自然界至少有32萬種能夠感染哺乳動物的病毒。這些病毒形態(tài)各異，在電子顯微鏡下它們有的看起來像薯條，有的像奧利奧，有的像巧克力豆。所有病毒的遺傳物質(zhì)（DNA或者RNA）都被包圍在蛋白質(zhì)衣核（capsid protein）內(nèi)，確保遺傳物質(zhì)受到保護(hù)。有的病毒只有一層衣核，而有的病毒在衣核之外還有一層額外的包膜。

而造成本次肺炎疫情的新型冠狀病毒就是一類包膜病毒，包膜上的棘突蛋白（spike protein，圖片里長得像雞腿的那個）結(jié)構(gòu)，使它們在電鏡下看起來像一個皇冠。冠狀病毒的遺傳物質(zhì)由單鏈RNA 構(gòu)成，當(dāng)病毒在宿主內(nèi)增殖時，病毒RNA會被“包裝”到衣核里，最后“裹上”包膜。

冠狀病毒電鏡照片。圖片：Dr. Fred Murphy / CDC

冠狀病毒結(jié)構(gòu)示意圖。黃色的部分為棘突蛋白。圖片：https://www.scientificanimations.com

人類從發(fā)現(xiàn)冠狀病毒至今已經(jīng)有60多年，其宿主大多為哺乳類和鳥類。冠狀病毒在哺乳類和鳥類中主要引起上呼吸道和腸道疾病，比如引起家貓傳染性腹膜炎（簡稱傳腹）的貓冠狀病毒（FCoV），以及引起禽類傳染性支氣管炎的傳染性支氣管炎病毒 （IBV）。

冠狀病毒感染人類會引起呼吸道疾病，據(jù)統(tǒng)計，15%~30% 的普通流感都是由冠狀病毒引起。在2003年之前，大部分冠狀病毒感染都只會引起普通感冒癥狀，在人類中并沒有造成過大規(guī)模的死傷。直到2003年春天非典型肺炎（SARS）卷席全球，冠狀病毒才開始進(jìn)入普通人的視野。

01

病毒如何感染宿主

和所有病毒一樣，冠狀病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的第一步，是病毒表面的蛋白（抗原）和宿主細(xì)胞表面的蛋白（受體）契合，就像鑰匙插入鑰匙孔一樣。病毒和細(xì)胞第一次“親密接觸”后，細(xì)胞結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生變化，讓病毒進(jìn)來。所以病毒表面蛋白就是“騙”宿主細(xì)胞放它們進(jìn)去的關(guān)鍵。而幫助冠狀病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的表面蛋白就是那些皇冠狀的棘突蛋白。

SARS病毒（橙色）在被感染細(xì)胞（綠色）表面的電鏡照片，顏色為后期上色。圖片：NIH Image Gallery / flickr

那么棘突蛋白是怎么讓冠狀病毒從其他動物傳播到人的呢？

這就要從組成棘突蛋白的氨基酸序列說起。不同的冠狀病毒毒株可以感染不同的宿主——有的毒株感染蝙蝠，有的感染狗，有的感染人類，這是因為不同毒株的棘突蛋白氨基酸序列有微小但關(guān)鍵的差異，這些差異決定它們能辨別哪些物種細(xì)胞表面的受體。

假設(shè)毒株1的氨基酸序列是ABC，識別蝙蝠受體；毒株2是ADE，識別豬受體。毒株1和2雖然各保留了A，但還是有兩個氨基酸是不一樣的。而比起毒株2，識別人類受體的毒株3的氨基酸序列是FDE，有一個氨基酸是不一樣的。

雖然每個毒株都屬于冠狀病毒，大體結(jié)構(gòu)相差不大，但是病毒表面蛋白氨基酸序列的微小差異，通常對其感染哪一種生物有著決定性的作用。

棘突蛋白和細(xì)胞表面蛋白結(jié)合示意圖。圖片：Rebecca

如果感染蝙蝠的毒株1想要感染豬，毒株1的棘突蛋白必須要變成ADE，才能識別豬的蛋白——對病毒來說這可以通過基因變異實現(xiàn)。

02

突變+重組=跨物種傳播

之前說過有的病毒遺傳物質(zhì)是DNA，有的是RNA 。DNA病毒用來生產(chǎn)DNA的工具自帶修正功能，也就是說當(dāng)這個工具不小心出錯時它會自行檢查，并修正弄錯的DNA，所以DNA病毒的變異率較低；但是RNA病毒用來生產(chǎn)RNA的工具沒有修正功能，所以工作時錯誤百出，變異率非常高。

