在西伯利亞的永久凍土深處休眠了近五萬年的史前病毒，被“人工”復活了。

據(jù)英國廣播公司等外媒報道，近期，由法國、俄羅斯等國科學家組成的研究團隊在擁有27000年至48500年歷史的7個古老西伯利亞永久凍土樣本中，識別并復活了屬于五個不同進化枝的13種病毒，并發(fā)現(xiàn)其中7種仍具有感染性及繁殖能力。相關論文尚待同行評議，已于2022年11月10日發(fā)表在生物科學預印本網站bioRxiv上。

該研究小組還打破了自己創(chuàng)造的紀錄——他們曾采用同一研究方法，在2014年“復活”了兩種30000年前的真核病毒，同樣具有傳染性。相關論文2014年和2015年分別發(fā)表于美國國家科學院院刊（PNAS）。

“48500年是一項世界紀錄。”最新論文的作者之一、艾克斯-馬賽大學醫(yī)學院基因組學和生物信息學教授讓-米歇爾·克拉維里 (Jean-Michel Claverie) 接受英國《新科學家》雜志采訪時說。

研究團隊此次識別并復活的病毒屬于5個病毒亞型。A為潘多拉病毒；C為香柏病毒；D為闊口罐病毒；E為巨大病毒；F為帕克曼病毒。

13種古老病毒被復活

凍土是指0℃以下，并含有冰的土壤、沉積物或基巖。有別于其他冷環(huán)境，凍土低溫、可利用液態(tài)水不多、營養(yǎng)匱乏的特殊結構，為生物群落提供了得天獨厚的棲息場所，被認為是一個儲存古老活性細胞的巨大“倉庫”。而氣候變暖最明顯的后果之一，是導致全球永久凍土層和永久凍土懸崖的快速腐蝕及深度融化加劇，或影響永久凍土融化的微生物生態(tài)學。“這種現(xiàn)象在西伯利亞最為明顯。”上述最新論文的介紹中寫道。

上述研究團隊采用的研究方法，是把活的單細胞原生生物“棘阿米巴原蟲 (Acanthamoeba)”作為病毒“誘餌”，將永久凍土層樣本放入阿米巴培養(yǎng)液中，確認棘阿米巴原蟲是否被感染。實驗結果表明，被復活的古老病毒能夠侵入細胞并進行自我復制。

研究團隊發(fā)布的最新論文，題為《從古代永久凍土中復活真核病毒的最新進展》。 截圖自bioRxiv網站

論文稱，研究團隊從7個不同的古老西伯利亞永久凍土樣本中，識別并復活了13種病毒，屬于以下五個病毒亞型：潘多拉病毒（pandoravirus）、香柏病毒（cedratvirus）、巨大病毒（megavirus）、闊口罐病毒（pithovirus）和帕克曼病毒（pacmanvirus）。這些病毒均屬于 “巨型病毒”——直徑可達微米級，與可感染人類的納米級病毒相差將近100倍，很容易用光學顯微鏡發(fā)現(xiàn)。

研究團隊從7個不同的古老西伯利亞永久凍土樣本中識別的13種病毒。 截圖自bioRxiv網站

其中被分離出的7種新病毒，均屬于潘多拉病毒科。外形呈橢圓形狀，擁有雙耳瓶形病毒顆粒，長度為1-1.2微米，寬度為0.5微米左右。研究人員將一塊2.7萬年前的冷凍猛犸象糞便樣本和一塊滿是猛犸象毛的樣本中發(fā)現(xiàn)的潘多拉病毒，命名為“潘多拉猛犸象病毒（Pandoravirus mammoth）”，還將從西伯利亞狼的冷凍腸道遺骸中分離出的另一種病毒命名為“潘多拉狼瘡病毒（Pandoravirus lupus）”。

該研究團隊于2013年首次發(fā)現(xiàn)潘多拉病毒。該種病毒擁有目前已知最大的病毒基因組規(guī)模，并具有一個完全獨立的非典型基因譜系——只有約6%-7%的基因與地球上其他病毒或者微生物類似。潘多拉病毒擁有許多無法識別的“孤兒基因”，且相互間也不盡相同，被認為可能是從非編碼區(qū)域中自發(fā)、隨機誕生的。上述論文評價，潘多拉病毒仍然是感染棘阿米巴原蟲的巨型病毒中“最神秘的一種”。此次研究，首次記錄了潘多拉病毒存在于遠古土壤中，與它們在元基因組數(shù)據(jù)中的稀缺性形成對比。

論文稱，此次研究還發(fā)現(xiàn)了一種新的闊口罐病毒（Pithovirus）菌株。2014年，該研究團隊在迄今3萬年的西伯利亞永久凍土中首次發(fā)現(xiàn)并記錄了這種病毒，名為“西伯利亞闊口罐病毒（Pithovirus sibericum）”。該團隊在2014年發(fā)表的論文中提到，實驗表明該病毒會攻擊棘阿米巴原蟲，但不會感染人類或其他動物。

