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）
01
“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。
02
“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。
03
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
04
石正丽研究团队为何选择与美国全球PREDICT计划合作
在国内病毒界，作为中国新发病毒研究领域的顶级专家，石正丽博士现任中科院武汉病毒所新发传染病中心主任、武汉国家生物安全四级实验室（P4）副主任、生物安全三级实验室主任、生物安全工作委员会主任、新发病毒学科组组长、中科院武汉病毒所博士生导师。
石正丽博士长期从事新发病毒的病原学研究，在病毒的分离和鉴定、病毒的遗传进化、病毒的检测技术、病毒的分子流行病、野生动物传播的病毒的病原学、分子流行病学以及病毒的感染机理方面都有着丰富的研究经验。
自2004年，她开始从事野生动物如蝙蝠病毒的研究工作，主要研究蝙蝠携带的、与人畜健康相关的新发传染性病毒如SARS冠状病毒、尼帕病毒、埃博拉病毒、汉坦病毒的分子流行病学及其跨物种感染的分子机理的研究。其研究组于2004年首先试图从广东和广西的果蝠身上提取SARS相关病毒，然而在八个月的时间内一无所获。于是他们改变策略，通过对被SARS病毒感染过的蝙蝠种群进行SARS病毒抗体的检测，最终在广西和湖北的三种菊头蝠体内发现了SARS病毒的抗体，并在这三种蝙蝠体内检测到了多株不同基因型的、与SARS病毒基因组高度相似的SARS样冠状病毒，证明蝙蝠是SARS样冠状病毒的自然宿主，为SARS病毒的动物溯源提供了有力的证据。
这个里程碑式的工作由石正丽博士与时任澳大利亚联邦科学和工业研究组织（CSIRO）畜牧业动物安全实验室的研究员，现任杜克-新加坡国立大学医学院教授、澳大利亚技术科学与工程院院士王林发团队、澳大利亚昆士兰农渔部的Craig Smith和Hume Field博士，以及时任国际保护医学联盟执行董事，现任生态健康联盟首席执政官的Peter Daszak博士共同研究完成，该研究随后被发表在了2005年的《科学》杂志上[20][注2]，奠定了石正丽在新发病毒学界的地位。
随着研究的进行，石正丽博士逐渐认识到，对新发的动物源病毒，不断溯源找到其寄宿的自然宿主的重要性。随后，她带领她的研究团队足迹遍布于中国的28个省市自治区，在人迹罕至的偏远山洞之中，试图采集蝙蝠所携带的不同种类的冠状病毒，以期待可以找到SARS病毒的源头。
05
美方取走了上万件中国蝙蝠及人体等病毒样品？
2011年，石正丽博士的研究组与由美国国际开发署（USAID）资助的非营利性机构生态健康联盟（EcoHealthAlliance）合作，通过PREDICT项目中国病原探索项目（PREDICTChina Pathogen Discovery）[21]，终于在云南昆明60公里外的的一个未被公布的山洞中，从中华菊头蝠的粪便里，分离并检测到了和SARS病毒高度同源的一株蝙蝠SARS样冠状病毒，这项研究工作随后联合美国生态健康联盟首席执政官PeterDaszak博士与加州大学戴维斯分校（Universityof California-Davis）教授JonnaMazet等研究组共同发表在了2013年的《自然》杂志上[22][注3]，首次证明了中华菊头蝠是SARS病毒的天然宿主。
随后，石正丽团队持续在云南的山洞中进行了长达五年的监测，每年取样两次，并将样品与包括冠状病毒科(Coronaviridae)，副黏液病毒科(Paramyxoviridae)，丝状病毒科(Filoviridae)，黄病毒科(Flaviviridae)和正粘病毒科(Orthomyxoviridae)等几个不同的病毒种属进行比较，然后通过DNA凝胶电泳的方法进行进一步的确认。
随后研究人员会将扩增的DNA样品寄送到德国或美国的样品中心进行进一步的测序和鉴定，以确定病毒是否含有潜在的毒性。
样品中心最后会将样品的基因序列和基因注释回复给武汉病毒所。
功夫不负有心人，石正丽博士的研究组最后终于在山洞中发现了十多株不同类型不同基因序列相似度的SARS样冠状病毒，SARS病毒所包含的基因元件均在这些病毒中有所体现，而且可以利用人、果子狸和中华菊头蝠ACE2作为其功能受体，感染人、猪、猴以及蝙蝠的多种细胞。随后的生物信息学分析也证实了SARS病毒是经过几个蝙蝠SARS样冠状病毒重组而成，该项研究于2017年发表在《PLoSPathogens》杂志[23]。
图4.石正丽研究团队在蝙蝠洞布网，野外捕捉蝙蝠，处理样品
在偏远的山洞中搜寻蝙蝠可能携带的病毒其实并非一个寻常之举，与石正丽博士和武汉病毒所从2010年就开始合作的生态健康联盟，在全球范围都有类似的研究项目。
