新型冠状病毒?新冠肺炎、SARS冠状病毒和SARS相关冠状病毒,它们之间有什么关系?

日前,世界卫生组织正式宣布,将这种新型冠状病毒病命名为2019冠状病毒病(新冠肺炎)。负责病毒命名的国际学术机构国际病毒分类委员会(ICTV)宣布,新冠肺炎的名字被正式确定为SARS冠状病毒2型(新型冠状病毒)。
来源:ICTV官网首页截图
起初不理解的人越来越困惑:既然新冠肺炎已经多次远离非典,为什么国际权威ICTV突然称之为新型冠状病毒?SARS相关的冠状病毒呢?
本文将从冠状病毒分类学的角度阐述新冠肺炎、SARS冠状病毒和SARS相关冠状病毒的关系。
1.SARS相关冠状病毒是冠状病毒家族中的一个病毒种。
自然界的病毒丰富多样,但并不混乱。科学家根据病毒的遗传信息和进化关系对不同的病毒进行分类,这是病毒分类学的工作。当一种新病毒出现时,研究人员会根据其基因组序列、特定规则以及目、科、属、种等分类层次对病毒进行识别。国际病毒分类委员会(ICTV)是病毒分类的权威组织。
先了解一下冠状病毒的分类。冠状病毒科是属于巢状病毒目的一个病毒科,其可进一步分为冠状病毒科和圆环病毒亚科。我们通常所说的冠状病毒并不是指某一种病毒,而是冠状病毒亚科所有成员的统称。在2012年公布的ICTV第九次病毒分类报告中,我们可以看到冠状病毒亚科分为四个属:冠状病毒、冠状病毒、冠状病毒和冠状病毒,其中和冠状病毒主要感染哺乳动物,所有人类冠状病毒也位于这两个属中。冠状病毒可进一步分为A、B、C、D四个谱系,其中B谱系只有一个病毒种(—— SARS相关冠状病毒),即SARS相关冠状病毒。
冠状病毒亚科成员间的系统发育关系(图片引自ICTV第9次病毒分类报告,国际病毒分类委员会第9次报告,2012)
在过去的八年里,中东爆发了MERS冠状病毒。除了人类冠状病毒外,越来越多的动物冠状病毒,尤其是蝙蝠冠状病毒被发现,冠状病毒家族中增加了许多新成员。最新的ICTV第10次病毒分类报告正在不断更新。虽然冠状病毒分类报告的章节还没有正式发表,但在2018年,ICTV公布了一份关于冠状病毒分类的新提案(2017.013S),冠状病毒包含的病毒种类数量比原来有了很大的增加。具体来说,我们可以看到冠状病毒属。在ICTV的新提议中,属于冠状病毒的冠状病毒种类从7种增加到12种,这12种分别属于5个不同的亚属。例如,MERS病毒亚属包含四个物种:MERS相关冠状病毒、刺猬冠状病毒1、Fuwing冠状病毒HKU5和平头蝙蝠冠状病毒HKU4。SARS病毒亚属对应于过去分类中的B谱系冠状病毒,仅包括一种SARS相关冠状病毒。
亚属
生长
代表病毒
嵌入式病毒
冠状病毒1
(冠状病毒1型)
人类冠状病毒OC43
牛冠状病毒,马冠状病毒
人类冠状病毒HKU1
(人类冠状病毒HKU1)
人类冠状病毒HKU1
小鼠冠状病毒
(鼠冠状病毒)
小鼠肝炎病毒(MHV)
中国小鼠冠状病毒HKU24
(中国家鼠冠状病毒HKU24)
中国鼠冠状病毒HKU24
Merbecovirus
刺猬冠状病毒1
(刺猬冠状病毒1)
欧洲刺猬冠状病毒(EriCoV)
中东呼吸综合征相关冠状病毒
(MERS相关冠状病毒)
中东呼吸综合征冠状病毒
副冠状病毒HKU5
(蝙蝠冠状病毒HKU5)
蝙蝠病毒HKU5
头骨蝙蝠冠状病毒HKU4
(蝙蝠冠状病毒HKU4)
