南京大學(xué)模式動物研究所趙慶順

新型冠狀病毒2019-nCoV正肆虐全國，造成了巨大的社會危機。有關(guān)本次流行的病毒是否為人為制造（故意投毒）以及是否是從實驗室泄漏出來的問題正引起全社會的高度關(guān)注。本文通過對相關(guān)病毒的基因組序列進行比對分析，推論新型冠狀病毒2019-nCoV既不是人為制造也不是從實驗室泄漏，而是很早就存在于蝙蝠和/或中間宿主身體中！

 

作為爭議的核心，持肯定答案的爭議方把中科院武漢病毒所石正麗研究員作為共同作者或通訊作者發(fā)表的兩篇論文作為主要依據(jù)。這兩篇研究論文分別是：

1）Menachery et al., 2015 A SARS-like cluster of circulating bat coronaviruses shows potential for human emergence. Nat Med. 21(12):1508-13. doi: 10.1038/nm.3985.

2）Zhou et al., 2020. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. Feb 03 (online). 

 

一、冠狀病毒2019-nCoV是否是人為制造的病毒？

2015年的論文報道了用基因工程手段人工創(chuàng)制“功能加強”版的可感染人的冠狀病毒。該項研究在當年就引發(fā)很大爭議！在這篇論文中，石教授因為提供了一種中國蝙蝠冠狀病毒編碼的S蛋白的序列和質(zhì)粒而被列為共同作者。

在該論文中，來自美國北卡大學(xué)的研究者將一種源自中國蝙蝠冠狀病毒編碼的S蛋白基因重組到可感染小鼠細胞CoV的骨架中（該骨架來自SARS病毒），人為制造了一種新的、地球上過去沒有出現(xiàn)過的冠狀病毒SHC014-MA15，該病毒可以感染小鼠細胞和人細胞，也能使小鼠致病。這一研究結(jié)果揭示這樣一個重要的現(xiàn)象：來自蝙蝠冠狀病毒的S蛋白可與人細胞上的受體ACE2直接結(jié)合，從而導(dǎo)致病毒感染人。當然，S蛋白要發(fā)生這樣的作用，必須要一個冠狀病毒骨架的支持。這也是論文中為什么要將S蛋白基因重組到來自SARS-CoV骨架上的原因。

在證實了來自蝙蝠病毒中的S蛋白可以直接感染人且使小鼠致病后，研究者又合成了另外一個人工病毒SHC014-CoV，這個病毒雖能在人細胞中快速繁殖但并不能使小鼠致病。

論文由此推論，來自蝙蝠的冠狀病毒可能不需要通過果子貍這個中間宿主再感染人，而是直接感染人，然后再感染果子貍。

可見，2015年的研究論文提供了如下結(jié)論：1) 蝙蝠冠狀病毒編碼的S蛋白能夠與人的ACE2受體相結(jié)合；2）冠狀病毒感染人還需要有適合于感染人的病毒骨架。但即便以上兩個要素都具備，病毒也還可能不具備毒性。

 

而石教授剛發(fā)表的2020研究論文指出：本次爆發(fā)的新型冠狀病毒2019-nCoV與蝙蝠冠狀病毒RaTG13的基因組序列相同性為96%。查閱美國國立衛(wèi)生圖書館的基因庫數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，RaTG13的基因組數(shù)據(jù)是2020年1月27遞交的（基因庫登錄號：MN996532）；基因庫同期還公布了多個2019-nCoV病毒的基因組序列，不同來源的序列幾乎一樣，相同度均為99.99%。這也是論文推論2019-nCoV源自蝙蝠的依據(jù)。

這里，我們選用由美國疾控中心于1月28日上傳的2019-nCoV基因組數(shù)據(jù)作為分析對象（基因庫登錄號：MN997409）。我們發(fā)現(xiàn)，2019-nCoV與RaTG13各自編碼的S蛋白相同性非常高，達到96.7%（圖一）。

2019-nCoV編碼的S蛋白能夠與人ACE2結(jié)合（2020論文證實）。不過，我們現(xiàn)在還不知道來源于蝙蝠冠狀病毒RaTG13編碼的S蛋白是否可以直接結(jié)合人ACE2，畢竟這兩種S蛋白存在3.3%的差異。而且，雖然兩種病毒的S蛋白中與人ACE2受體相結(jié)合的5個與宿主相關(guān)的關(guān)鍵的氨基酸殘基（Y442、L472、N479、T487和Y491）相同，但其臨近位置的氨基酸殘基存在較大差別，合理推測可能會影響與人ACE2的結(jié)合。

退一步說，即使RaTG13編碼的S蛋白能直接結(jié)合人ACE2，但RaTG13骨架是否具備感染人的能力目前也是不知道的，畢竟二者有約4%的核苷酸序列的差異。

因此，可以合理假設(shè)，源自蝙蝠的病毒RaTG13不具有感染人的能力。退一步說，如果蝙蝠的病毒RaTG13具備感染人的能力的話，采集者自己應(yīng)該已經(jīng)最先被感染；同時，（投毒者）也應(yīng)該沒有必要去人工合成一個新的2019-nCoV，因為直接用RaTG13去感染人即可。

 

那么，是否存在這樣一種可能：研究者首先獲得了源自蝙蝠的冠狀病毒RaTG13，然后出于某種目的通過基因工程手段（如基因重組和基因編輯等）對RaTG13進行改造，使之獲得感染人的能力？