冠狀病毒就是RNA病毒。這些病毒感染其原本的宿主以后開始增殖，增殖的代數(shù)越多，累計的變異就越多，由ABC變成ADE的幾率也就越高。這些進(jìn)化到有感染其他物種潛能的病毒一旦接觸到這些物種，就可以迅速適應(yīng)新的宿主并開始傳播。

除了基因變異，冠狀病毒還可以通過不同毒株之間的基因重組，獲得感染新物種的能力。這點非常可怕：當(dāng)兩種或多種毒株感染同一宿主時，這些毒株之間可以進(jìn)行基因交換，產(chǎn)生出一個全新的毒株。

冠狀病毒跨物種傳播的三種方式

三種跨物種傳播的示意圖，點擊可查看大圖。圖片：Stanley Perlman & Jason Netland / Nature Reviews Microbiology (2009)

1. 類似SARS病毒的蝙蝠冠狀病毒（BtCoV）變異后適應(yīng)了果子貍作為新宿主，并開始在果子貍之間傳播。之后這種新病毒又傳給了養(yǎng)殖和宰殺處理果子貍的人，但一開始病毒只會對人造成輕微的影響或者完全無影響。然而接下來，病毒在人體內(nèi)發(fā)生變異，開始快速增殖并可以人傳人，造成非典疫情。

2. 人冠狀病毒OC43（HCov-OC43）和牛冠狀病毒（BCov）親緣關(guān)系很近，OC43有可能是1890年左右才從牛冠狀病毒中分離出來的。牛冠狀病毒也可以感染羊駝和鹿。

3. 貓冠狀病毒I型（FCoV-I）和犬冠狀病毒I型（CCov-I）具有共同祖先。犬冠狀病毒I型在未知宿主體內(nèi)和某種未知冠狀病毒重組后，產(chǎn)生犬冠狀病毒II型（CCov-II），犬冠狀病毒II型又與貓冠狀病毒I型重組產(chǎn)生了貓冠狀病毒II型（FCoV-II）。犬冠狀病毒II型很可能傳給了豬，并在豬體內(nèi)產(chǎn)生了豬傳染性胃腸炎病毒（TGEV）。

在宏觀世界中，冠狀病毒從動物到人的感染途徑大致就是這樣：

冠狀病毒以其他動物為宿主，經(jīng)過一段時間的增殖，部分病毒發(fā)生基因變異或基因重組，獲得了能夠識別人類細(xì)胞表面蛋白受體的能力。這些強(qiáng)化版的病毒通過人類與動物的接觸進(jìn)入人體。它們在最初進(jìn)入新宿主的階段感染能力較低，但是經(jīng)過一段時間的增殖和適應(yīng)，病毒再次產(chǎn)生變異和“優(yōu)化”，開始強(qiáng)力而有效地人傳人，最終導(dǎo)致大規(guī)模疫情爆發(fā)。

03

什么動物更容易傳播病毒給人

雖然冠狀病毒的跨物種傳播性很強(qiáng)，但也不是所有的動物都能直接傳給人類。和人類基因相似度越高的動物，傳給人類的可能性越高，尤其是和人類細(xì)胞受體結(jié)構(gòu)比較接近的動物——比如前文提到的哺乳類和鳥類。之前流行的SARS和MERS，中間宿主均為哺乳動物。

因此這里提醒大家，不要接觸，更不要食用野生動物，除了可能傳染給人類的病毒，野生動物體內(nèi)還攜帶有大量病菌和寄生蟲。盡管徹底熟食可以殺死絕大多數(shù)致病微生物，但處理野生動物活體的捕獵、售賣、烹飪?nèi)藛T仍有感染風(fēng)險。另外喂食野鳥、和旱獺合影等親密接觸野生動物的行為也應(yīng)該避免。

另外，對于依據(jù)林業(yè)局2003年頒布的《商業(yè)性經(jīng)營利用馴養(yǎng)繁殖技術(shù)成熟的陸生野生動物名單》進(jìn)行人工飼養(yǎng)的野生動物，由于目前尚無配套的檢疫標(biāo)準(zhǔn)，因此市面上售賣的這類產(chǎn)品

均無檢疫合格證明。

本文是物種日歷特約稿件，來自物種日歷作者@Rebecca。


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情