熊 芮, 高文軒, 彭宜紅

(北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系, 北京 100083)

國(guó)際病毒分類與命名委員會(huì)(International Committee on Taxonomy of Viruses,ICTV)是對(duì)病毒分類和命名的權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),其負(fù)責(zé)規(guī)范病毒的分類和命名,以便學(xué)術(shù)界能夠在相同的標(biāo)準(zhǔn)下清晰地了解和交流有關(guān)病毒的信息。

20世紀(jì)90年代,ICTV使用目(order)、科(family)、亞科(subfamily)、屬(genus)和種(species)5個(gè)等級(jí)的病毒分類系統(tǒng)對(duì)病毒分類。20世紀(jì)末,隨著宏基因組測(cè)序技術(shù)等組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,新發(fā)現(xiàn)的病毒數(shù)量倍增,預(yù)期還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的病毒[1,2]。面對(duì)不斷增長(zhǎng)的數(shù)量龐大的病毒種類及其復(fù)雜的關(guān)系,亟待有更加科學(xué)、規(guī)范和系統(tǒng)的病毒分類和命名方法[3-5]。應(yīng)對(duì)這一需求,2019年ICTV推出了一個(gè)開放動(dòng)態(tài)的框架,將病毒歸類為15個(gè)等級(jí)(rank)或階元(taxa)[6],以反映病毒之間復(fù)雜的互相關(guān)系和宏觀進(jìn)化機(jī)制[7]。ICTV在其官網(wǎng)及時(shí)更新了按此新系統(tǒng)變更的病毒分類信息。本文將對(duì)ICTV的組織架構(gòu)、ICTV報(bào)告、ICTV病毒分類系統(tǒng)和展望內(nèi)容進(jìn)行介紹。

1 國(guó)際病毒分類委員會(huì)組織架構(gòu)

國(guó)際病毒分類委員會(huì)(ICTV)的前身是1966年成立的國(guó)際病毒命名委員會(huì)(International Committee on Nomenclature of Viruses,ICNV)。1971年,ICNV發(fā)布了第一版病毒分類與命名報(bào)告(Classification and Nomenclature of Viruses 1st Report of the International Committee on Nomenclature of Viruses,ICNV 1st Report)[8,9]。1973年,該委員會(huì)更名為ICTV,并成為國(guó)際微生物學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)(International Union of Microbiological Societies,IUMS)下屬機(jī)構(gòu),專門進(jìn)行病毒分類學(xué)研究。ICTV執(zhí)行委員會(huì)(Executive Committee, EC)由ICTV官員(officer)、分委員會(huì)主席(subcommittee chairs)和入選委員(elected members)共同組成,行使ICTV工作職能。目前,ICTV執(zhí)行委員會(huì)下屬有7個(gè)分委員會(huì)(subcommittee)(Table1)。各分委員會(huì)按病毒科為單位設(shè)立研究小組(study group,SG),目前至少有123個(gè)研究小組,例如冠狀病毒研究小組(Coronavirus Study Group,CSG)。

Table 1 The List of the (host-specific) ICTV subcommittees

2 國(guó)際病毒分類委員會(huì)報(bào)告

ICTV通過(guò)不定期發(fā)布的關(guān)于病毒分類和命名的官方報(bào)告,即ICTV報(bào)告(ICTV report),不斷修改、更新和完善病毒的分類和命名。報(bào)告包含了對(duì)病毒分類的最新更新和修訂,以及對(duì)新發(fā)現(xiàn)病毒的描述和命名建議。ICTV報(bào)告是研究人員在病毒學(xué)領(lǐng)域中了解和引用病毒分類學(xué)信息的重要參考資料。

