新型冠狀病毒與它的產地:科學家如何推論病毒的起源?

為了掌握新型冠狀病毒的疫情,了解病毒可能的傳染途徑,進行演化樹分析(phylogenetic analysis),是對於了解新型病毒相當重要的研究方法之一。

冠狀病毒模型。source: Wikimedia

隨著分子生物學技術的發展,運用巨型分子演化分析的技術,透過分析病毒遺傳物質分子(DNA或RNA)演化的過程,是科學家了解新型冠狀病毒的重要工具。隨著疫情發展,能夠縮小新型病毒的可能起源,也會是左右防疫策略的重要參考資料。

第一步:基因定序

在進行病毒的遺傳物質分子演化分析前,需要盡可能確認新型病毒的基因序列。但新型病毒由於案例數較少,初期的序列分析結果往往有所出入,需多次修正。

此次中國北京疾病管制局的研究團隊,挑選了九位患者,其中有八位,都有前往華南海鮮市場的病史,並從這些患者採取了呼吸道分泌物的檢體,運用次世代定序 (NGS,Next Generation Sequencing) 的方式,拼湊出新型冠狀病毒全部與部分的基因序列。並陸續將這些序列資料,提供給全世界的病毒研究者交互確認,修正序列的錯誤。

新型冠狀病毒(2019-nCoV)的完整與部分基因定序結果。source:github

最終在這九位患者身上,總共取得了十個基因序列的樣本,樣本間的相似程度超過99.98%。取得病毒的基因序列之後,會與基因庫中既有的病毒基因序列進行比對。

值得注意的是,目前看來與2018年於舟山市,從蝙蝠身上取得的類SARS病毒相比,有將近88%的相似度,和SARS的相似度較低,則僅有79%。這似乎暗示著蝙蝠很有可能就是新型冠狀病毒的宿主之一。

第二步:繪製演化樹

類似的研究則在1月29號,由義大利學者所發表的論文中予以驗證。在義大利學者的研究中,將新型冠狀病毒的基因序列與SARS、MERS與舟山蝙蝠的類SARS病毒上做比較。最終以現有的樣本比對,依序排出演化樹,來估計新型冠狀病毒與其他病毒的親緣關係。

親緣性演化樹在每個分支的節點處,代表有共同的先祖,向下延伸的各個平行的病毒,則有相近的親緣關係。以這張演化樹為例,新型冠狀病毒與2015年在中國發現的蝙蝠類SARS病毒(MG772934)則屬於親源較近的內族群(Ingroup),SARS與其他的蝙蝠類SARS病毒則為外群體(Outgroup),暗示新型冠狀病毒與SARS已經有足夠的變異。至於跟 MERS 相比,則可能差異就更大了,目前認為沒有直接的關係。

每個節點上所標記的數字,則表示節點下的群體相互擁有共同先祖的機率(bootstrap value)。在此研究中,也同時比對了病毒的核鞘蛋白和棘蛋白的結構相似度,初步符合演化樹的分析結果。

不應過度推論演化樹的推導結果

需要特別注意的是,演化樹分析雖然能夠表明不同病毒間的親緣關係,但是演化樹分析的結果,容易受到取樣綿密程度 (taxon sampling density) 與比對資訊完整度的影響,只能用做初步推測病毒來源時參考使用,在資料比對數量不夠龐大的情況下,不能夠被過度推論,親緣相近的物種來源,就是病毒實際的起源。

因此單憑演化樹並不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主,真正的病毒來源,則等待與資料量更龐大的病毒基因組資料庫進行比對,才能更為確認。

目前單憑演化樹並不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主。source: Patrick Randall @Flickr

目前雖然檢驗的樣本數還過小,但目前的研究多半認定新型冠狀病毒的型態,還相當一致,Scripps 研究中心的分子生物學家 Kristian Andersen在一篇訪問中也提到,目前看來,新型冠狀病毒的遺傳物質型態較為單純,只進行了單次的物種間的跨越,傾向病毒來源來自單一物種。

目前的傳染力道,則多半是人與人之間的傳播,所造成的感染。

參考文獻:


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關於作者

黃馨弘

非典型醫學人,既寫作也翻譯,長期沉迷醫療與科技領域,難以自拔。

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