人类距离真正制造出一种「超级病毒」或者「人种病毒」有多近？
来源：大象公会
作者：徐子明
随着新冠肺炎疫情的进展，一些古早的论调重新火了，比如第四军医大学一位流行病学老教授写的奇书，《非典非自然起源和人制人新种病毒基因武器》。
该书从生物学的角度展开，看上去非常专业，对于一般读者有门槛。作者徐德忠认为，非典病毒很可能经历过人工改造，因为它遗传物质的某些保守片段有异常变动，各种特性也与当时已知的其他冠状病毒有区别。
作者还创造了一个叫「逆向进化」的概念。非典病毒在爆发初期威力很强，传播一阵之后反而变弱了，说明它根本不适应在人类种群中生存。这在他看来，说明非典病毒不符合自然规律。
这些论点在当时具有一定的说服力。毕竟，非典过去很久，都没有人在自然中找到过足够相似的病毒。
直到2013年，石正丽团队才发现中华菊头蝠是非典病毒的贮存宿主。2017年，在云南的黑暗山洞里的一群蝙蝠身上，学者们发现了极为多样的冠状病毒天然基因库。非典病毒的全部基因组组分都在这里找到，它们之间可以像拼积木一样互相重组，「组」出非典病毒，其中也包括徐德忠所说的所谓「非自然存在」的部分。
所谓「逆向进化」的概念更是有问题。任何演化生物学著作都会告诉你，进化实际上并不是从落后到先进的箭头，只是向着更适应环境的方向进发。所以，非典病毒在人类身上呆不下去，退回到蝙蝠堆里，也是完全可能的。
一点都不濒危的中华菊头蝠
该书虽然结论被推翻了，但豆瓣评分仍高达7.6，在新冠肺炎爆发后人气猛增。这至少说明，「人造病毒」一说不仅仅是《生化危机》看多了的庸众拍脑袋想出来的，不少受过良好专业教育的人士也在试图论证它。
让我们严肃认真地讨论一下这种可能性。
「造病毒」不难，真的
生物技术众多领域的发展速度都超过了摩尔定律。在2000年，测一个人的全基因组需要30万美元，如今只需要几百到几千人民币。
在实验室，合成一段DNA序列已经是小菜一碟。科学家们成功合成了四条酵母染色体，把它们装进酵母细胞里可以正常工作。还有人从零开始，照着生殖道支原体合成了一种基因组完全人造的细胞生物。
在这个好时代，如果知道了基因序列，想照样复制或者改编一个病毒，没有其他附加要求（比如传染性加强），并不太难。
人工改造的病毒用于消灭「超级细菌」
病毒无非是一段遗传物质——DNA或者RNA，外面套了一层壳。后者是前者的产物，可以通过转染细胞等方式获得。所以编病毒，主要是编写它的遗传物质。
这个事情甚至连业余选手都能做。实际上，全球不少「生物黑客」已经有条件这么做了。
美国FDA规定了涉及基因编辑的人体研究都需要详细备案，但如果一个人在自己家里搞实验，往自己身上试，却没有法律规定如何去管。
有了一定专门知识，鼓捣微生物的遗传物质不难，而且不贵。
强大的「基因剪刀」CRISPR是你必不可少的利器，全套工具带教程在网上仅售$169，可以DIY细菌基因。
原材料也不用愁。一些公司会生产化学合成的遗传物质短片段，价格低廉，可以网购。用非常简单的方法和足够的耐心把它们连接在一起，就能造出病毒来。
2018年，加拿大的几个学者用这种邮购的原材料，利用最简单的实验手段，几个人用半年时间复刻出了当时人类合成出的序列最大的病毒——马痘病毒，只花了不到10万美元。
马痘病毒感染细胞。图源：Megan Desaulniers & David Evans
这个研究一发表就引起了恐慌：马痘病毒是天花的近亲，这意味着业余选手也完全可能将其造出来。
如果你足够有钱，有个公司叫SGI-DNA，他们生产的桌面式DNA打印机仅售6.5万美元，一宿时间可以最多造出32条3600个碱基对的序列。
哪怕不想自己从头合成，也有很多其他的玩法。比如说，用$169的基因编辑工具加一些其他辅助，给现成的微生物加一个新基因，看看会发生什么。
这些都是数十年来成熟的技术，并且已经便宜到可以当成爱好来玩。
生物黑客们之所以还没有毁灭世界，原因主要有两个。
一是大部分对人类有威胁性的病毒样本都不向公众开放，只有相应级别的生物安全实验室才能获得。很多技术细节没有公开，操作也比较复杂。
