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        早期組織樣本殘留HIV痕跡

        2019-10-24 07:37:44編譯凌寒
        世界科學(xué) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:起源痕跡基因組

        編譯 凌寒

        為了解這種病毒的歷史,一個(gè)研究小組致力于從人們還不知道這種病毒存在的時(shí)候開始重建它的基因組。

        1966年,一名38歲的男子來(lái)到了現(xiàn)剛果民主共和國(guó)的一家醫(yī)院。除了年齡和性別以外,他的名字,他的癥狀以及他的一切都已經(jīng)被遺忘在了歷史的長(zhǎng)河中。但是他的一個(gè)淋巴結(jié)被收集并保存了下來(lái)。通過(guò)對(duì)該淋巴結(jié)的分析,由亞利桑那大學(xué)的邁克爾·烏羅貝(Michael Worobey)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員表示,這名男子感染了HIV——可導(dǎo)致艾滋病的病毒。然而,這名男子不會(huì)知道,他的醫(yī)生也不會(huì)知道。17年后,HIV正式被發(fā)現(xiàn)。

        通過(guò)從該組織樣本中獲取微小的基因片段,烏羅貝的團(tuán)隊(duì)幾乎完全重建了HIV的基因組,而在此之前,甚至沒(méi)有人知道它的存在。這項(xiàng)工作有助于充實(shí)人類歷史上最重要的一種流行病起源的故事?!皼](méi)有其他方法來(lái)檢驗(yàn)這些關(guān)于人類有史以來(lái)最重要的傳染病之一的起源的重要推斷,”烏羅貝說(shuō),他花了大約五年的時(shí)間試圖拼湊出那個(gè)微小的基因組,“回顧性研究中,我們可能還會(huì)再做一次,但是工作量大得不得了。”

        直到20世紀(jì)80年代,一種神秘的新型綜合征開始影響到美國(guó)男性,HIV才被發(fā)現(xiàn)。它似乎不知從何而來(lái),但是實(shí)際上幾十年前它就在一個(gè)遙遠(yuǎn)的大陸上產(chǎn)生了。我們知道這一點(diǎn)是因?yàn)殡S著病毒的傳播,它的基因會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)比較這些變化并估計(jì)它們發(fā)生的速度,科學(xué)家們可以追溯到HIV病毒進(jìn)化史的最前端。

        最有可能的發(fā)源地:喀麥隆南部。估計(jì)的時(shí)間點(diǎn):20世紀(jì)20年代。就在當(dāng)時(shí),當(dāng)?shù)匾环N黑猩猩病毒感染了某個(gè)不幸的人,然后進(jìn)入了現(xiàn)在被稱為金沙薩的城市。在一個(gè)人口眾多、宿主數(shù)量巨大的發(fā)展中心,這種新病毒獲得了一席之地,最終在世界各地蔓延滋生。

        這段漫長(zhǎng)的歷史意味著,在人們知道是什么使得他們生病之前,許多人肯定已經(jīng)感染了HIV。病理學(xué)家采集了他們的組織樣本,用化學(xué)固定劑處理,包埋入石蠟中,在顯微鏡下檢測(cè)(可能無(wú)濟(jì)于事),然后儲(chǔ)存在抽屜里。這個(gè)過(guò)程(尤其是固定劑)對(duì)構(gòu)成HIV基因組的RNA分子造成了可怕的影響,“但還不足以完全破壞它們,”烏羅貝告訴我,“事實(shí)證明,即使樣本在室溫下被放置在抽屜里50多年,你也可以將其中的RNA提取出來(lái),即使金沙薩的室溫很暖和。”

        但是由于當(dāng)時(shí)HIV還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn),所以很難判斷哪個(gè)舊樣本可能含有病毒的痕跡。找到這些痕跡簡(jiǎn)直就像大海撈針。因此,盡管在HIV被發(fā)現(xiàn)之前進(jìn)行了20年的搜尋,科學(xué)家們卻只在金沙薩發(fā)現(xiàn)了兩次HIV的蛛絲馬跡也就情有可原了。一次是洛克菲勒大學(xué)的大衛(wèi)·何(David Ho)在1959年的血液樣本中發(fā)現(xiàn)了HIV;另一次是烏羅貝在1960年的一個(gè)淋巴結(jié)中發(fā)現(xiàn)了HIV。

        在這兩例發(fā)現(xiàn)中,病毒的RNA殘留量已經(jīng)微乎其微——只占總量的1%。這些碎片已經(jīng)足以證明HIV在被發(fā)現(xiàn)之前的幾十年就在已經(jīng)在金沙薩傳播,同時(shí)也足以勾勒出該病毒歷史的輪廓。但由于零散的證據(jù)可能會(huì)誤導(dǎo)人,烏羅貝想要獲得一個(gè)完整的歷史性基因組。

