於2020年2月3日,發表在自然(Nature)期刊的研究報告「A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin」,發現在基因體學上,分析近期武漢肺炎新型冠狀病毒(COVID-19)的多組鹼基對後,新型冠狀病毒的分子演化結果,顯示這個病毒與蝙蝠冠狀病毒有高度遺傳相似性,因此相關科學資訊釋出後,大眾好奇新型冠狀病毒是否源自於蝙蝠。
在國外用於分析和解釋病毒分子演化和流行病學的研究論壇中,亦有研究指出蛇可能是作為COVID-19跨物種的中間宿主。

研究報告:

1. Zhou, P., Yang, X., Wang, X. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature (2020).
2. Ji, W., Wang, W., Zhao, X., Zai, J. and Li, X. (2020), Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human. J Med Virol. Accepted Author Manuscript.

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2020年02月11日
臺灣大學醫學院臨床醫學所 王弘毅教授

1. 上述研究結果中,顯示分子演化機制上,新型冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒的高度同源性代表的意義與重要性?

自從2003年SARS之後,冠狀病毒造成的感染開始受到重視。而經過多年追蹤的結果發現SARS病毒可能是由蝙蝠輾轉傳播給人類的,這些研究也意外的發現蝙蝠帶有許多與SARS病毒相近的冠狀病毒,並且可能會感染人類。從2019年12月開始爆發疫情的新冠狀病毒(COVID-19),或稱武漢病毒就可能是另一個冠狀病毒從蝙蝠輾轉傳染給人類的例子。

以目前得到的資料來判斷[1],從蝙蝠身上分離出來的某個病毒株與COVID-19的相似度達到96%,這表示兩者有很近的親緣關係。

然而這並無法確認病毒是由蝙蝠直接傳染給人類的,畢竟病毒不太可能一下子改變這麼多。比較可能方式應該是蝙蝠的病毒透過某種中間宿主傳染給人類。

最近有一篇報導認為眼鏡蛇可能是病毒的中間宿主[2]。該研究是比較病毒與脊椎動物的密碼子使用頻率[3];因為不同生物使用的胺基酸密碼頻率略有差異,比較接近的生物有較相近的使用頻率。例如說精氨酸(即某一種胺基酸)的同義密碼子可以有CGT、CGC、CGA、CGG和AGG,但果蠅都傾向使用CGC。

病毒會使用宿主的分子來製造自身的蛋白質,因此會與宿主的胺基酸密碼使用頻率較為相近。然而病毒的密碼子使用頻率可能受到許多影響,當病毒轉換宿主或同時有其他宿主時,密碼子的使用頻率都可能改變。因此在了解病毒演化史之前,不能僅用密碼子的使用頻率來論斷病毒的來源。

2. 研究報告使用的分子系統發生學(Molecular phylogenetics)的基礎原理方法與比較的方式?

這次COVID-19能夠被快速的鑑定並找出可能的來源,依靠的是分子系統發生學(Molecular phylogenetics)的工具,以及過去累積的資料。分子系統發生學是利用生物的分子資料如DNA與蛋白質研究物種的相關性以及演化的關係。它可以用來描繪物種的起源、生物的演化以及生物地理的分佈等等。

地球上所有的生物的遺傳密碼都是DNA或是RNA。這些分子在複製時偶爾會產生突變,有害的突變會被天擇移除,有利的突變則容易被保留下來。經過許多的世代之後,不同個體之間就會產生變異,當變異足夠大就會分化成不同物種。因此研究生物的DNA,可以追溯他們過去的演化關係。這個方法可以用在追蹤病毒的起源,甚至可以回推生物在地球上的演化。而最近DNA定序技術有長足的進步,可以讓我們短時間獲得大量的資料,更加速了這個學門的研究深度與廣度。

註釋:

[1] Zhou, P., Yang, X., Wang, X. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature (2020).
[2] Ji, W., Wang, W., Zhao, X., Zai, J. and Li, X. (2020), Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human. J Med Virol. Accepted Author Manuscript.
[3] 每個胺基酸至少對應1種密碼子,最多有6種對應的密碼子。不同物種、不同生物體的基因密碼子使用存在著很大的差異。各種生物體似乎更偏愛使用某些同義三聯密碼子(即編碼相同胺基酸的密碼子)。
例如:在整個酵母基因組中,由密碼子AGA編碼的精氨酸(Arginine)佔總量的48%,而其餘五種編碼精氨酸的同義密碼子(CGT,CGC,CGA,CGG,和AGG)則以較低且大致相等的頻率被使用(每種10%左右)。類似地,果蠅更傾向於使用密碼子CGC(33%)編碼出精氨酸,選擇其它五種同義密碼子出現頻率約各為13%,即果蠅以完全不同的密碼子使用偏性編碼精氨酸。

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