另一个是，生物黑客并不想毁灭世界。真敢拿自己做实验的疯子吸引了大部分的媒体注意力，但他们是绝对少数。生物黑客主要是一群科学爱好者，大多有自己的社团组织，在公共的社区实验室进行活动，头面人物跟FBI有联系。
因此在世界范围内，阴谋论从来都指向更加组织严密、面孔神秘的机构，比如军方、科研机构，比如病毒实验室。
USAMRIID，隶属于美国军方的P4实验室
这些机构多年来致力于折腾病毒，卓有成就。早在2002年，美国科学家就照着脊髓灰质炎病毒，完全利用无生命的化学物质合成了一批，在小鼠上传染性和症状几乎与「原版」一样。
然而，照着模板做病毒容易，但往某个特定方向改编病毒就要难很多。
让病毒听你的，不容易
病毒简单而微妙，一点点调整就可能使它的致病特性大大增强，或者大大减弱。以人类目前的能力，还远远达不到让病毒指哪打哪的水平。
还没有人能够从代码开始原创一种全新病毒。不过在实验室里改造病毒，让其某些方面加强，已经有很多成果。
这样的研究有一个专有名称，叫「功能获得」（GOF）。它的对象多是流感、SARS、MERS等危险的病毒，通过人工改造模拟变异，看它们可能怎么变强。
一种对于流感病毒进行GOF改造的研究
这些研究的首要目的并不是为了造更厉害的病毒，而是为了更了解病毒，理解并预测它们可能产生哪些突变、突变后如何感染人类，为疫苗和药物研发提供基础。
在天花病毒被销毁前，人类已经在它的基因组上研究了十余年，虽然没有加强天花，但成功加强了它的一些近亲，比如鼠痘。人们还发现数种方式，可能增强H7N9病毒。2011年富希耶等人制造出加强的H5N1病毒引发了恐慌，导致该病毒的研究停了一年多。
GOF研究存在巨大的伦理争议，美国一度将其叫停数年，去年才低调恢复。如果病毒真从实验室中逃逸，后果可想而知。但不研究，人类又很可能被病毒的下一个动作打个措手不及。
经历过人工改造的病毒大多有一定的辨识性，比如出现了不该出现的基因、不该变化的片段变化了，或者其他违背自然演化规律的现象。
截至目前，新冠肺炎的病毒没有发现明确的改造痕迹。它与其他已知冠状病毒的遗传物质和蛋白质骨架差异都不小（包括石正丽2015年论文提到的），与最接近的蝙蝠病毒RaTG13基因组差了4%以上。
4%的序列差异放在病毒上不算小。图片来源：南京大学模式动物研究所
自然界形成的病毒之间会有各种细节的差异，这些差异经常是无意义的。GOF研究不太会去改造这些无意义细节，改动一般比较小且多带有目的性。
对新冠肺炎病毒的研究结论更接近前者。它的序列与所有已知病毒都有许多细节差异，但没有自然界不存在的新变异，即便是受体结合方面那个可疑的突变也存在于其他病毒中。
另外，病毒的自然演化是在它与宿主的互动中完成的。在这个过程中，宿主——人或其他动物——的免疫系统会给病毒留下一些痕迹，比如O-糖基化。这种痕迹在新冠肺炎病毒上也发现了。
同样，一种新病毒的突然出现或突然变强也不能作为它不是自然形成的依据。
许多病毒都是突然登上人类历史舞台的，比如埃博拉，比如HIV和艾滋病，比如马尔堡病毒。流感在欧亚大陆平凡地徘徊了几千年，在1918年忽然大爆发。天花可能存在了数千年，但直到16世纪才开始快速传播、变异，形成严重威胁。
在人类漫长历史中的绝大多数时期，医学分辨不同传染病的能力极为有限。不管是哪国史料，都有大量被「瘟疫」二字一笔带过，无法考证具体是哪种疾病的瘟疫。
Plague一词既指鼠疫，也泛指瘟疫
据《中医药防治非典型肺炎（SARS）研究（一）中国疫病史鉴》推算，中国从西汉至今发生过321起疫病流行。邓拓在《中国救荒史》里也进行过不完全统计，认为中国的瘟疫从上古至清，发生得越来越频繁。比如说，周代只发生了1次有记载的瘟疫，而清代有74次。
这是由记载详尽程度、政权治理能力决定的统计偏差。
如果非典和新冠肺炎发生在古代，很可能不会作为单独的新型疾病，在史书上留下一笔。那些说「古代人打猎、吃野生动物的多了去了，也没发生这样的疫情」的，对此显然缺乏基本概念。
制造「人种病毒」可行吗？
还有一种甚嚣尘上的阴谋论，说新冠肺炎和非典都是针对中国人制造的「人种病毒」，感染中国人的能力要远远高于其他人。
