劉翟

新型冠狀病毒肺炎(簡稱“新冠肺炎”)的暴發(fā)流行，是我國目前最嚴重的公共衛(wèi)生問題，自2020年1月以來迅速波及全國[1]。之后相繼有100多個國家暴發(fā)了新冠病毒感染疫情。2020年3月11日被WHO宣布為“全球性流行病”。截至2020年3月16日，新型冠狀病毒已經(jīng)在全球136個國家和地區(qū)流行，造成了超過16萬人感染，5700余例死亡。為了應(yīng)對疫情，全球的醫(yī)療工作者、公共衛(wèi)生工作者都積極投入到與病毒搏斗的緊張工作中。在全球應(yīng)急響應(yīng)的當(dāng)下，理解病毒基因組，闡明深藏在病毒背后的科學(xué)問題，將為控制疫情傳播提供重要的科學(xué)依據(jù)。

理解病毒基因組有助于我們進行如下工作：(1)病原鑒定。當(dāng)今，利用基因組解析進行病原鑒定已經(jīng)成為最有效的手段之一，結(jié)合病理特征、病原分離等技術(shù)手段，能夠全方位確定病原體。在疫情暴發(fā)初期，中國疾病預(yù)防控制中心及相關(guān)科學(xué)家一起在最短的時間內(nèi)鑒定出了“新型冠狀病毒”[1-2]，為全球的疫情防控提供了“中國速度”。(2)重要基因分析。了解病毒的重要基因和蛋白質(zhì)特征是解析病毒、對抗病毒的必要手段。通過生物信息學(xué)預(yù)測和結(jié)構(gòu)生物學(xué)解析等技術(shù)方法，目前我們已經(jīng)明確了新型冠狀病毒的重要刺突蛋白Spike與人細胞受體蛋白血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)的結(jié)合特征[3-4]。通過結(jié)合能的比較，已經(jīng)初步闡明了新型冠狀病毒高效入侵人體細胞的分子機制。但是到目前為止，我們對于病毒的大部分蛋白的功能還知之甚少。例如，有潛在變異能力的ORF8基因(ORF：開放閱讀框)的變異與病毒性質(zhì)的影響。(3)病毒溯源。對于了解與控制疫情，追溯病毒源頭是一項非常重要的研究工作。只有了解了病毒從自然界到人的過程，才能做好防范，防止疫情多源暴發(fā)與重來。目前，通過人群中和野生動物中的病原調(diào)查，已經(jīng)確認了新型冠狀病毒的自然源頭是蝙蝠種群中存在的冠狀病毒[5]，但是中間宿主還不明確。包括穿山甲在內(nèi)的很多野生動物都是需要調(diào)查的對象。這方面的工作依然任重道遠。(4)傳播動態(tài)。對于疫情的判斷，除了需要進行深入的流行病學(xué)調(diào)查，大量病毒基因組的解析同樣十分重要。流行病學(xué)調(diào)查可以告訴我們疾病流行的群體、傳播途徑、播散范圍等；如果能夠很好地結(jié)合病毒基因組信息，我們可以很清晰地了解病毒的傳播鏈，傳播過程中的基因組變異特征。到目前為止，病毒的多態(tài)性特征仍表現(xiàn)為以隨機突變?yōu)橹鳎⑽葱纬擅黠@的適應(yīng)性特征，也表明了病毒持續(xù)存在對于人群的高適應(yīng)性。因此，隔離才是目前控制病毒的唯一有效手段。(5)疫情流行預(yù)判。既往經(jīng)驗告訴我們，如果能夠掌握大量的病毒基因組信息，我們就能夠有效地對疾病的流行進行預(yù)判。通過進化生物學(xué)研究，我們能夠發(fā)現(xiàn)病毒在傳播過程中的重要時間和空間節(jié)點，能夠掌握在疾病救治過程中的關(guān)鍵變異與疾病進展的關(guān)系。