2.1 ICTV報(bào)告歷代版本

ICTV出版的ICTV報(bào)告(ICTV report)詳細(xì)記錄了所有納入分類的病毒信息,包括病毒的分類等級(jí)及分類名稱、理化性狀及生物學(xué)特性等。相關(guān)研究小組負(fù)責(zé)新病毒分類命名提案,經(jīng)ICTV批準(zhǔn)后,信息以ICTV報(bào)告及病毒分類數(shù)據(jù)庫(kù)的形式發(fā)布。ICTV至今已出版9版紙書報(bào)告(Table 2),自2017年起,ICTV僅在線發(fā)布并動(dòng)態(tài)更新報(bào)告,并停止了紙書報(bào)告出版。目前,ICTV采用的是2019年的15個(gè)等級(jí)的病毒新分類系統(tǒng),以在線方式在其官網(wǎng)發(fā)布。ICTV的分類原則通?；?(1)核酸類型;(2)病毒衣殼的結(jié)構(gòu)及有無(wú)包膜;(3)用于翻譯病毒蛋白質(zhì)的基因表達(dá)程序;(4)宿主范圍;(5)致病性以及序列相似性。這些生物學(xué)特征仍是病毒分類的重要依據(jù),但利用病毒基因組序列相似性和系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系來(lái)定義和甄別病毒是目前病毒分類中首選的重要參考指標(biāo)。新版ICTV報(bào)告與前一版的差別主要涉及新發(fā)現(xiàn)病毒的分類與命名、根據(jù)科學(xué)研究進(jìn)展對(duì)分類與命名等信息的修訂、對(duì)分類原則和標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整,以及分類體系的重組和優(yōu)化等內(nèi)容。這些修改內(nèi)容反映了病毒學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展以及對(duì)病毒本質(zhì)認(rèn)知的深入,以期不斷建立一個(gè)更準(zhǔn)確和全面的病毒分類系統(tǒng)。

2.2 ICTV報(bào)告的主要內(nèi)容

以15個(gè)等級(jí)的病毒新分類系統(tǒng)為例介紹ICTV報(bào)告的主要內(nèi)容。首先訪問(wèn)ICTV網(wǎng)站:https://ictv.global,找到頁(yè)面上方的report界面,光標(biāo)放置在其右下放的“▼”可以看到到5個(gè)欄目(Fig1),點(diǎn)擊“Current Report Chapters” →“Chapter List:Text”,可以看到按基因類別(By Genome Type)劃分的7個(gè)模塊,各模塊以病毒科為單位按26個(gè)英文字母順序依次排列(Table 3)。此外,還有亞病毒因子(subviralagents)模塊和未分類病毒(unclassified viruses)模塊。目前,尚有大量病毒無(wú)法納入上述系統(tǒng)分類。

Table 2 Classification and nomenclature of viruses publication list

在ICTV Report界面的各模塊下,可以檢索已納入上述分類系統(tǒng)的病毒科及亞科、屬及亞屬、以及病毒種的分類情況及名稱、參考/代表病毒株(俗名),以及相應(yīng)的病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì),以及分類依據(jù)等內(nèi)容。例如,要查找β-冠狀病毒屬(Betacoronavirus)的分類情況及相關(guān)信息,通過(guò)選擇ICTV Report→Current Report Chapters →Chapter List:Text →Positive-sense RNA Viruses→Coronaviridae→ Betacoronavirus,可以檢索查詢到β-冠狀病毒屬(Betacoronavirus)下的嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome,SARS-CoV)及新冠病毒(SARS-CoV-2)有關(guān)詳細(xì)資料,這極大方便了專業(yè)人員獲得相關(guān)病毒最新的權(quán)威的信息,便于學(xué)術(shù)界相互交流。