闊口罐病毒長度約為1.5微米，體積在病毒界位居第一。外形呈橢圓，如橄欖球般細長，擁有比潘多拉病毒更大的雙耳瓶形病毒顆粒，一度被誤以為是潘多拉病毒的變種，但其環(huán)狀基因組要小得多，排列也更松散，表現(xiàn)出的復制周期和基因組特征與大型二十面體核質DNA病毒（如虹彩病毒）相近。其被以希臘語Pithos命名，意為像雙耳細頸瓶一樣的大型陶器罐。

這種病毒擁有約500組基因，遠少于“潘多拉病毒”的基因組數(shù)量（1900-2500組），但在細胞內的自我復制模式尤為復雜。該病毒顆粒的頂端孔被一個凸起的六邊形網格結構覆蓋密封，如同軟木塞。研究團隊在最新的論文中提到，闊口罐病毒通過吞噬作用進入棘阿米巴原蟲的細胞后，病毒顆粒從其獨特的軟木塞結構上剝離，使病毒基因組在膜融合后通過頂端孔進入細胞質。感染約 12 小時后，成熟的病毒顆粒通過細胞裂解釋放。闊口罐病毒的細胞核在整個復制周期中保持其形狀，標志其病毒顆粒中攜帶功能性轉錄裝置，是一種全胞質病毒（fully cytoplasmic viruses）。

研究團隊于2014年發(fā)表的闊口罐病毒相關研究論文，圖中為該種病毒復制周期的電子顯微鏡成像。來源：PNAS網站

該研究團隊此次在猛犸象糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的一種“猛犸象巨大病毒（Megavirus mammoth）”，是首個從永久凍土中發(fā)現(xiàn)的擬菌病毒科（Mimivirus）家族成員，屬于其中的巨擬病毒亞科（Megamimivirinae）。

上述最新論文中介紹，擬菌病毒，俗稱“米米病毒（Mimicking Microbe Virus，MiMiVirus，即酷似微生物的病毒）”，于2003年被分離出來，里程碑式地揭示了巨型病毒的存在。最初，人們認為擬菌病毒家族只與阿米巴原蟲宿主有關，但目前發(fā)現(xiàn)其可感染多種微藻、異養(yǎng)原生動物（heterotrophic protozoans）等等許多宿主。在電子顯微鏡下，擬菌病毒的衣殼呈六邊形，立體結構為正二十面體。其直徑約為0.5微米，衣殼表面有一層致密纖維。粒子的濃縮中央核顯示為暗區(qū)，被一層脂質膜所包圍。

擬菌病毒外殼（或衣殼）堅固耐用，能夠承受惡劣的環(huán)境以保護內部，并通過獨特的機制來釋放其病毒基因組——一個海星狀的封口（starfish-shaped seal）處于外殼頂點上，這種特殊的頂點結構被稱為“星門”（stargate）。在病毒感染過程中，海星狀封口及星門打開，釋放出病毒基因組。

帕克曼病毒是最近才被發(fā)現(xiàn)可感染阿米巴原蟲的病毒，該病毒的二十面體顆粒直徑約為220納米，在光學顯微鏡下無法單獨辨別，需要用DAPI熒光染色才能觀察細胞質病毒DNA復制情況。

該研究團隊此次從西伯利亞狼冷凍腸道中分離出的另一種病毒，因其接近帕克曼病毒的系統(tǒng)發(fā)育樹特點，被命名為“帕克曼狼瘡病毒（Pacmanvirus lupus）。實驗結果發(fā)現(xiàn)，這種病毒的復制緩慢，產生的病毒顆粒產量低，不會引起大量細胞裂解。該病毒的核心基因與其他帕克曼病毒及其近親同源物之間的相似性較低——其506個預測蛋白質編碼基因中，有241個（47.6%）與過去測序的帕拉曼病毒基因組存在同源，還有43.7%屬于“孤兒基因”。

論文稱，由于研究方法的局限性，除了前述病毒，其他具有傳染性的病毒可能仍被封存在西伯利亞的永久凍土層中，且數(shù)量豐富。該論文中提到，該研究使用光學顯微鏡檢測，可能有許多小型非裂解病毒無法被識別。同時，目前使用的放射性碳測年法無法測量超過5萬年的永久凍土，而目前已知最深的永久凍土可達100萬年。

“潘多拉的盒子”是否已被打開？

這個由法國、俄羅斯、德國等多國科學家組成的科研團隊多年來專注于凍土微生物的研究與發(fā)現(xiàn)。

上述論文作者認為，前述這些感染棘阿米巴原蟲的病毒對人類產生危險影響的風險“可以忽略不計”，但這并不是說所有的遠古病毒都是無害的。論文中寫道，最近和當下正在發(fā)生的大流行病充分證明，每一種新病毒，即使與已知家族相關，也總需要開發(fā)高度特異性的醫(yī)學反應，如新的抗病毒藥物或疫苗。由于在不同的病毒家族中缺乏普遍保守的可成藥過程，沒有針對病毒的“廣譜抗生素”，因此需要保持對遠古病毒可能具有傳染性和復活能力的警惕。

