文/Alex Cui（生物信息学博士，美国生物科技公司计算生物学科学家）1“最危险的人造病毒”病毒学家争相改造病毒研究引发公共安全担忧2014年10月17日下午，病毒学家RalphBaric博士没有照例来到他在北卡罗来纳大学教堂山分校的实验室，他正在为自己女儿周末的婚礼做最后的准备。此时的他并不知道，奥巴马政府由于对实验室使用SARS,MERS和流感等病毒，进行功能获得性(gainof function)改造的研究，对公共健康构成的潜在威胁的担忧，通过白宫科技政策办公室联合美国卫生与公众服务部发布禁令，宣布中止对类似研究的资金资助[1]，并要求相关领域的研究人员立即停止相关的研究，直到研究项目的风险和收益被美国国家生物安全科学顾问委员会(NSABB)和美国国家学院国家科学研究委员会(NRC)的专家进行评估后方可继续[2]。这其中就有武汉病毒所石正丽博士的研究团队与RalphBaric博士的合作项目：一个正在进行中的蝙蝠SARS样冠状病毒的基因重组改造项目。而这一项目，也使石正丽博士和RalphBaric博士随后因争议而成为病毒研究界的热门人物。事实上，科学界对改造病毒的功能获得性（gain-of-function）研究一直存在争议，2011年，美国威斯康星大学麦迪逊分校的日裔病毒学教授YoshihiroKawaoka与荷兰伊拉斯谟医学中心研究人员RonFouchier的团队为了研究病毒逃避人体免疫系统的机制，就曾分别利用基因技术对H5N1病毒进行了禽流感病毒改造实验，发现所得病毒能更容易通过空气在与人相近的哺乳动物雪貂之间传播。RonFouchier更是将改造后的病毒描述为是“最危险的人造病毒之一。”[3]河冈义裕原本计划在《自然》杂志上刊登论文，但美国国家生物安全委员会却担心数据落到恐怖分子手中，危害公共安全。批评者认为，这种传播能力更强的病毒如遭泄漏，可能导致人类面临巨大的安全风险。为此，美国国家生物安全科学顾问委员会曾一度要求相关论文不得发表，世界卫生组织也曾专门召开会议进行专题研讨，相关的研究被一度暂停。然而，支持者则认为，此类实验有助增进对禽流感病毒的理解，帮助应对禽流感病毒可能自然出现的变种与进化。在多方磋商后，英国《自然》杂志[4]和美国《科学》杂志[5]在2012年先后发表了相关论文，相关研究也在2013年恢复。然而，在2014年，美国疾病预防控制中心(CDC)和美国国立健康研究院(NIH)的政府生物实验室连续曝出多起病毒改造项目相关的安全事故，涉及炭疽杆菌[6]、H5N1病毒[7]，和天花病毒[8]等，引发了公众对因可能的病毒泄露而引发的大规模公共安全事件的担忧。图1.Yoshihiro Kawaoka (左)与RonFouchier (右)于2012的合影当RalphBaric博士周一回到实验室开始日常的工作时，他一下被一封邮件震惊了。那是关于政府对病毒改造项目禁令的通知。“我花了足足10秒钟才意识到，我大部分的病毒研究都会受到影响而关停。”RalphBaric回忆说。作为世界上研究SARS和MERS病毒的权威，RalphBaric实验室早在2003年SARS疫情结束后就与美国范德堡大学和美国陆军传染病医学研究院合作研制出了一套用于合成SARS病毒的全基因序列的反向遗传克隆平台[9]，并于2013年MERS爆发时率先用此方法合成了MERS病毒的全长cDNA克隆[9]，而这一技术也是随后各大病毒改造项目所依赖的核心平台。其最大的特点就是可以仅根据病毒的基因序列人工构建出病毒的克隆。而这一先进技术，也成为了武汉病毒研究所石正丽团队与之合作的重要理由。2“病毒猎手”与石正丽团队合作造出了一种全新的病毒？随后的一段时间里，RalphBaric忙于跟NIH沟通，争取让美国国家生物安全科学顾问委员会批准其完成正在进行的研究项目，其中就包括他与石正丽博士研究组正在进行的蝙蝠SARS样冠状病毒的基因重组改造项目。“NIH后来还是对我们这个合作项目开了绿灯，最后的评委意见是这个项目并不像禁令所禁止的那些病毒改造项目那样存在高风险。”RalphBaric回忆说[10]。然而，事与愿违，Ralph Baric与石正丽研究组随后于2015年发表在《自然》杂志上的文章[11]””Zheng-LiShi, Ralph Baric et al. (2015) A SARS-like cluster of circulating batcoronaviruses shows potential for human emergence.”还是造成了极大的争议。RalphBaric实验室使用由石正丽博士提供的中华菊头蝠SARS样冠状病毒SHC014-CoV的纤突（Spike）蛋白与小鼠携带的SARS-CoVMA15骨架通过其反向克隆平台进行重组，造出了一种全新的冠状病毒。该研究最大的争议之处在于中华菊头蝠携带的SHC014冠状病毒虽然可以感染人的细胞，但并没有足够的毒性致病，而与可以导致小鼠致病的SARS-CoVMA15嵌合之后，新的SHC014-MA15重组病毒不但依然可以感染人的细胞，还可以致病。