蝙蝠病毒HKU4
诺贝病毒
果蝠冠状病毒GCCDC1
(蝙蝠冠状病毒GCCDC1)
蝙蝠病毒GCCDC1
果蝠冠状病毒HKU9
(蝙蝠冠状病毒HKU9)
蝙蝠病毒HKU9
萨博病毒
SARS相关冠状病毒
(SARS相关冠状病毒)
严重呼吸系统综合症冠状病毒
(SARS-CoV)
hibe病毒
蝙蝠贝塔冠状病毒_浙江2013
(蝙蝠Hp-beta冠状病毒浙江2013)
蝙蝠_Hp-BetaCoV(蝙蝠_ HP-betacov)
贝塔冠状病毒属中12种病毒的代表病毒(引自ICTV冠状病毒分类提案2018a文件号2017.013S)
它是物种分类学中的一个概念,进一步细分,每个冠状病毒物种包括一种或多种代表性病毒。比如2003年引起SARS的SARS冠状病毒,就是这种SARS相关冠状病毒的代表成员。人冠状病毒OC43是冠状病毒1的代表病毒。
看完以上,相信你对冠状病毒,尤其是冠状病毒的分类有所了解。所以问题是,新冠肺炎属于哪种病毒?是否代表一种新的冠状病毒物种?
2.新型冠状病毒属于SARS相关冠状病毒。
要确定一个新病毒在分类学上是属于现有的病毒种还是全新的病毒种,需要参考ICTV的病毒种判定规则。对于不同科的病毒,物种判定的规则是不一样的。就冠状病毒而言,需要比较新病毒和已知病毒在ORF1ab编码的非结构蛋白上的序列同一性。具体来说,在非结构蛋白上有七个保守的复制酶结构域,这对冠状病毒种类的确定至关重要。这七个结构域是位于NSSP3上的ADRP(腺苷二磷酸-1”-磷酸酶)、nsp5(3CLpro,3C主蛋白酶)、nsp12(RdRp,RNA依赖性RNA聚合酶)、nsp13(Hel,解旋酶)、nsp14(外显子,核糖核酸的核酸外切酶)和NSP15。根据ICTV的第九分类报告,这七个复制酶结构域的氨基酸序列是串联的。如果两种冠状病毒之间的序列同一性大于90%的阈值,则说明两种冠状病毒属于同一物种。
虽然新冠肺炎和SARS冠状病毒的基因组相差约20%,但它们的ORF1b相对保守,ORF1b编码的非结构蛋白占据了上述7个复制酶结构域的大部分。经比较,新冠肺炎与SARS冠状病毒在这7个结构域的氨基酸序列相似性达到94%。因此,根据ICTV的冠状病毒分类规则,新冠肺炎和SARS冠状病毒属于同一病毒种,即SARS相关冠状病毒。
SARS冠状病毒和新冠肺炎七个保守复制酶结构域的氨基酸序列比较。
在宣布新冠肺炎名字的同时,ICTV在BioRxiv上发表了一篇题为《严重急性呼吸综合征相关冠状病毒3360物种及其病毒——冠状病毒研究小组的声明》的研究论文预印本。ICTV冠状病毒研究组基于冠状病毒ORF1a和1b的五个最保守复制酶蛋白结构域的系统发育分析,计算了两两共同祖先的遗传距离,确定新冠肺炎和SARS冠状病毒属于SARS相关冠状病毒的一个物种,并将新冠肺炎命名为SARS冠状病毒-2。
3.新型冠状病毒不是SARS冠状病毒。
既然归为同一物种,是否说明新冠肺炎新型冠状病毒与SARS冠状病毒特别相似,是第二个SARS病毒?不能这么理解。相同的冠状病毒物种可能包括几种不同的病毒。例如,除了人类冠状病毒OC43,属于冠状病毒1的病毒包括牛冠状病毒、马冠状病毒和猪血凝性脑脊髓炎病毒。在他们的预印论文中,ICTV还明确提到,新型冠状病毒是“与SARS相关的冠状病毒物种SARS-CoV的姐妹”,即新型冠状病毒和SARS冠状病毒是姐妹,不能混淆。