Table 3 The List of the 7 parts in the ICTV report

2.3 ICTV報(bào)告內(nèi)容的其他新進(jìn)展

ICTV線上報(bào)告會(huì)根據(jù)最新的研究進(jìn)展在官方網(wǎng)站及時(shí)更新報(bào)告內(nèi)容。例如,截止至2023年10月,ICTV線上報(bào)告新增了包含多脂病毒科(Pleolipoviridae)等古菌病毒的ssDNA/dsDNA Viruses模塊,這一新模塊是基于2009年～2016年發(fā)表的相關(guān)研究而確定的。此外,新分類系統(tǒng)的ICTV在線報(bào)告中,移除了第9版ICTV report中屬于亞病毒因子(subviral agents)的真菌朊粒(fungal prions)、脊椎動(dòng)物朊粒(vertebrate prions),以及衛(wèi)星病毒及病毒依賴性核酸侵染子(satellites and other virus-dependent nucleic acids)。目前認(rèn)為,朊粒不符合基于核酸特性的ICTV分類原則(ICTV code, 3.3),故未納入病毒分類系統(tǒng)中。盡管如此,亞病毒因子模塊中類病毒(viroid)的內(nèi)容仍得以保留。鱷梨日斑類病毒科(Avsunviroidae)和馬鈴薯病毒科(Pospiviroidae)現(xiàn)分為2個(gè)獨(dú)立的亞病毒因子,相關(guān)內(nèi)容也可以按照科直接進(jìn)行查詢和檢索。

3 國(guó)際病毒分類委員會(huì)病毒分類系統(tǒng)

3.1 ICTV網(wǎng)站主要資源

1995年,ICTV官方網(wǎng)站正式建立,分別以紙書形式和在線方式發(fā)布ICTV報(bào)告,介紹病毒分類信息,新增的在線資源更方便讀者線上查閱。2017年后,ICTV報(bào)告以及有關(guān)信息僅線上發(fā)布,以動(dòng)態(tài)在線方式更新ICTV報(bào)告和病毒分類數(shù)據(jù)庫(kù)(Fig.1和Fig.2)。訪問(wèn)ICTV網(wǎng)站https://ictv.global,可以查找ICTV網(wǎng)站提供的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、免費(fèi)開放的ICTV報(bào)告資源。例如,可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的分類欄(taxonomy)或列表欄(master species list,MSL)直接查找病毒分類情況,并且可在病毒宏基因庫(kù)(virus metadata resource, VMR)中下載包含每個(gè)病毒種的參考病毒列表。

Fig.1 ICTV report search column

Fig.2 Virus taxonomy search column

3.2 病毒分類系統(tǒng)歷史沿革

自1971年發(fā)布的首個(gè)病毒分類和命名報(bào)告以來(lái),ICTV對(duì)病毒分類進(jìn)行了多次修訂。最初的報(bào)告僅有乳多空病毒科(Papovaviridae)和小RNA病毒科(Picornaviridae)科,以及包含這2科病毒在內(nèi)的病毒種290個(gè)[8,10]。1990年,ICTV首次在單負(fù)鏈RNA病毒分類中采用了比“科”更高級(jí)別的分類階元——“目”。1995年,動(dòng)物病毒和植物病毒統(tǒng)一使用科、屬、種的分類階元[11]。21世紀(jì)初,病毒分類標(biāo)準(zhǔn)從基于表型特征轉(zhuǎn)向基于基因組序列特征[8,12]。2017年,ICTV報(bào)告已包含9個(gè)病毒目和4 853個(gè)種。2019年,ICTV發(fā)布新的15個(gè)等級(jí)的病毒分類系統(tǒng),包括8個(gè)主要等級(jí)(principle rank)和7個(gè)次生等級(jí)(derivative rank),并提出了病毒“境”(realm)的概念[13]。到了2021年,大多數(shù)病毒被歸入了6個(gè)獨(dú)立的病毒境,截止到2023年9月,病毒種數(shù)目己有11 273個(gè)。此外,廢除了之前沿用的5個(gè)等級(jí)(目、科、亞科、屬、種)的分類系統(tǒng)(Table 4)。

Table 4 Realms and their taxonomy basis

3.3 病毒境(Realm)

目前,學(xué)術(shù)界尚未有對(duì)病毒分類的最高等級(jí)“Realm”的官方中文名稱。本文考慮到目前公認(rèn)的病毒起源與細(xì)胞生物起源的差異,將“Realm”譯為“境”,以便與ICTV設(shè)立的下一級(jí)分類等級(jí)“界”(kingdom)相呼應(yīng),也可與細(xì)胞生物分類的最高等級(jí)“Domain”的中文名稱“域”區(qū)別。此外,3.3內(nèi)容中涉及的病毒境的中文名也尚無(wú)官方中文名稱,歡迎學(xué)術(shù)界共同探討。

