为什么能从基因序列来追踪新冠病毒的传染源,新冠检测基因

新冠肺炎目前在全球大流行。有人一定很奇怪，病毒的基因序列是什么东西？它是如何帮助专家确定传染源的？

作为一个理工男，我想通过“隐藏在办事窗口前的秘密”，来帮你理解基因是怎样具有功能的，通过“神秘的信件”来告诉你基因是如何遗传和变异的，最后你将明白新冠病毒的基因序列是如果帮助确定传染源的。

隐藏在办事窗口前的秘密这里是一个行政服务中心，你坐在窗口边的椅子上准备办理事项。但你突然离开椅子站了起来，你低下了头（想靠近隔离玻璃上的窗口），弯下腰，还不行，稍微曲了一下腿，好了，你确定了整个姿势的正确性，然后就保持了这个姿势直到办事结束。

伴随着整个办事过程，你干了一件你自己也没有意识到的事情：你完成了一个被“低头哈腰”基因片段控制的的标准动作！

“基因片段”是我套用的词，它其实就是个物理的设施，关键部分是椅子和玻璃窗口的高低组合！这个设施能引起人的感知和反馈，于是，这个设施就能控制人。我把它叫做“基因片段”，是因为它和生物的基因片段一样，因自己的结构而具备控制事物的能力，能够促成作用对象做出对应的确定的动作。这个“低头哈腰”基因片段就决定了你要做以上“低头哈腰”动作，换成其他人来也大致如此。

这个“低头哈腰”基因片段的组合稍稍变异一下，把玻璃窗口的高度调上来，新的基因片段变异成功了，这个新基因片段将控制你完成“平起平坐”的标准动作。

不管是“低头哈腰”动作还是“平起平坐”动作，参与的人都是不由自主的，是被这个椅子和窗口的高低组合控制的，这个组合蕴含着特定程序信息，该程序信息对应着被作用对象将做出的规定动作，该程序信息是对这个物理结构在功能上的归纳和命名。

在生物的细胞和病毒内，具备控制动作功能的物质设施就是DNA大分子，DNA分子上的程序信息被命名为“基因”，DNA上的功能片段就叫基因片段。基因通过有机大分子本身的结构、离子的电场和化学键以及这些的组合，作用在细胞液内的化学离子和化学分子上，从而完成相应的分子级别的动作。细胞和病毒让人们惊叹的行为，不过是按照基因上的程序信息按部就班的动作而已。

人们常常把“基因”和“遗传”这两个词连在一起，其实，把“基因”和“控制”两个词连在一起更好，“遗传”也是“控制”的一种。

有人似乎认为椅子和窗口的高低组合所控制的动作没有意义。但什么是“意义”呢？生命的微观细节都是和“低头哈腰”动作一样，本身是不具有意义的，“意义”只是宏观效果才能呈现的，也是人类意识和思维附会上去的。落花本无情，流水亦无意，种种情绪都是人类附会上去的。如果硬是要扯上意义，则动作的唯一意义就是存在，是它本身。

当然把椅子和窗口的高低组合叫做基因片段确实是牵强了一些，它只演示了基因发挥功能的原理，但演示不了基因的遗传和变异，下面的“神秘的信件”将让你明白什么是遗传和变异。

神秘的信件“（a）你好，新冠肺炎全球流行2年了。为了遏制其流行，全球三大密宗共同发起了一个活动。信不信由你，它有着神奇的力量。(b)请你把这封信的文字完整抄写5份，每份信装在绿色的中号信封里，信封居中写“神奇的转折”。你把5份新的信件偷偷送给你的同事、朋友、亲戚，如果他们跟你一样看到了这封信，你的功德完满了，你将不容易罹患新冠肺炎。(c)切记，如果你收到这封信，但不转发，你将……。不要怀疑这个世界有神奇的力量，我们人类的知识太少！切记！切记！！”

是不是很熟悉？手机和互联网普及之前，这类幸运平安信件曾经有过多次大流行。现在，各种微信群里也有类似的幸运平安消息。

不要小看了这封信，它的流行特征和新冠病毒的流行特征有高度的相似性！把这个信件叫做病毒也不过分。我们下面先简单了解一下细胞和新冠病毒，再看看这个信件到底是怎样和新冠病毒类似。