初步了解了病毒基因組解析的意義，那么我們應(yīng)該如何來開展研究呢？一個最直接的方式就是對病毒基因組進行大量測序。在2013—2016年埃博拉病毒感染暴發(fā)期間，全球的科學(xué)家對于10%左右病例中的病毒基因組進行了測序和研究，從而發(fā)現(xiàn)了病毒的重要傳播路徑、疫情防控的關(guān)鍵時間和空間、病毒在人群中的適應(yīng)位點、病毒在宿主內(nèi)的多態(tài)性與潛在治療靶點等[6-7]。這些發(fā)現(xiàn)為研發(fā)疫苗與藥物提供了重要的科學(xué)依據(jù)。具體到這次新型冠狀病毒感染肺炎疫情，有幾個方面的基因組解析工作非常關(guān)鍵和重要。(1)武漢地區(qū)的基因組解析。武漢作為本次疫情的流行中心，也是到目前為止全球病例最集中的區(qū)域，存在最廣泛的病毒多態(tài)性。這將是我們還原疫情暴發(fā)和全球播散的最重要節(jié)點。只有明確了武漢的病毒流行特征，才能理解全球的傳播。因此，武漢地區(qū)的病毒基因組解析至關(guān)重要！到目前為止，在公開數(shù)據(jù)中存在武漢地區(qū)病毒基因組數(shù)量還非常有限。(2)其他流行區(qū)域的病毒基因組解析。對于武漢之外的流行區(qū)域，病毒是以引入的方式進入該地區(qū)。因此，對于引入的源頭、單次或多次引入、初始病毒的特征、病毒在該地區(qū)的傳播鏈等是亟需回答的重要科學(xué)問題。(3)病例治療過程中的基因組測序。對于經(jīng)過治療的病例，我們還需要了解在治療過程中的病毒變異情況，是否出現(xiàn)定向進化、是否存在趨同性等。這些都是對于了解治療過程和治療效果的重要數(shù)據(jù)。(4)動物與環(huán)境中的病毒基因組測序。由于中間宿主及動物到人的傳播路徑還不明確，因此，對于野生動物和環(huán)境樣本的病毒基因組、宏基因組測序仍然是一個重要工作方向。首先，我們對于蝙蝠中存在的冠狀病毒多態(tài)性了解得太少，目前發(fā)現(xiàn)的除了最接近新型冠狀病毒的相似度96.3%的RaTG13基因組，我們還在蝙蝠中發(fā)現(xiàn)了93%相似度的基因組，在穿山甲中發(fā)現(xiàn)了90%相似度的基因組。根據(jù)SARS病毒的研究經(jīng)驗，果子貍作為病毒傳播的中間宿主，其病毒與人SARS病毒相似度為99.8%[8]。因此，只有發(fā)現(xiàn)更高相似度的病毒，我們才有可能找到病毒的中間宿主，才能厘清病毒從自然疫源宿主進入到人群中的路徑，避免疫情再次暴發(fā)。

目前，新型冠狀病毒感染肺炎疫情逐漸變得穩(wěn)定可控，因此，進行大規(guī)?；蚪M調(diào)查來還原疫情暴發(fā)的原貌勢在必行。由于目前數(shù)據(jù)庫中新型冠狀病毒的基因組多是采用咽拭子樣本的二代測序方法解析，也有利用培養(yǎng)病毒、肺泡灌洗液、血液等樣本或者利用三代納米孔測序進行基因組解析，造成了基因組數(shù)據(jù)解析的不標準化。因此，對于不同方法學(xué)的建立與評價也是當(dāng)前的一個重要科學(xué)問題，核心目標就是能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的病毒基因組，從而減少實驗方法和測序誤差帶來的計算偏差和結(jié)果誤讀。可以預(yù)計的是，當(dāng)大量基因組數(shù)據(jù)產(chǎn)生之后，對于算力的需求，以及計算方法的標準化、計算結(jié)果的科學(xué)解讀都將成為隨之而來的重要問題。筆者認為，對于以上方面的提前籌劃和部署至關(guān)重要。

面對本次疫情，我們不能各自為戰(zhàn)，開展地區(qū)合作、全球合作非常重要。病毒已經(jīng)在全球播散。病毒的傳播已經(jīng)由單向傳播向交互傳播進行轉(zhuǎn)變，對于病毒的研究，已經(jīng)不能簡單局限在某一個點，某一個時間段，而更需要站在全球的視野，從多個角度來解析。病毒基因組與進化的解讀是屬于具象的科學(xué)范疇，應(yīng)該由專業(yè)人士共同完成。因此，亟需整合國內(nèi)外的頂尖專家，廣泛開展國際合作來深入、正確地理解病毒基因組與演化規(guī)律。