為證偽這種假設(shè)，我們將冠狀病毒2019-nCoV和RaTG13分別與基因庫中的已知冠狀病毒基因組進行序列比對，我們發(fā)現(xiàn)：2019-nCoV與其它冠狀病毒的序列相差很大，其中與蝙蝠冠狀病毒（除RaTG13）的相同性均不到90%，而與已知SARS病毒的相同性則只有不到83%（圖二）。

由此，我們可以做這樣的推論：人工創(chuàng)造一個可以感染人的病毒會出現(xiàn)一個動機上的悖論，那就是如果要故意制造一個可以感染人的病毒的話，為什么不直接用已知的策略（如2015年論文所描述的那樣，用已知的S蛋白和已知的病毒骨架），而非要舍近求遠的采用依據(jù)與SARS序列有17%差異的RaTG13為基礎(chǔ)進行基因改造？須知，在出現(xiàn)2019-nCoV前，人類僅知道S蛋白可以跨物種結(jié)合ACE2，還完全沒有關(guān)于差別如此之大（差17%）的冠狀病毒（RaTG13）骨架可以感染人的知識。

 

有質(zhì)疑者還會提出疑問，是否可能沒有任何理由實驗室“不小心”通過基因改手段造創(chuàng)制出來的？

須知，基因改造并不是一件容易的事，實施基因改造需要非常專業(yè)的知識與技能，而且需要大量的投入的（因為需要不斷試錯）。特別地，在對RaTG13骨架和S蛋白的編碼基因的功能不了解的前提下，憑空預(yù)測哪些改變可增其強感染人的能力，是幾乎不可能的。此外，在大約3萬個核苷酸中（RaTG13的基因組大小為29855 nt）出現(xiàn)4%差異（與2019-nCoV相比，而與SARS相比則有17%的差異）的不同種類病毒數(shù)理論上是一個天文數(shù)字，理論上，因“不小心”（隨機）而獲得2019-nCoV的機會幾近于0。因此，2019-nCoV不可能是不小心創(chuàng)制出來的。

 

那么，有沒有可能是全人工合成出來的？

技術(shù)上，如果知道了序列，那么合成一個3萬核苷酸長的基因組是沒有問題的（當然比較難，特別地，合成出來的DNA片段要變成有活性的RNA病毒不是一個容易的事，技術(shù)門檻是很高的，全世界現(xiàn)在能做這件事的估計也沒有多少人）。但如果不知道序列，僅憑生物計算就預(yù)測出一個完全有功能且與RaTG13存在4%差異的人造病毒全基因組序列是幾乎不可能的，因為我們不知道這個病毒是否可以感染人細胞，每一處的改變（突變）是否關(guān)鍵都需要論證。更何況，RaTG13與2019-nCoV之間的4%差異非常符合自然突變累積的結(jié)果（見第二部分內(nèi)容）。因此，2019-nCoV是全人工合成出來的可能性接近于0.

 

總之，我們的分析不支持這個nCoV-2019是人工創(chuàng)造出來的病毒。

 

二、病毒是否是從實驗室泄漏出來的?

這個也幾乎不可能。

我們不知道石教授何時采集到的蝙蝠冠狀病毒RaTG13（這個序列剛于2020年1月27日發(fā)表）。但我們不妨用另外一種方式思考這個問題：假定病毒就是泄漏出來的。由于2019-nCoV與RaTG13的相同性是96%，存在約4%的差異。因此，按照基因進化（自發(fā)突變）的頻率進行評估，要獲得這4%的差異應(yīng)該不是短時間內(nèi)可以實現(xiàn)的。人與猩猩的遺傳基因相比有約1.2%的差別，進化上，兩者共同的祖先至少要追溯到400萬年前。當然，病毒主要是以RNA單鏈為遺傳物質(zhì)，發(fā)生突變的可能性會更大，但毫無疑問依舊符合進化論）。

作為自發(fā)突變的一種普遍現(xiàn)象，突變位點在整個基因組中理論上是隨機出現(xiàn)的。觀測2019-nCoV與RaTG13全基因組序列比對的結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)：兩種病毒基因組間核苷酸的差異恰恰是隨機出現(xiàn)在整個基因組中，并沒有什么特別集中的區(qū)域（圖三）。

所以從這個意義上來說，這個2019-nCoV更有可能很早就存在于某個物種中（如蝙蝠、中間宿主如竹鼠等宿主之中）。

 

那么，質(zhì)疑者或許還會問，2019-nCoV會不會就是直接來自采集到的蝙蝠病毒，科學(xué)家采集到后不小心從實驗室泄漏出來了？

這一點比較容易證偽。如果是的話，采集的人應(yīng)該會被首先感染，因為有舉報者說石教授團隊是在未作任何防護的情況下采集的蝙蝠病毒！所以從實驗室泄漏也就無從說起。

 

總之，我們的分析結(jié)果不支持病毒是從實驗室中泄露漏出來的

 

2020年2月3至5日討論于生物90微信群和大學(xué)同學(xué)群，2月4日由南京堯順禹生物科技有限公司池軍協(xié)助整理，題目由大學(xué)同學(xué)陳亞林建議，2月5日上午9:38定稿！

 

圖一、2019-nCoV與RaTG13各自編碼的S蛋白氨基酸序列相同圖（96.7%的相同性）

 

圖二、2019-nCoV與其它冠狀病毒基因組序列比對圖（部分截圖）

 

圖三2019-nCoV與RaTG13基因組序列比對圖