动植物的细胞和病毒内部都有DNA（或RNA）分子，DNA（或RNA）分子上面排列着具有控制生化反应动作的基因序列，在基因序列的控制下，细胞内发生一系列的生化反应动作，这些动作维持了细胞和病毒的生存，这些动作还能使细胞裂变为两个和原来一模一样的细胞，实现细胞数量上的翻倍增殖。病毒比细胞小，寄生在生物细胞内，它的繁殖是通过复制而不是裂变产生的。各种生物的基因是不同的，因此，基因控制的微观动作也不同，从而导致各种生物的宏观特征也就不同，呈现出千差万别的多样性。

新冠病毒可以简化理解为外壳和内核，外壳是长有凸起的蛋白质包膜，内核主要就是载有基因序列的RNA分子，新冠病毒寄生在人体细胞内，它能在细胞液里复制和自已一样的新的病毒。新冠病毒之所以长这个样子，具备这个特征，秘密就在它的基因里。复制它的基因，从而产生新的病毒，自然和原来的病毒一个样子。

如果把上面的神秘信件当作新冠病毒，那么信件的信封是外壳，里面的信纸是RNA，信纸上的文字序列是基因序列。信件的特征是：绿色中号，中央有“神奇的转折”的文字，信纸上的文字是“你好，新冠肺炎全球流行2年了……切记！切记！！”。这个信件的上述特征是由它自身基因决定的，具体说是信纸上的文字序列决定的。信件还有一个特征，它能快速繁殖，繁殖的后代和他高度相同，繁殖这一行为也是它自身基因即文字序列决定的。

这个信件能被人类感知和反馈，通过这种对人的作用来控制人做出相应的的动作，信件借助人类的动作实现生存和快速大量繁殖，这种流行信件的寄生环境是多疑而胆小的人类社会。新冠病毒寄生在生物细胞内，其生存和大量繁殖的原理和这个信件的生存和复制是类同的，只不过他们的构成材料和寄生环境不同，基因控制的动作也不同而已。

遗传和变异很显然，绝大部分新的信件跟老的信件是高度相同的，这叫做“遗传”。

但在信件的繁衍过程中，信件的基因有可能出错：比如把“绿”字不小心写成了“红”字，于是“变异”产生了，这个变异信件的后代就是红色信封了，我们把文字序列“绿”字所在的（b）段22位置叫做变异点，这个变异引起后代特征变化极其显著。如果（b）段14位置突变了，比如“5”变成了“9”，则此后这一分支的信件流传速度比原来要快很多倍；相反，如果“5”突变成了“1”，有可能导致这个分支的信件繁衍戛然而止了。

当然，如果（b）段1位置“请”字变异为“清”字，基本上对信件的流传没有太大的影响，说不定，“清”字很快又变异成“请”字了，因为由“清”变异为“请”的概率极大。还有一些关键位置的变异是致命性的，比如（a）段12位置的“2”变成了“8”，收信人就发现这个信太不可信了，这封信就被丢弃了，用生物学的术语来说，这个变异分支适应不了环境，被自然淘汰了。

总之，这个信件流行一段时间后，同时流传的的信件可能有以下几种：原始型、“清”型、“9”型、“1”型、“红”型。

检测基因序列来判断传染源我们现在来关注一个山村，有一半村民收到过新冠病毒信件，根据基因测序，大部分是原始型和“9”型，还有少量“红”型。

有一天，一个村民收到了“1”型信件。很显然，这封信不是从本村传来的。并且，全球“1”型只有个别城市有，最后，发现该村民有个远房亲戚在其中一个城市，于是就确定了，这个村民的信件是从那个远房亲戚传来的。基本上不考虑是本地原始型变异传来的，因为变异的概率比遗传的低，除非其它地方根本没有“1”型。

