖/取自 ref 2

已經超過 7 萬人受到感染,這件事實告訴我們:它感染智人細胞的能力非常好。但是很有意思,根據人類對結構化學的理解,SARS二世關鍵位置上的某些變異,其實並非最佳選擇。也就是說,假如根據智人現有的理論認知去設計病毒,應該不會製造出這支病毒,因為理論上這些變異並不理想。

顯而易見,沒學過分子生物學、病毒學、結構化學、生物化學等智人學問的冠狀病毒:

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在感染智人的演化適應之路上,沒有按照智人已知的牌理出牌,而闖出了一條自己的路。

武漢肺炎的傳播,和穿山甲有關嗎?

然而,SARS二世的 S蛋白質上特殊的 RBD,事實上並非獨一無二,2 篇尚未正式發表的論文報告,在取自穿山甲的樣本中也見到它,這又是怎麼回事!?

穿山甲!圖/取自 Bart Wursten

疫情爆發以來,研究冠狀病毒成為最熱門的顯學。一群科學家以鍵盤辦案,從過去發表過的資料庫中尋找冠狀病毒的蹤影,結果在 2019 年發表論文的一項資料庫,取自走私到廣東的 2 個穿山甲樣本中(可能原產於東南亞),偵測到類似的目標。3, 4

將定序片段拼裝起來得到的「穿山甲冠狀病毒」,整個基因組與 SARS二世的相似度為 90.5%;但是光看 S蛋白質的 RBD 上,第 435 到 510 共 75 個胺基酸長,最關乎親和性的 receptor binding motif(簡稱 RBM)部分卻有高達 98% 的胺基酸相似度(以及 89% 的核苷酸相似度)。更重要的是,上述提到的 6 個關鍵位置,穿山甲冠狀病毒竟然與 SARS二世完全一致!

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差不多同時問世,另一尚未正式發表的論文,則是從 2017 到 2018 年查獲,冰在冷凍庫的穿山甲,總共 9 個樣本中偵測到冠狀病毒,而且順利取得活的病毒(活病毒這部分研究尚未發表)。這批病毒與 SARS二世的整體相似性介於 85.5 到 92.4%,RBD 卻有高達 97.4% 的胺基酸一致,關鍵胺基酸則通通相同。5

感染人類、蝙蝠、穿山甲的冠狀病毒建構的演化樹。除了雲南蝙蝠的 RaTG13 以外,穿山甲的冠狀病毒比其他蝙蝠的病毒,更接近 SARS二世。圖/取自 ref 5

綜合上述發現可以確定,可能原產於東南亞而被走私到中國南方的穿山甲,有多隻個體感染冠狀病毒,而且病毒彼此間的遺傳不太一樣。由此推論,穿山甲感染冠狀病毒也許是長期而普遍的現象,而且這群病毒與宿主受器互動的關鍵位置,和 SARS二世極端相似。可是該如何解釋這個情況?

關鍵位置相似是由於遺傳重組,還是趨同演化?

儘管雲南蝙蝠的 RaTG13 整體遺傳上更接近 SARS二世,影響致病力的關鍵變異處卻和穿山甲的病毒一模一樣,對於這一點,兩篇論文的作者分別提出同樣的論點:這段序列,可能是與感染穿山甲的病毒親戚遺傳重組而來。

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但是除了「遺傳重組」以外,很可能發生的「趨同演化」也能解釋這個情況。

這類與感染能力高度相關的序列,深受天擇影響,假如某種冠狀病毒的感染對象,其受器結構與人類類似,那麼在選汰壓力下朝向類似的序列改變,也就是台灣高中生都知道的「趨同演化」,只是剛好而已。

假如以核苷酸改變,胺基酸不變的同義變化位置建構演化樹,樹形和整個基因組建構的演化樹一模一樣,強烈支持 SARS二世和穿山甲冠狀病毒部分胺基酸序列高度相似,是趨同演化的結果。圖/取自 ref 5