一些科普读物会告诉你，这没有可能，因为人类的「人种」是一条极为模糊的界线。
即便基因检测说你是99.7%的中国北方汉族，这也不意味着你就是「纯种汉人」。从基因的角度看来，根本不存在「纯种汉人」。人类的历史基本上是一部混血史。
根据不同的研究，中国人大致可以分成四个遗传族群：北方，江南，华南，西南。很多遗传因素，中国内部的差异甚至比东亚人和非洲人平均水平的差异还要大。
那么商业基因检测中的「北汉」和「南汉」之类的遗传标签是怎样得出来的呢？这种方法叫标杆样本。
通俗地说，假设要找「北汉」，就找一个特定地方的人作为样本。样本相对远离如今的北方少数民族，带有典型北方汉族的遗传特征，比如说父系Y染色体O2比例60%以上、母系线粒体N在50%以上。然后，把这些人作为标准的「北方汉族」样板，去和别人对比。说你是99.7%的中国北方汉族，是指你和这个样板的相似性。
中国人内部的多样性为设计「人种病毒」制造了困难。不过，生物学上仍有更多值得讨论的因素。
「人种」本质上是频率的学问。它不是一条明晰的界线，但在很多基因变异上，种族和种族之间仍有很大的统计学差异，甚至在同一个种族内部的不同族群间也存在这种差异。除了基因本身，在基因的表达上，这种频率差异也大量存在。
比如说，藏族人的「高原基因」EPAS1某个罕见突变的携带率在80%以上，它能帮助人更好地耐受低氧环境。汉族人的携带率不到10%。
也有研究发现，88%的中国人和日本人携带EDAR基因的一个特定突变，它造就了典型东亚人又粗又垂的直发。这个突变在欧洲人身上基本看不到。
东亚人的头发横截面面积平均比非洲人大30%，比欧洲人大50%
人类有些更隐秘的遗传特质也存在着类似的效应。中国人身体里面某个不知名的蛋白质可能比白人平均水平多一倍，而它恰好是某种病毒打开你身体的「钥匙」。所以理论上的确存在某种病毒更容易感染某个族群，或者表现更烈性的可能。
历史上有过这样的案例，天花就是一个。
天花存在着「种族偏好」，跟天花共存越久的民族，整体对它免疫力越强。西班牙人带来的天花曾经导致美洲原住民大规模死亡，差点造成种族灭绝。
满清入关后也比当时的汉人更容易死于天花。中国的本土天花毒株可能从唐代就存在于汉族地区，它的威胁性一直在缓慢地降低，最后主要感染儿童，才被当时的医师误认为是「胎毒」。但当满族和蒙古族进入汉族地区，天花威胁他们的成年人，对皇室政治产生了极大影响。
顺治皇帝可能死于天花
如果真有狂人要利用这些特点搞种族灭绝，虽不能做到精确，但也能提高不少效率。
一些人正是模糊地认识到了这点，因而选择相信阴谋论。
关于新冠肺炎，最近的一项研究成为谣言来源。它说的是，新冠肺炎的病毒主要攻击细胞上的ACE2受体蛋白，而这种蛋白质在亚洲男性肺部的表达比其他人多好几倍。所以，新冠肺炎可能在亚洲人身上最严重。
病毒入侵人体的机制类似钥匙开锁，病毒自带的「钥匙」如果跟人体细胞上的「锁」匹配，就能「打开」这个细胞。
非典和新冠肺炎病毒开的都是同一把锁：ACE2受体。
人们对于这个ACE2受体的了解还很少。「生成」它的基因在X染色体上，按理说应该是女性身体里更多，但实际似乎是男性更多。
这项研究确实发现ACE2受体在亚洲男性肺部表达最高，是其他人平均水平的5倍。问题是，它一共只找了8个人，其中只有1个是亚洲人。
图片来自该研究。该研究并非正式发表的经过同行评议的论文，只是预印本，是科研的「踩点工作」
ACE2是否有影响还需要更多研究。几天前，中科院一个团队也发布了论文（预印本），结论正好相反。
他们通过两个方式估算了不同人群中ACE2受体的表达水平。一个是千人基因组计划（1000 Genomes Project），这个数据库一共有2504个不同种族的人的全基因组数据。另一个是癌症基因组图谱（TCGA），有一千一百多例来自各国的肺癌样本。
结论是，不管在肺，还是在其他人体组织中，都没发现亚洲人的ACE2受体表达更高；东亚人的这个蛋白本身和别的种族的人也没什么区别。
目前这两篇论文都未正式发表，也没有确切结论。不过，不会有人根据一个尚未研究清楚的要素去设计「人种病毒」。