与新冠肺炎的SARS病毒有一些相似之处:两者都可以引起严重的肺炎,并且它们与野生动物有关。发生的季节相似,但它们的差异也很明显。与新冠肺炎SARS病毒的全长基因组序列的相似性仅为80%左右。冠状病毒的S基因编码负责受体结合的刺突蛋白,与病毒致病性密切相关,而新冠肺炎与SARS病毒的S基因序列相似性仅为73%。从这一点来看,新冠肺炎病毒与SARS病毒存在显著差异,这也导致了两者致病生物学特性的差异:与SARS病毒相比,新冠肺炎在致病性上只是小弟,重症率和死亡率远低于SARS,但传播能力强于SARS。而且,新冠肺炎比SARS病毒更狡猾,潜伏期更长。
由此可见,新冠肺炎和非典有很多明显的区别,是两回事。世界卫生组织也在官网做出了解释:2019-NCOVIS与SARS-Cov来自同一个病毒家族但不是同一个病毒,明确表示新冠肺炎和SARS病毒是不同的病毒。
截图来源:https://www.who.int/news-room/q-a-detail/q-a-coronaviruses世卫组织官网
如果说冠状病毒家族是一个大家族,那么SARS相关冠状病毒就是这个大家族中的一个小家族。但是这个家庭有不少成员。除了SARS冠状病毒和新冠肺炎,SARS相关冠状病毒包括在中国和世界许多地方的蝙蝠中发现的多种SARS样冠状病毒。从SARS相关冠状病毒的进化树可以看出,新冠肺炎和SARS相关冠状病毒位于两个不同的分支上,不同的蝙蝠SARS样冠状病毒分布在这两个分支上。进化树也直观地表明,新冠肺炎不是SARS冠状病毒的进化版或变异版,不是SARS 2.0,而是与SARS冠状病毒的平行关系。
基于SARS相关冠状病毒全基因组序列的系统进化树(周等,Nature,2020)
还有人可能会问,“你在这里说ICTV确定新冠肺炎和SARS病毒是一个物种,但专家说新冠肺炎和SARS病毒不是一个病毒。这不矛盾吗?我该相信谁?”其实两种说法都是对的。都说新冠肺炎和SARS病毒是一个物种,这里的“种”指的是“种”,这是分类学上的专有名词。虽然新冠肺炎和SARS不是病毒,但这里的“物种”是我们的流行说法。仿佛在说,吉娃娃和泰迪不是一种狗,但都是狗。所以,这两种说法都是对的。
最后,我们来总结一下新型冠状病毒和新冠肺炎SARS冠状病毒的关系:它们在分类学上属于同一冠状病毒种,但却是两种不同的病毒,是SARS相关冠状病毒小家族中的两个兄弟。
参考资料:
[1]周P等,2020 .一种可能源于蝙蝠的新型冠状病毒引起的肺炎暴发。自然,doi : https://doi.org/10.1038/s41586-020-2012-7.
[2]病毒分类学,病毒的分类和命名:国际病毒分类学委员会第九次报告。圣地亚哥,CA:学术出版社,2012年。
[3] Gorbalenya AE。2020.严重急性呼吸综合征相关冠状病毒——物种及其病毒,冠状病毒研究小组的声明。https://doi.org/10.1101/2020.02.07.937862. doi : bior XIV
作者:胡本(中国科学院中国科学院武汉病毒研究所)
来源:中国病毒学英文版

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