每次發生重大疾病爆發時，科學家和公眾首先要問的問題之一是：“這是從哪裡來的？”

為了預測和預防像 COVID-19 這樣的未來大流行，研究人員需要找到導致它們的病毒的來源。 這不是一項微不足道的任務。 這 艾滋病毒的起源 直到它傳播到世界各地 20 年後才明確。 科學家們仍然不知道埃博拉的起源，儘管它已經 自 1970 年代以來引起週期性流行.

作為一個 病毒生態學專家，我經常被問到科學家如何追踪病毒的起源。 在我的工作中，我發現了許多感染野生植物的新病毒和一些眾所周知的病原體 不引起任何疾病. 植物、動物或人類，方法大體相同。 追踪病毒的起源涉及廣泛的實地工作、徹底的實驗室測試和相當多的運氣。

病毒從野生動物宿主跳躍到人類

許多感染人類的病毒和其他病原體起源於動物。 這些疾病是 人畜共患病，這意味著它們是由動物病毒引起的，這些病毒會傳染給人類並適應在人群中傳播。

通過在第一個已知的人類感染地點測試患病動物來開始病毒起源搜索可能很誘人，但野生宿主通常不會表現出任何症狀。 病毒和它們的宿主會隨著時間的推移相互適應，所以病毒通常不會引起明顯的疾病症狀，直到它們出現 跳到一個新的宿主物種. 研究人員不能只尋找生病的動物。

另一個問題是人和他們的食用動物不是靜止的。 研究人員發現第一個感染者的地方不一定靠近病毒最初出現的地方。 病毒起源追踪的一個挑戰是需要收集和測試的人類和動物樣本範圍廣泛。 LLuis Alvarez/DigitalVision 通過蓋蒂圖片社

在 COVID-19 的情況下，蝙蝠顯然是第一個看的地方。 它們是許多冠狀病毒的已知宿主，並且可能是其他人畜共患疾病的來源，例如 SARS 和 MERS.

對於導致 COVID-2 的病毒 SARS-CoV-19，迄今為止最接近的相關科學家發現的是 蝙蝠冠狀病毒 RaTG13. 這種病毒是武漢病毒研究所的病毒學家在 2011 年和 2012 年發現的蝙蝠冠狀病毒集合的一部分。 病毒學家在蝙蝠中尋找與 SARS 相關的冠狀病毒 1 年 SARS-CoV-2003 大流行. 他們在距離武漢研究所實驗室約 932 英里（1,500 公里）的雲南省的一個地點收集了蝙蝠的糞便樣本和咽喉拭子，並將樣本帶回那裡進行進一步研究。

為了測試蝙蝠冠狀病毒是否可以傳播給人類，研究人員感染了猴腎細胞和 人腫瘤細胞 與雲南樣品。 他們發現該集合中的許多病毒可以 在人體細胞中復制，這意味著它們有可能在沒有中間宿主的情況下直接從蝙蝠傳播給人類。 然而，蝙蝠和人並不經常直接接觸，因此中間宿主仍然很有可能。

尋找最近的親戚

下一步是確定疑似野生動物病毒與感染人類的病毒的密切程度。 科學家們通過弄清楚病毒的基因序列來做到這一點，這涉及確定基本構建塊的順序，或者 核苷酸，構成基因組。 兩個基因序列共享的核苷酸越多，它們的關係就越密切。

蝙蝠冠狀病毒RaTG13的基因測序顯示它已經結束 96％相同 到 SARS-CoV-2。 這種水平的相似性意味著 RaTG13 與 SARS-CoV-2 非常接近，證實 SARS-CoV-2 可能起源於蝙蝠，但距離成為直接祖先仍然太遙遠。 很可能還有另一個宿主從蝙蝠身上感染了病毒並將其傳給了人類。 為了找到蝙蝠和人類之間的中間宿主，研究人員必須撒下一張大網，並對許多不同的動物進行採樣。 美聯社照片/ Silvia Izquierdo

由於最早的一些 COVID-19 病例是在與武漢野生動物市場相關的人群中發現的，因此有人猜測該市場的野生動物是蝙蝠和人類之間的中間宿主。 然而，研究人員 從未發現冠狀病毒 在市場上的動物中。