假如这个村民收到的是“红1”型的呢？根据全球从来没有报告过“红1”型的记录，这个“红1”型一定是本村的“红”型变异传来的，不会是外面的“红”型传来的，因为只有这个村报告有“红1”型，其他任何地方没有出现这个变异型。其实这样说是有逻辑漏洞的，有可能外面的“红”型有一个“1”型变异，而这个“红1”型恰好传来了，也有可能是外面的“1”型传来一个变异的。为什么不考虑这些可能？概率！这种情况的发生概率极低，基本上不可能发生。为什么概率极低？比如“1”型，“1”型数量极少，从“1”型变异为“红1”概率自然比从“红”型变异为“红1”型低。

总之，我们可以根据目标信件的基因序列、现存信件的类型及其数量和地域分布、以及人类的社会关系来判定目标信件的传播路径。这个方法同样适用于分析新冠病毒的传播。为了更准确地判定传染源，我们需要一个数据库，收集的信息包括：当前全球新冠病毒的基因类型、各类型之间的遗传变异关系、各类型的出现时间及其数量和地域分布、人口的社会流动信息等等。

信件模型演示了新冠病毒的传播和变异特征。这个模型有不足之处：信件的基因序列（信件文字序列）太短，不超过300个信息位，而新冠病毒的基因序列则长得多，达3万个信息点位，因此病毒变异之间的关系比信件变异之间的关系要复杂得多。还有，信件的基因是人类文字表达的，含有人类可以理解的语义，对人类来说似乎原始型很好确定。但新冠病毒的基因序列对人类来说毫无可读性，要确定原始型很困难。两个存在直接的遗传和变异关系的病毒，谁是父谁是子，谁是先谁是后，单凭它们两个的总信息，是很难确定的。

新冠病毒的溯源基因序列的检测和对比，当然是新冠病毒溯源的主要手段，至少需要基因技术来做最后的认定，不经基因对比就做出的判定，其正确性是不能保证的。如果让特务来确定新冠病毒的起源，更是让人笑掉大牙。

武汉是最早公布新冠病毒基因序列的，但这个事实不能就确定说武汉就是新冠病毒的原始点。全球其他地方也有可能早就有，但没有检测，或检测了而没有公布。武汉公布后，其他地方也相继公布出现新冠病毒，但说不定后公布的病毒在遗传辈分上比武汉要高，也就是说比武汉出现的病毒要早。

美国的电子烟肺炎是个谜团。早在武汉公布出现新冠肺炎之前好几个月，这个肺炎就在美国流行，其表现跟新冠肺炎一样。奇怪的是，在医学高度发达的今天，人们不知道电子烟肺炎的致病机理，因为美国知道，但人家不公布。除此之外，美国同时期出现了“大号流感”的爆发，这个比电子烟肺炎有进步，告诉你原因了，是“大号流感”，但流感病毒也是病毒，可以检测基因序列，然后美国依然没有公布。

美国的骚操作远不止这些，在新冠肺炎大爆发的初期，人家竟然退出世界卫生组织了！也许是担心世卫过问电子烟肺炎和大号流感吧！

或许新冠病毒到底起源于何处，早就是皇帝的新衣，大家知道怎么回事，但却不敢说出真相。毕竟山姆一手拿导弹一手拿美元，谁惹恼了他谁就麻烦。从搞政治的萨达姆和卡扎菲，到搞经济的阿尔斯通高管皮耶鲁奇和华为高管孟晚舟，从搞真相的斯诺登和阿桑奇，到搞正义的想调查美军人权罪行的国际人权组织。类似的例子不胜枚举，只不过他们的遭遇因他们的名气大而广为人知。

也许，新冠病毒的起源永远不会真相大白，就像肯尼迪总统被刺杀的真相一样。不得不说，地球上真有一个神奇的国家，让善良的相信科学的人觉得神奇。

基因测序是怎么判断病毒或者细菌来源的？目前以新冠病毒来解释，首先病毒的体外活性，其实他与病毒的种类和体外环境因素有关。病毒的起源似乎并不一定与其体外失活有关。由于病毒不能形成化石，其复制机制复杂，因此研究病毒的起源非常困难。事实上，它们可以感染几乎所有的生物，这使得问题更加复杂。