2018年,第1個(gè)被納入15階元新病毒分類系統(tǒng)的病毒境是Riboviria(核糖病毒境)。該病毒境中包括使用保守的RNA依賴的RNA聚合酶(RNA dependent RNA polymerase,RdRp)復(fù)制的 RNA 病毒。這些病毒在遺傳上具有高度多樣性,感染范圍廣,涵蓋了原核和真核細(xì)胞宿主,但這類RNA病毒都具有高度保守的RdRp Palm結(jié)構(gòu)域[20]。2020年,ICTV基于病毒復(fù)制和編碼病毒衣殼的病毒標(biāo)志基因(virus hallmark genes,VHGs)的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,建立了3個(gè)新病毒境:(1)Duplodnavir(雙鏈DNA病毒境):具有編碼HK97-MCP(major capsid proteins)以及將基因組DNA包裝成核衣殼所需的小終止酶亞基(small terminase subunits)的dsDNA病毒;(2)Varidnaviria(多變DNA病毒境):具有編碼保守的主要衣殼蛋白(jelly-roll major capsid proteins,JR-MCPs)的DNA病毒;(3)Monodnaviria(單鏈DNA病毒境):包括所有ssDNA病毒。2021年,ICTV進(jìn)一步建立了2個(gè)新病毒境:(1)Adnaviria(A型DNA病毒境):具有線性雙鏈DNA (dsDNA)基因組的絲狀古菌病毒;(2)Ribozyviria(核酶病毒境):包括新設(shè)立的三角病毒科(Kolmioviridae)、德爾塔病毒屬(deltavirus)等8個(gè)病毒屬。

在最高分類階元6個(gè)病毒境之下,ICTV還設(shè)立了界(kingdom)、門(phylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、屬(genus)和種(species)主要分類等級(jí),截止到2023年9月,在ICTV官網(wǎng)Taxonomy目錄(https://ictv.global/taxonomy)中的病毒分類情況及舉例如Fig.3所示。

Fig.3 Virus taxonomy structure of ICTV

4 問(wèn)題與展望

病毒分類曾有多種方案,如基于病毒對(duì)細(xì)胞的親嗜性、病毒引發(fā)的癥狀和流行病學(xué)分類,以及現(xiàn)仍在使用的Baltimore法[21]。但這些方法,包括ICTV的5級(jí)系統(tǒng),都未能明確描述病毒間的進(jìn)化關(guān)系[22,23]?；驕y(cè)序技術(shù)的進(jìn)步促使更多地關(guān)注病毒在宿主和生態(tài)系統(tǒng)下的宏觀進(jìn)化情況[24-26]。目前認(rèn)為,細(xì)胞生物由同一祖先(the last universal cellular ancestor, LUCA)起源[27],但病毒的起源卻是多樣的[28],故病毒無(wú)法統(tǒng)一歸類在一個(gè)最高分類階元下。ICTV的病毒5級(jí)分類系統(tǒng)無(wú)法體現(xiàn)這種宏觀的病毒進(jìn)化理論,也無(wú)法區(qū)分不同病毒間的進(jìn)化順序和進(jìn)化關(guān)系[29],ICTV的新15級(jí)病毒分類系統(tǒng)則能體現(xiàn)同一病毒境(realm)源于一共有祖先[30],這有利于建立不同病毒分類間的內(nèi)在關(guān)系[31]。目前,尚有十幾個(gè)病毒科未納入已有的病毒境,可以預(yù)期,隨著新的病毒境的確立以及基因組測(cè)序及分析技術(shù)的進(jìn)步,其病毒分類定位及其與細(xì)胞生物的關(guān)系,以及生命的起源有望得到進(jìn)一步揭示和明確。