鍵盤辦案的研究分析中,可以發現兩者這部份的胺基酸序列有 98% 相似,但在核苷酸序列只有 89% 的相似度,暗示此處面臨強大的選汰壓力,使得即使核苷酸改變,也要維持胺基酸不變,也就是淨化選汰(purifying selection)──很典型取決於功能,而非親緣關係的特徵。冷凍穿山甲研究的序列分析,也高度支持趨同演化的可能性。

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總之,兩群獨立的作者,似乎經趨同演化提出「SARS二世的祖先與穿山甲冠狀病毒經過重組」之論點,沒有充足的證據支持,明顯還有更合理的可能性。現在看來,要認識冠狀病毒的多樣性,必須重視穿山甲,不過要追尋 SARS二世從前的宿主,暫時不用特別考慮穿山甲。

不論穿山甲的冠狀病毒跟 SARS二世是否有直接關係,有一件事倒是非常清楚:

冠狀病毒與人類受器親和性高的遺傳變異,其實原本就存在於自然環境!

獨一無二的遺傳特徵,或許會讓致病力增強

SARS二世有一處變異倒是真的是獨一無二,沒有在已知病毒上見過(包括最近親 RaTG13 和穿山甲冠狀病毒),它位於 S蛋白質中央的 polybasic cleavage site(暫譯:多鹼基分割位點)。S蛋白質分為 S1 和 S2 兩個部分,在 SARS二世這中間多出了一小段「PRRA」的胺基酸,程式模擬指出,此一變化會明顯改變原本的蛋白質立體結構。值得一提,這也是之前被誤會為與 HIV 有關的 4 段序列中,SARS二世唯一真正與眾不同之處。

位於 S1 和 S2 中間, SARS二世多出一段「PRRA」的插入。圖/取自 ref 1

之所以值得注意,是因為流感病毒在對等的位置上,倘若發生類似的變化,會讓本來感染力微弱的病毒大幅強化攻擊力;另外導致禽鳥傳染病「新城病(Newcastle disease)」的病毒,此一位置改變也會讓病毒變得更加凶險。不過此處變化對 SARS二世會有什麼實際影響,無法光靠鍵盤辦案釐清,還需要更多實驗分曉。

如此適應人類,到底是如何演化而來的?

所有 SARS二世的基因組都非常相似,表示它們都來自非常近期的共同祖先。由序列差異估計,共同祖先的生日約為 2019 年的 11 月底到 12 月初(不同估計方式的結果不太一樣,不過第一位已知病患至少能追溯到 12 月 1 日),顯示 SARS二世在這個階段已經相當適應人類。

兩位前輩 SARS 和 MERS 的祖先都是感染蝙蝠的病毒,但是傳染給智人以前,SARS 的宿主是果子狸、MERS 是駱駝。從蝙蝠到智人的路上, SARS二世是否也有過類似的中間宿主?現在如此適應智人,究竟是在其他動物、或是智人身上修煉成功的呢?

蝙蝠、駱駝、智人之間的跨物種病毒傳播。圖/取自 Outbreak of Middle East Respiratory Syndrome-Coronavirus Causes High Fatality After Cardiac Operations

可能一:透過(未知的)中間宿主演化

一種可能是, SARS二世的祖先先以某種動物為宿主,在這種不是蝙蝠的動物體內,漸漸變得適合感染智人,真正跳到智人身上後隨即能無縫接軌。

這套劇本中,該動物宿主的細胞受器應該與智人相當相似,才能使之發展出對智人受器的高親和性。若是如此,族群數量較大的動物會是比較可能的中間宿主(例如鼬獾?),因為病毒能感染較多個體,更有利於天擇進行。

而數量稀少、瀕臨絕種的穿山甲,乍看不像適合病毒天擇作用的舞台。但是目前資訊非常侷限,沒有人知道真相。既然提到穿山甲,也順便請大家重視瀕危生物的保育 QQ

可能二:直接在智人體內完成升級?