换句话说，如果蝙蝠携带这个重组的新病毒，就可以不经过中间宿主，直接将病毒传递给人并导致人被感染生病。该成果发表之后，更加坚定了科学界对功能获得性研究的反对意见。法国巴黎巴斯德学院的病毒学家SimonWain-Hobson就表示，中华菊头蝠所携带的SHC014冠状病毒因为不具有致病性，本身对人类的危害有限，新制造出的重组冠状病毒SHC014-MA15不但毒性增强，这个实验本身也并没有带来任何实质的价值，一旦重组病毒从实验室泄露，没有人可以预测它的去向和可能造成的危害[10]。RalphBaric则认为，此实验不过是在模拟一个自然界中有很大几率会发生的病毒重组事件而已，虽然大多数蝙蝠所携带的冠状病毒并不能直接感染人类，但类似于SHC014这种携带能识别人体细胞结合蛋白ACE2的纤突蛋白的病毒，如果恰巧与携带有毒性的冠状病毒的骨架重组，那么新病毒就将跨过中间宿主的障碍，直接传染给人造成严重的公共健康威胁。3瑞得西韦2016年即可能对冠状病毒进行测试美国政府暗中重启两个病毒改造研究计划惹质疑来自政府方面的资金中断并没有阻止RalphBaric对冠状病毒研究的信心，他依然积极寻找着可能的合作伙伴来继续相关的实验。2016年，总部位于美国加州的制药公司吉利德科学（GileadSciences）联合美国陆军传染病医学研究院治疗开发中心（UnitedStates Army Medical Research Institute of Infectious Diseases, TherapeuticDevelopment Center）,美国疾病预防控制中心（Centersfor Disease Control and Prevention）和波士顿大学医学院（BostonUniversity School of Medicine）的研究人员，共同开发出了一款代号为GS-5734的小分子药物Remdesivir，试图对抗埃博拉病毒[12]。而这款新药也就是在这次新冠病毒疫情（COVID-19）中为人熟知的特效药物瑞得西韦。2017年，美国疾病预防控制中心联合吉利德公司的研究人员共同发现，该药对包括线状病毒（Filovirus）、肺炎病毒（Pneumovirus）和副粘病毒（Paramyxovirus）等多种单链RNA病毒都有不错的抗病毒效应[13]。而包括SARS和MERS病毒的冠状病毒作为单链RNA病毒，自然也在潜在的测试名单之上。于是RalphBaric通过北卡大学联合范德堡大学开始了与吉利德制药公司的合作，在小鼠身上证明了Remdesivir对冠状病毒具有广谱的抗病毒特性，最终的研究成果于2017年6月发表在《ScienceTranslational Medicine》杂志[14]。随后，RalphBaric联合范德堡大学，德克萨斯大学医学院以及吉利德公司，由美国国家过敏与传染病研究所出资六百万美元[15]，实验Remdesivir对冠状病毒等的新发人畜共患病毒的抗病毒疗效[注1]。近日，RalphBaric博士表示他的实验室已经通过DNA合成厂商构建出了新冠病毒（SARS-CoV-2）的全长基因序列（cDNA），目前正在通过其反向遗传克隆技术人工合成新冠病毒，并会随后将病毒提供给美国疾病预防控制中心，美国国立健康研究院和美国其他医药公司及研究机构使用，用以加速开发针对新冠病毒的药物研发[16]。2018年，美国政府因暗中重新开启了两个对病毒功能获得性研究的资助而饱受美国社会质疑[17]，YoshihiroKawaoka主持的关于H5N1禽流感病毒在哺乳动物中的传递性的研究也在中断数年后重新获得批准[18][19]。图2.Ralph Baric (左)于北卡实验室工作照，石正丽(右)早年于澳大利亚P4实验室工作照
6中疾控主任高福联合多国病毒学家发起“全球病毒基因组计划”PREDICT项目在中国的十年间，与石正丽博士等病毒学研究组在云南，广西，广东等地采集了大量的蝙蝠相关样品，并与当地可能和野生动物有密切接触的村民进行标本的采集和血清学诊断，通过PREDICT项目对提取的病毒进行的鉴别与分类，监控病毒发展的趋势，寻找病毒传播的路径，防止病毒从蝙蝠感染人类的事件发生。诚然，PREDICT项目的终结是科学界的一大损失，在其运行的十年间，PREDICT项目在全球范围内总计收集了超过10万件样品，鉴定出了超过一千种新型病毒，包括一种新型埃博拉病毒，并在全球亚非拉美州的发展中国家培训了大量卫生安全和传染病防护人员。图9.（左上）研究人员在广东处理蝙蝠样品（右上）研究人员在云南的山洞中搜寻可能携带病毒的蝙蝠（下）研究人员在广西桂林漓江七星岩洞内勘察地况PREDICT项目迄今已经完成了两个阶段，2009-2014年为第一阶段，称为PREDICT1，2015-2019年为PREDICT2，总计花费已超过2亿美元[27]，仅生态健康联盟一家合作机构从2011年起就获得了超过七千四百万美元的财政拨款，2018年更是达到了一千五百万美元[28]。