        他的同事索菲·格里塞爾斯(Sophie Gryseels)和湯姆·沃茨(Tom Watts)開發(fā)了更靈敏的提取RNA的工具,并將它們應(yīng)用于金沙薩大學(xué)保存的1 600多個(gè)組織樣本中。他們只找到了一個(gè)帶有HIV痕跡的樣本,并花了5年時(shí)間盡自己所能從樣本中提取每一個(gè)RNA片段?!澳憧梢岳梅浅?fù)雜的進(jìn)化模型來(lái)追溯歷史上發(fā)生了什么,但它們?nèi)匀恢皇悄P投?,”格里塞爾斯告訴我,“利用古老的遺傳物質(zhì),你可以看到它們真實(shí)的樣子。”

        這種古老的病毒與c亞型的病毒最為相似,c亞型是HIV最流行的譜系,也是如今在非洲南部占主導(dǎo)地位的HIV譜系。但1966年的病毒并不屬于這一群體。它更像是一個(gè)遠(yuǎn)房表親,這表明我們今天看到的HIV只是20世紀(jì)60年代金沙薩HIV綜合多樣性的一小部分。這些歷史性病毒中只有少數(shù)爆發(fā),成為全球性問(wèn)題。

        “我們?yōu)槭裁磿?huì)對(duì)化石感興趣?因?yàn)樗鼈冎v述了一個(gè)故事,”佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院研究HIV進(jìn)化的比阿特里斯·韓(Beatrice Hahn)說(shuō)道,“這個(gè)HIV‘化石’也不例外。這是進(jìn)化之謎中的重要一環(huán)?!?/p>

        研究小組還利用1966年的樣本來(lái)核實(shí)他們與其他人通過(guò)觀察現(xiàn)代病毒收集到的HIV的歷史。令人欣慰的是,這種說(shuō)法基本上是正確的。研究小組估計(jì),這種病毒最早出現(xiàn)在1896至1905年之間——比其他人的計(jì)算時(shí)間略早一些,但都是在正確范圍之內(nèi)。如今的HIV似乎是其過(guò)去的一個(gè)良好指示器。

        病毒并不總是這樣。當(dāng)研究人員發(fā)現(xiàn)青銅時(shí)代乙肝病毒的蹤跡時(shí),他們發(fā)現(xiàn)這種病毒的進(jìn)化速度只是所有人想象的1/100,這從根本上修正了對(duì)其起源的估計(jì)。即使是SIV——可感染黑猩猩的HIV的表親——在遙遠(yuǎn)的過(guò)去和近代史上的進(jìn)化速度也各不相同,因此很難弄清它是什么時(shí)候出現(xiàn)的。相比之下,HIV則更為穩(wěn)定?!斑@非常令人振奮。”烏羅貝說(shuō)。

        花大量時(shí)間去學(xué)習(xí)那些你所知道的差不多正確的東西,似乎并不能令人多么興奮,但科學(xué)正依賴于這樣的工作。沒(méi)有它,整座科研大廈就只能建立在搖搖欲墜或根本不存在的基礎(chǔ)上。

        洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的貝蒂·考博(Bette Korber)說(shuō),這項(xiàng)研究“令人欽佩”,“HIV出現(xiàn)和傳播的重建非常重要?!笨疾┞氏冗M(jìn)行了這樣的重建:她利用自己和其他人(包括烏羅貝的團(tuán)隊(duì))反復(fù)使用的一個(gè)基因數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)HIV的起源日期做出了首個(gè)像樣的預(yù)估。她指出,有6 000萬(wàn)至1億人感染了HIV,2 500萬(wàn)至5 000萬(wàn)人已死亡,HIV造成的苦難堪比曾經(jīng)的世界大戰(zhàn)?!癏IV給整個(gè)人類留下了最深重的傷痛。”她說(shuō)道,“這是人類經(jīng)歷的一部分。我們需要理解它?!?/p>

        烏羅貝補(bǔ)充說(shuō),如果沒(méi)有幾十年前收集相關(guān)組織樣本的剛果病理學(xué)家的辛勤工作,這是不可能實(shí)現(xiàn)的。他們的名字不為人知,甚至他們現(xiàn)如今的同行也可能被忽視?!八麄兘?jīng)常不被賞識(shí),”烏羅貝說(shuō),“它們不僅能幫助與你直接交流的醫(yī)生,還在保存這些組織方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,這些組織現(xiàn)在正在幫助我們弄清這種重要病毒的真實(shí)歷史?!?/p>

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