生态健康联盟是一家由美国国际开发署直接资助的非营利性研究机构，成立于1971年，总部位于纽约市，在2008年，生态健康联盟在PeterDaszak博士的带领下在《自然》杂志上发文，第一次提出了“全球疾病热点地图”的概念，并首次描绘出了全球受新发传染病威胁最大的几个区域，随后与美国国际开发署合作，在全球疾病热点地区大力发展PREDICT项目。该项目是美国国际开发署资助的新发传染病威胁（EmergingPandemic Threats (EPT)）计划的一部分。而石正丽博士作为国内新发传染病领域的专家，正是通过该计划开始了与生态健康联盟之后的病毒采集合作。出于对新发传染病病毒预防与监控相同的研究理念，双方的合作一拍即合。
新发传染病威胁计划旨在将动物学和人类健康专家整合起来帮助发展中国家应对传染病早期检测，传染病实验室诊断和迅速响应，以及降低传染病对地区和国际间的污染与危害。新发传染病威胁计划一共包含PREDICT,PREVENT, IDENTIFY, 以及RESPOND四个项目，作为其中最重要的一环，PREDICT项目起始于2009年，由美国国际开发署通过其合作伙伴加州大学戴维斯分校，生态健康联盟，Metabiota公司（前身为全球病毒预测公司GlobalViral Forecasting Inc.），史密森学会（SmithsonianInstitution），野生动物保护协会（WildlifeConservation Society）以及来自哥伦比亚大学（ColumbiaUniversity）和哈佛大学（HarvardUniversity）方面的技术支持，与亚洲，非洲和南美洲的35个国家协同合作[24]，对发展中国家的技术人员提供培训与技术支持，对可能引发流行病的病毒以及与野生动物有着密切接触的人群进行监控与预警。
PREDICT项目的最终目标就是建立一个全球协作的病毒监控系统，用以监测可能造成大范围流行病的病毒爆发事件，并及时鉴别病源的类型。与传统监测手段不同的是，PREDICT并没有把监控重心放在医院等病毒可能爆发的场所，而是退一步希望借助生态学方法，通过一个更为宽泛的视角去了解病毒究竟是怎样在生态系统中与各种动物和不断开疆辟土的人类进行互动，如何在人类的身边与人类共存，并逐步进入人类的生态链之中。
PREDICT项目的研究团队遍布于全世界31个合作国之中，对一些动物与人类有着密切接触的热点地区和关键区域进行实地考察，建立由各地情报员组成的监控网络，用以监督当地主要的野味市场和农贸场所，并对市场上发现的非法野生动物贩卖和异常的交易活动进行上报，并由研究人员对热点区域可能存在的病毒进行预防性提取，对新发现的病毒进行录入，监测当地病毒的种类并评估病毒潜在的危害性，研究可能的应对方法，并对可能发生疫情进行预警[25]。
图7.生态健康联盟与各地研究机构展开全球合作
根据PREDICT项目公开的数据显示，自2008年4月至2018年9月，PREDICT项目针对冠状病毒总计在中国采集了约388批次，8680件来自蝙蝠，老鼠及人体的病毒样品进行监测预警，其中PREDICT 1 项目为238批次，4874件样品，PREDICT 2项目为150批次，3806件样品。以及总计241批次PREDICT 1和PREDICT 2项目的样品检测结果。据统计，至少有上万件左右的动物及人体的病毒，被运至美国的试验室里。
这个试验室给出的结果，是绝大部分的监测结果都表示“目前没有证据表明此病毒样品有可能会对人类健康构成潜在威胁”，其中在2011年检测到了一株SARS样冠状病毒HKU3和一株SARS相关冠状病毒RsSHC014，以及在2013年检测到了一株β属冠状病毒PREDICT-CoV-57和一株温带蝙蝠β属冠状病毒时PREDICT项目都对可能发生的疫情做出了预警提醒。
而RsSHC014冠状病毒正是石正丽研究组2005年发表在《科学》杂志上的三株新发现的SARS样冠状病毒之一，也是日后石正丽研究组与北卡的RalphBaric教授引发争议的2015年合作文章中构建嵌合体病毒所用到的病毒材料之一。PREDICT项目当时对此病毒的预警为“这是一株近期报道的在中华菊头蝠上发现的β属SARS样冠状病毒RsSHC014 (Genbank访问编号 KC881005)。此病毒比之前鉴定出的所有蝙蝠类冠状病毒都更接近SARS病毒，特别是其纤突蛋白的受体结合域。
该病毒已经被Ge等人在文章 (doi:10.1038/nature12711) 中进行了全面的分析，此病毒对人类健康有潜在的重大威胁。[26]“ 2020年2月，美国病毒学家奥利瓦尔揭示了他在收集的数千只中国蝙蝠样本中的惊人发现：“我们总共发现了大约400种新的冠状病毒。这意味着有400个可能导致一场疫情爆发的候选病毒。”并直言蝙蝠携带新冠病毒可能直接感染人。
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
06
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。
图九：（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。
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本文首发于2020年02月27日
来源：CC周刊 ID:cancer-weekly
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