然而，特朗普总统上台后，对外交和外国援助的财政预算进行了大幅削减。美国国务院及美国国际开发署的年度财政预算从2017年的549亿美元降低到了2018年的376亿美元和2019年的393亿美元[29]，受此影响，美国国际开发署2019年的年度财政预算被削减了33%，只有168亿美元的总计预算[30]。2019年10月，美国政府最终宣布彻底关闭PREDICT项目。美国国际开发署国际卫生安全和发展司总监丹妮丝·卡罗尔博士表示，喜欢规避风险的官僚主义是造成这一结局最主要的原因之一：“美国国际开发署更倾向于通过已经经过测试的较为完善的项目向发展中国家提供经济援助，比如疟疾蚊帐等项目。相比之下，PREDICT项目更像是一个科学项目。[31]”图10.生态健康联盟2018年财务报表纵观如此浩大的一场人与病毒之间的全球战役，PREDICT项目为人类提供了一个非常好的示例和思路。2018年，由DennisCarroll博士，PeterDaszak博士，JonnaMazet博士以及中国疾病预防控制中心主任高福博士等人发起了一项更为野心勃勃的全球病毒基因组计划（TheGlobal Virome Project），试图将大自然中对人类健康构成威胁的病毒一一鉴别出来，以便及时应对可能出现的疫情。根据PREDICT全球项目总监，加州大学戴维斯分校教授JonnaMazet的估计，完成整个项目的总费用可能高达35-40亿美元[32]。自然界现存的病毒多达数十多万种，如果我们可以从自然界中提取到这些病毒，并进行预先分类与处理，研究其致病的机理，并对野生市场和与野生动物进行频繁接触的人群进行监控，对医院等疫情可能爆发的场所进行症候群监测，对出现特定病症的病人和数量设定预警机制，相比此次爆发的新冠疫情，或许在下一场重大疫情来临之时，我们可以比现在准备得更加充分一些。随着人类生存空间在生态系统中的逐渐扩张，人与动物的接触将更加频繁，新发人畜共患传染病的风险也将随之增加，由于全球化进程的发展，未来对具有高度传染性的未知新发传染病将会是一个全球化问题，需要全球公共卫生系统协同监测，加强早期检测的准确度，做到快速应对与及时防控；另一方面，我们也需要更加重视相关的病毒学研究课题，发展合成生物学与生物信息学等领域的关键技术，培养技术与防护人才，努力将未来新发疾病可能带来的风险与影响降至最低。注解：【注1】：项目编号：1R01AI132178-01，广谱抗病毒GS-5734用于治疗MERS以及其他相关新发冠状病毒(Broad-spectrum antiviral GS-5734 to treat MERS-CoV and related emerging CoV)【注2】：2005年研究由中国国家重点基础研究发展计划（973计划）”自然储存宿主在病毒传播中的作用”（项目编号：2005CB523004），中国科技部国家“863”高技术发展计划(项目编号：2005AA219070)，欧盟委员会SixthFramework Program “EPISARS”（no. 51163），澳大利亚生物安全合作研究中心传染病项目（Project1.007R），以及美国国立健康研究院，美国国家科学基金会‘‘Ecologyof Infectious Diseases’’（Award No.R01-TW05869）联合资助【注3】：2013年研究由中国国家自然基金重大项目“动物源病原体的发现及其对人类致病性研究”（项目批准号：81290050），中国国家科技基础性工作专项重点项目“我国重要自然宿主及媒介昆虫的病毒病原调查”（项目编号：2013FY113500），中国国家重点基础研究发展计划（973计划）“重要病毒跨种间感染与传播致病的分子机制研究”（项目编号：2011CB504701）和“重要病毒的入侵机制研究”（项目编号：2010CB530100），中国国家自然科学基金（项目批准号81290341和31321001），以及美国国家过敏与传染病研究所，美国国立健康研究院，美国国家科学基金会，美国国际开发署（Award No. R01AI079231: “Risk of viral emergence from bats; Award No.R01TW005869: “Ecology and Evolution of Infectious Diseases”; Award No.R56TW009502: “International Influenza Funds”; PREDICT）等机构共同资助完成。参考文献：[1]. 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文/Alex Cui （生物信息学博士，美国生物科技公司计算生物学科学家）
图8：（上）PREDICT项目在中国的样品监控网络（下）PREDICT项目对中国提取样品的分析报告
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