另一種可能是, SARS二世早已能由動物傳染給人類,經歷一番掙扎以後才順利適應智人細胞,演化適應是直接在人類身上完成。

圖/取自 衛生福利部疾病管制署 2017 年 5 月 18 日教材(pdf)

8 年前出道的前輩 MERS 就是走這套劇本,至今累積約 2500 個病例,不過到現在仍尚未「破關」,一直不算真正適應智人。主因是原本以駱駝為宿主的這款病毒,人傳人的能力整體不強,致死率又超過 30%,導致傳播很容易中斷,阿拉伯半島的疫情每次都要從駱駝重新開局。

MERS 難以融入智人的社會,也令它對人類的危害遠不及這次源自武漢的 SARS二世(謎之聲:瘟疫公司新手嘛)。如果 SARS二世也是如此起源,它顯然已經突破這道關卡,開拓出冠狀病毒的全新天地。

我們所知太少,需要更多資訊

根據現有證據,無法判斷哪套劇本才是對的,仍需要更多研究才有機會回答問題。例如可以從不同地區的各種動物與環境採樣,更全面認識冠狀病毒的多樣性;或是檢測人類血液對冠狀病毒的血清反應(seroreactivity),了解是否早已有人感染過冠狀病毒。

釐清 SARS二世的來歷與適應過程,不只有學術價值,也能提供我們相當實際的指引。畢竟這已經是本世紀第三起冠狀病毒暴走事件,而動物傳人的跨物種傳染病,一直都是人類的強大威脅,假如能及早預防,價值不遜於研發出新藥或疫苗。

人畜共通傳染病,例如可以到處ㄈㄈ尺的 E型肝炎病毒。圖/取自 Transmission of Hepatitis E Virus in Developing Countries.

SARS二世的適應過程若是在動物體內完成,意謂控制住這次疫情後,未來類似的傳染病將很有機會再度出現,需要更全面的監測。如果病毒是在人類體內才升級成功,那麼即使時常發生動物傳人,在病原獲得適應人體的關鍵變異以前,都不需要太過擔心。

不論如何,一連串疾病帶來的教訓是:

我們必須更積極認識野生動物與生態環境,主動尋找潛在的風險。

另一方面,疫情蔓延時,也有許多 SARS二世經歷過人為操縱之類的陰謀論流傳,還有人懷疑武漢的病毒研究單位與疫情脫不了關係。對於 SARS二世是否經過人為變造這點,以斯克里普斯研究所(Scripps Research)的 Kristian Andersen 為首的研究團隊,抱持強烈否定態度,認為從遺傳序列上看不出人為介入的跡象。至於中國研究人員是否導致病毒外洩,沒有直接證據,當然無從證實或是推翻,說穿惹,這不是科學問題,無法以科學解答。

劃重點:

  •  SARS二世至少有兩處關鍵遺傳變異,讓它們能席捲人類。
  • 其中一個變異本來就存在野外,穿山甲身上的病毒也有。
  • 可是穿山甲和武漢肺炎多半沒有直接關係。
  • 另外一個變異為 SARS二世獨有,具體作用不明。
  •  SARS二世很適應人體,但是不確定是在動物或人類體內升級完成。
  • 未來要更積極注意野生動物,及早認識可能的威脅。
  • 有陰謀嗎?隨便啦大家高興就好。

延伸閱讀

參考文獻

  1. The Proximal Origin of SARS-CoV-2
  2. Wan, Y., Shang, J., Graham, R., Baric, R. S., & Li, F. (2020). Receptor recognition by novel coronavirus from Wuhan: An analysis based on decade-long structural studies of SARS. Journal of virology.
  3. Evidence of recombination in coronaviruses implicating pangolin origins of nCoV-2019
  4. Liu, P., Chen, W., & Chen, J. P. (2019). Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica). Viruses, 11(11), 979.
  5. Identification of 2019-nCoV related coronaviruses in Malayan pangolins in southern China

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。