即便「ACE2假说」成立，针对性地开发「人种病毒」也极为困难。
病毒是不确定性之源，没那么听人类的。即便是作用于同一把「锁」的病毒，具体的作用机制和细节也千差万别，照着「锁」配「钥匙」很难实现。
人体的任何生理活动都不是一个基因、一个蛋白质决定的，还有基因和基因、蛋白和蛋白之间的关系，以及更多复杂的因素，影响病毒的效果。
按照人种定制病毒，现在的技术水平还做不到。
有关新冠肺炎的阴谋论缺乏证据，缺乏科学支持，而且高估了人类的科技水平。仰仗阴谋论做决策，会耽误防疫抗疫的进程。
不过，公众乃至专业人士对科技滥用的担忧从来就没有停止。它时刻提醒着我们，人类距离真正制造出一种「超级病毒」或者「人种病毒」是多么接近。
参考文献：
[1]Liu, Siyang, et al. "Genomic analyses from non-invasive prenatal testing reveal genetic associations, patterns of viral infections, and Chinese population history." Cell 175.2 (2018): 347-359.
[2]Liu S , Huang S , Chen F , et al. Low Pass Genomes of 141,431 Chinese Reveal Patterns of Viral Infection, Novel Phenotypic Associations, and the Genetic History of China[J]. SSRN Electronic Journal, 2018.
[3]Selgelid, Michael J. "Gain-of-function research: ethical analysis." Science and engineering ethics 22.4 (2016): 923-964.
[4]Hu, Ben, et al. "Discovery of a rich gene pool of bat SARS-related coronaviruses provides new insights into the origin of SARS coronavirus." PLoS pathogens 13.11 (2017).
[5]Babkin, Igor V., and Irina N. Babkina. "The origin of the variola virus." Viruses 7.3 (2015): 1100-1112.
[6]Theves, Catherine, Eric Crubezy, and Philippe Biagini. "History of smallpox and its spread in human populations." Paleomicrobiology of Humans (2016): 161-172.
[7]刘军. 瘟疫防治及其文献研究[J]. 吉林中医药, 2009(9):825-826.
[8]邱云飞. 两宋瘟疫灾害考述[J]. 医学与哲学(11):74-76+81.
[9]李永宸, 赖文. 岭南地区1911年以前瘟疫流行的特点[J]. 广州中医药大学学报, 016(4):321-324.
[10]中国的瘟疫控制史[J]. 中国新闻周刊(2):48-48.
[11]罗芳宇, 郑文海, 郑尚永, et al. AGTR2和ACE2基因多态性与云南汉族、哈尼族、彝族原发性高血压相关性研究[C]// 中国遗传学会第九次全国会员代表大会暨学术研讨会. 2013.
[12]邓拓. 中国救荒史[M]. 北京出版社, 1998.
[13]宋抵. 清初满族预防天花史证[J]. 满族研究(01):21-23.
[14]高勇,乌云毕力格. 清代天花的预防治疗及其社会影响[J]. 内蒙古大学学报：人文社会科学版(4期):29-34.