一些病毒如疱疹病毒和单核细胞增多症病毒与其宿主细胞的基因有一些共同的特征，这可能表明它们来源于细胞内的DNA，然后变得独立，也有可能它们起源于非常非常早，它们的一些DNA已经嵌入宿主细胞的基因组中。一些感染人类的病毒与能够感染细菌的病毒具有结构相似性，这可能表明这些病毒起源于数十亿年前。

这也涉及到追求病毒起源的另一个问题， 大多数现代病毒是由不同来源的位点或序列引起的，孩子们精心安排的组成以混合的方式形成一个个体。致命病毒如埃博拉病毒和马尔堡病毒为例：远离并导致麻疹狂犬病只能有限物种，这可能表明这些病毒相对年轻，因为它们的宿主群必须在进化上年轻。

这些新的病毒可能起源于几百万年前的昆虫，而且他们感染其他物种的能力已经在进化过程中的某个时刻得到发展可能就是这些物种与昆虫相互作用或以昆虫为食，尽管病毒他们是具很有，或许有许多共同的特征和复制和传播其基因组的特殊能力，但是因为大多数病毒的起源可能永远不会被揭示。

关于以上的问题今天就讲解到这里，如果各位朋友们有其他不同的想法跟看法，可以在下面的评论区分享你们个人看法，喜欢我的话可以关注一下，最后祝你们事事顺心。

追根溯源，新冠病毒最初来自哪里？根据华南农业大学公布的研究结果，穿山甲身上携带的一种病毒与新型冠状病毒高度相似，其序列一致性高达99%。如此高的相似性，意味着新冠病毒的一种中间宿主可能为穿山甲。

如果穿山甲是可能的中间宿主，那么，它们身上的病毒最初又是怎么来的呢？

对于新冠病毒的溯源，可以参考当年的SARS冠状病毒。这两种病毒都是冠状病毒，基因测序表明，它们之间的序列相似度为79.5%。通过分析可知，SARS病毒是由果子狸传染给人类。不过，果子狸并不是源头，而是一个中间宿主。

经过多年的追踪，我国病毒学家石正丽最终发现，SARS病毒的基因序列都能在一个偏远蝙蝠洞中找到，生活在那里的中华菊头蝠很有可能是SARS病毒的最初来源。蝙蝠先把一株冠状病毒传染给果子狸，然后病毒在果子狸身上发生了遗传变异，使得它们变得能够感染人类，最终成为了SARS病毒。

有了先前的经验，在追踪新冠病毒的来源时，科学家自然而然地又会想到蝙蝠。根据石正丽研究团队的基因测序结果[1]，蝙蝠冠状病毒TG13与新冠病毒的序列相似性达到96.2%。由此可见，蝙蝠身上的冠状病毒可能也是新冠病毒的来源。

蝙蝠身上携带着大量的病毒，埃博拉病毒、MERS病毒、狂犬病毒、SARS病毒等病毒都被认为来源于蝙蝠。但蝙蝠身上存在不少DNA修复的基因，这能够抑制它们身上的病毒，所以携带诸多病毒的蝙蝠往往不会发病。

蝙蝠冠状病毒TG13与新冠病毒在S1受体结合域的序列相似度并没有那么高，这意味着蝙蝠冠状病毒很难直接感染人类。蝙蝠冠状病毒需要先在中间宿主上发生遗传变异，比如基因重组，这样它们才会变得更加容易感染人类。

在此次新冠病毒传播期间，蝙蝠与穿山甲等潜在的中间宿主发生了接触，蝙蝠身上的冠状病毒跨种族传播到穿山甲身上，并且不断变异和进化。当人类接触到这些受到感染的穿山甲时，变异的冠状病毒就有可能入侵人类细胞，从而感染人类，成为了此前未知的新冠病毒。

总之，野生动物是新冠病毒以及其他大量病毒的自然宿主和中间宿主，拒绝捕杀和食用它们，才能从源头上遏制病毒传播。

参考文献

[1] Zheng-Li Shi, et al., Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin, bioRxiv, 2020, DOI:10.1101/2020.01.22.914952.