該論文結尾提示，超過5萬年的永久凍土很可能會在解凍時釋放其他可感染人類或動物的未知DNA病毒。這些病毒在暴露于紫外線、氧氣等室外條件后能保持多久的傳染性，以及它們在此期間能否遇到合適的宿主并使其感染，目前無法估計。但是，在全球變暖的背景下，如果永久凍土層的解凍加速，并且隨著工業(yè)企業(yè)的興起，居住在該地區(qū)的人增加，這種風險必然會增加。

該研究項目的負責人克拉維里近日接受英國《新科學家》雜志采訪時也表示，這些巨型病毒復活后仍然能感染細胞，證明如果永久凍土層解凍，這些古老的病毒就有可能感染動植物，包括人。如果古老的巨型病毒在冷凍這么長時間后仍然具有傳染性，那么其他種類的病毒也會具有傳染性。“這是一個真正的危險，隨著永久凍土層的融化，每天都有新的細菌和病毒出現(xiàn)。”

2014年，克拉維里接受英國BBC新聞采訪時也曾表示，深層的暴露，可能會帶來新的病毒威脅，“這是災難的根源”。他還表示，一些被公認已經消滅的病毒有可能再次復活。如復制過程與闊口罐病毒相類似的天花病毒，可能只是表面上的消失，其古老毒株可能尚未徹底根除。

不過，是否所有的病毒在被封凍數(shù)千年甚至數(shù)百萬年之后都能夠重新活躍起來，目前尚不清楚。

諾丁漢大學病毒學家Jonathan Ball曾接受英媒采訪時表示，其他病毒能在永久凍土中存活多久，取決于這種病毒是否健壯。一般有脂質包膜的病毒，如流感或HIV病毒，存活能力差一些，而具有外部蛋白質外殼的病毒，如口蹄疫和普通感冒病毒，則存活得更好。“如果它們真的能活下來，需要非常快地找到一個宿主來感染。”

某高校病毒學專家告訴澎湃新聞，前述國外科研團隊采用的方法，通過模擬還原自然生態(tài)來證明這幾種病毒可以在自然條件下重新復活。不過，目前只要有完整的基因組，無需凍土層原樣本就可以人工復活遠古病毒，“這從技術上可以實現(xiàn)”。

復活的巨型病毒是否能夠感染人類，始終是受到熱議的話題。美國加州大學的埃里克·德爾沃特認為，古老的永久凍土病毒引發(fā)大流行的風險遠低于目前在家養(yǎng)和野生動物中傳播的病毒。

前述高校病毒學專家表示，一般病毒的宿主范圍極為有限，如能感染植物的病毒無法感染人類。像前述這些遠古巨型病毒，目前只能感染棘阿米巴原蟲這類低級生物，想要跨越種屬之間的屏障在人際間形成傳播幾乎不可能，極有難度。不過，一些病毒可能會存在于人類的體內，如人體腸道存在大量可感染細菌的噬菌體，對人體細胞不造成傷害，因此無需過分堪憂。

武漢大學病毒學國家重點實驗室主任藍柯日前接受《環(huán)球時報》采訪時同樣表示，“潘多拉”這樣的遠古巨型病毒在人類中廣泛傳播的可能性，“可以說是微乎其微”。藍柯稱，現(xiàn)如今的一些人畜共患病，從動物傳播到人身上要經過多年的反復進化，在此過程中，病毒需要進化到臨界點，才能從一種動物跨越到另外一種動物。“某種程度而言，這些跨種屬的病毒傳播是要在很‘完美’的條件下才能發(fā)生，所以遠古巨型病毒人際傳播的可能性是非常小的，無須過度擔憂。”

從科學角度上看，對病毒的探索，特別是遠古病毒的發(fā)現(xiàn)，具有積極的意義。

前述高校病毒學專家表示，目前人類對基因、蛋白質和生命之間的關系，始終找不到答案，而對病毒這種特別的非典型生命體進行研究，可以豐富我們對生命的理解。如遠古巨型病毒，是介于病毒與細菌之間的一種過渡狀態(tài)生命體，不過必須依靠寄生于其他生物繁殖，故歸為病毒一類，在進化史上具有特殊地位。

“病毒的種類數(shù)組范圍極為廣泛，有太多的未知需要探索，這是一個很好的窗口和機會，讓人類更加進一步走進自然界。”該專家認為，氣候變暖的背景下，環(huán)境微生物學的研究將逐步豐富我們對于各種環(huán)境中的病毒分布和豐度了解，盡量減少人類活動時無意中“復活”某些塵封或冰封的病原體，并逐漸形成預警機制和規(guī)范，是對未來的有益預判，“我們從這些古老‘冰庫’里收集到的秘密，極有價值。”