同樣，當相關的冠狀病毒在 穿山甲 在中國南方的一次反走私行動中沒收了 SARS-CoV-2，許多人得出結論，SARS-CoV-XNUMX 已經從蝙蝠跳到穿山甲再到人類。 這 穿山甲病毒 然而，發現它與 SARS-CoV-91 只有 2% 相同，因此不太可能是人類病毒的直接祖先。

為了查明 SARS-CoV-2 的起源，需要收集更多的野生樣本。 這是一項艱鉅的任務——對蝙蝠進行採樣非常耗時，並且需要採取嚴格的預防措施來防止意外感染。 由於SARS相關冠狀病毒在 蝙蝠遍布亞洲，包括泰國和日本，找一根很小的針，就是一個很大的大海撈針。

為 SARS-CoV-2 創建家譜

為了解決病毒起源和運動的難題，科學家們不僅要找到缺失的部分，還要弄清楚它們是如何組合在一起的。 這需要從人類感染中收集病毒樣本，並將這些基因序列相互比較並與其他動物源性病毒進行比較。

為了確定這些病毒樣本如何相互關聯，研究人員使用計算機工具構建病毒的家譜，或 系統發育. 研究人員比較每個病毒樣本的基因序列，並通過比對和排列遺傳相似性和差異來構建關係。

病毒的直接祖先，擁有最大的遺傳相似性，可以被認為是它的父母。 共享相同父序列但有足夠的變化使它們彼此不同的變體就像兄弟姐妹。 在 SARS-CoV-2 的情況下， 南非變體 B.1.351 和英國變體 B.1.1.7，是兄妹。

由於不同的分析參數可能會給出不同的結果，因此構建家譜很複雜：同一組基因序列可以產生兩種截然不同的家譜。 六種虛構病毒的核苷酸序列顯示在頂部。 以下是使用兩個不同程序創建的這些病毒的兩個家族樹。 左側的樹僅使用百分比同一性，而右側的樹還考慮了兩個序列是否共享相似的字符。 瑪麗蓮·羅辛克， CC BY-ND

對於 SARS-CoV-2，系統發育分析證明特別困難。 儘管 數以萬計的 SARS-CoV-2 序列 現在可用，它們彼此之間的差別不大 形成清晰的畫面 他們之間的關係。

當前的爭論：野生宿主還是實驗室溢出？

SARS-CoV-2 可能是從研究實驗室中釋放出來的嗎？ 雖然 目前的證據 暗示事實並非如此，最近 18 位著名病毒學家建議這個問題應該是 進一步調查.

儘管有人猜測 SARS-CoV-2 是在實驗室中設計的，但這種可能性似乎很小。 在比較野生 RaTG13 與 SARS-CoV-2 的基因序列時，差異隨機分佈在整個基因組中。 在工程病毒中，會有明顯的變化塊代表 引入序列 來自不同的病毒來源。

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SARS-CoV-2 基因組中有一個獨特的序列，它編碼了一部分刺突蛋白，該蛋白似乎在感染人類中起重要作用。 有趣的是，在 MERS 冠狀病毒中發現了類似的序列 導致類似於 COVID-19 的疾病.

儘管尚不清楚 SARS-CoV-2 如何獲得這些序列，但病毒進化表明它們來自自然過程。 病毒 積累變化 要么通過與其他病毒及其宿主的基因交換，要么通過複製過程中的隨機錯誤。 獲得基因改變的病毒使它們具有 生殖優勢 通常會通過複製繼續傳遞它。 MERS 和 SARS-CoV-2 在這部分基因組中具有相似的序列，這表明它在兩者中自然進化並傳播，因為它幫助它們感染人類細胞。

然後去哪兒？

弄清楚 SARS-CoV-2 的起源可以為我們提供了解和預測未來大流行的線索，但我們可能永遠不會確切知道它來自哪裡。 不管 SARS-CoV-2 是如何進入人類的，它現在就在這裡，並且可能會一直存在。 展望未來，研究人員需要繼續監測其傳播情況，並讓盡可能多的人接種疫苗。

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