[15]谭雅慧, 孙慧敏, 唐晓凤, et al. SARS-CoV中性突变速率和有根系统发育树再研究及其起源的新思考[J]. 中华疾病控制杂志, 2012, 16(10):860-862.
[16]梁其姿.面对疾病：传统中国社会的医疗观念与组织[M].中国人民大学出版社2012
[17]Zhao, Yu, et al. "Single-cell RNA expression profiling of ACE2, the putative receptor of Wuhan 2019-nCov." BioRxiv (2020).
[18]Chen, Y.; Shan, K.; Qian, W. Asians and Other Races Express Similar Levels of and Share the Same Genetic Polymorphisms of the SARS-CoV-2 Cell-Entry Receptor. Preprints 2020, 2020020258 (doi: 10.20944/preprints202002.0258.v1).
[19]Ge, Xing-Yi, et al. "Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor." Nature 503.7477 (2013): 535-538.
[20]Noyce, Ryan S., and David H. Evans. "Synthetic horsepox viruses and the continuing debate about dual use research." PLoS pathogens 14.10 (2018).
[21]Noyce RS, Lederman S, Evans DH. Construction of an infectious horsepox virus vaccine from chemically synthesized DNA fragments. PLoS ONE. 2018;13(1):e0188453. Epub 2018/01/20.
[22]Fouchier, Ron AM, et al. "Gain-of-function experiments on H7N9." Science 341.6146 (2013): 612-613.
[23]Yang, Yang, et al. "Epidemiological and clinical features of the 2019 novel coronavirus outbreak in China." medRxiv (2020).
[24]Song, Wenfei, et al. "Cryo-EM structure of the SARS coronavirus spike glycoprotein in complex with its host cell receptor ACE2." PLoS pathogens 14.8 (2018): e1007236.
[25]Murray NE, Murray K. Manipulation of restriction targets in phage lambda to form receptor chromosomes for DNA fragments. Nature. October 1974, 251 (5475): 476–81. PMID 4608939. doi:10.1038/251476a0.
[26]Burrell, Louise M., et al. "The ACE2 gene: its potential as a functional candidate for cardiovascular disease." Clinical science 124.2 (2013): 65-76.
[27]Schultz-Cherry, S., et al. "Influenza gain-of-function experiments: their role in vaccine virus recommendation and pandemic preparedness." (2014): e02430-14.
[28]胡莹, 李雪岩, 武楠, et al. 性别年龄与ACE/ACE2活性的相关性研究[J]. 齐齐哈尔医学院学报, 2018, v.39；No.450(08):21-24.
[29]The Proximal Origin of SARS-CoV-2
http://virological.org/t/the-proximal-origin-of-sars-cov-2/398
[30]关于1999–2010年天花病毒研究的科学综述
https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/70508/WHO_HSE_GAR_BDP_2010.3_chi.pdf;jsessionid=26BB15C009CE4282A6F0CCFEFD86AD8D?sequence=3
[31]NIH Lifts Funding Pause on Gain-of-Function Research
https://www.nih.gov/about-nih/who-we-are/nih-director/statements/nih-lifts-funding-pause-gain-function-research
[32]Biohackers are about open-access to science, not DIY pandemics. Stop misrepresenting us
[33]https://www.statnews.com/2018/06/04/biohacker-open-access-science/
[34]A Biohacker Regrets Publicly Injecting Himself With CRISPR
https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/02/biohacking-stunts-crispr/553511/
[35]How Canadian researchers reconstituted an extinct poxvirus for $100,000 using mail-order DNA
https://www.sciencemag.org/news/2017/07/how-canadian-researchers-reconstituted-extinct-poxvirus-100000-using-mail-order-dna
[36]Death of a Biohacker
https://www.nytimes.com/2018/05/19/style/biohacker-death-aaron-traywick.html
[37]武汉病毒所人工合成杆状病毒
http://www.cas.cn/syky/201705/t20170502_4598841.shtml
[38]美国科学家首次人工合成出致命病毒
http://www.china.com.cn/chinese/WISI/172594.htm
[39]动物研究所教授：为何说新冠病毒既非制造，也非泄漏
https://www.yicai.com/news/100493147.html
[40]相关商业信息
https://sgidna.com/pages/bioxp-3200-system
https://www.the-odin.com/diy-crispr-kit/