測序史里程碑：科學家首次從 7000 年的牙齒中獲得乙肝病毒DNA

來自專欄 DeepTech深科技

七千年前，在德國中心的一個小村莊里，一位年輕男子在地上靜靜地躺著，已經沒有了呼吸。他大約25到30歲，可能是一位農夫。當時的人們並不知道他為什麼這麼年輕就去世了。多虧現代強大的基因技術，能為七千年後的我們還原事情的真相--乙肝病毒感染了他的肝臟，終結了一段生命。

科學家們是如何穿越時空找到死因的呢？就在本周，科學家們用測序技術得到了迄今為止最古老的病毒DNA--乙肝病毒的一段序列；而這段序列就取自這位年輕死者的牙齒。這頓時在學界引起轟動，要知道，雖然過去幾十年來，人們逐漸能通過牙齒和骨頭測得人類的DNA，近幾年來，人們又能從牙齒和骨頭中提取出麻風和瘧疾等細菌DNA，但因為病毒的基因序列小而易降解，人們最多只能得到幾百年前的基因序列，更別說是七千年前的了。這一發現，可以說在測序史上立下了一個里程碑。

圖 | 顯微鏡下的乙肝病毒（橙色）

更有趣的是，這個序列是同時被兩個研究小組測得，原材料來自不同的地理位置——這讓流行病學家躍躍欲試，因為他們可以藉此機會調查這個古老的病毒在歐亞大陸的傳播特徵了！

第一個小組由來自德國的Ben Krause-Kyora和Johannes Krause領導。他們得到了三段分別來自7000年前、5000年前和1000年前的乙肝病毒序列，把結果先刊登在了bioRxiv上。

另一個小組來自哥本哈根大學，由Eske Willerslev領導。他們得到了12段跨越銅器時代（公元前2500年）至中世紀的乙肝病毒序列，並把結果發表在了《Nature》雜誌上。

DT君在這裡補充一句，之所以科學家們能夠通過牙齒和骨肉測的病毒序列，是因為乙肝病毒進入人體後能通過血液循環到達全身各處，並在骨頭中沉積。這就使得病毒序列能「僥倖」保存下來，被我們所發現。

但是，科學家們測得的乙肝病毒好像有些奇怪，它們的序列更接近現如今能感染黑猩猩和大猩猩的亞種，而不太像如今能感染人類的亞種。科學家們在五段序列中都發現了上述結果，這些序列來自兩個研究組，在空間和時間上都有較大的差異性，分布於德國到波蘭，7000前到3800年前。這種病毒幾千年前在人類群體中肆虐，後來卻像是突然間轉移了目標，把其功力對準了猩猩們。未解的謎題是，到底是人類感染了猩猩，還是猩猩感染了人類？這個病毒傳播範圍有多大？與此同時，科學家們卻在亞洲中部找到了與現如今感染全人類的乙肝病毒相似的古老的亞種。這個亞種和當時歐洲流行的亞種又有何區別的？這些都是個謎。

來自多爾蒂研究所的病毒學家Margaret Littlejohn對此評論道，「這項研究很有趣，但是感覺隨之而來的是更多的謎團。」Margaret的研究領域即為乙肝病毒的起源和進化。

這個發現也讓人們聯想到了原始人類DNA。過去的「走出非洲」理論，是說人類起源於非洲，並從非洲遷移到世界各處；但是隨著測序技術的發展，人們發現不僅只有一群「走出非洲」的人，而是在非洲源源不斷的產生了一波波不同的人種，不斷地向外遷移，甚至有些人會再遷移回非洲。而這些由非洲向外「發散」的種族們，在世界各地不斷的被新的種族所「取代」，最終的最終活下來並繁衍的便是現在的我們，而大部分種族面臨的是滅亡。聽起來，是不是很像乙肝病毒的種族進化史呢？

這還不是最令人吃驚的。Krause-Kyora說，現在乙肝病毒的遺傳多樣性，相比古老的乙肝病毒真是九牛一毛。而Willerslev則表示，我們可以利用這種多樣性來預測未來乙肝病毒的進化。「這些數據提供了過去病毒可能的變異型，而在未來這些變異型可能再度出現。」乙肝病毒的傳染率，在全球範圍內從英國的0.01%到南蘇丹的22.38%不等，但是加在一起，一年之內就能奪走90萬人的性命，預測其變異對治療該疾病至關重要。

古DNA研究專家Hendrik Poinar則為實驗提供了進一步的設想，他表示人們也許可以復活這些不同基因型的病毒，並進行動物實驗來測試其分別是如何影響機體的。這些病毒亞種是毒性更強，還是更溫和?它們是否有周期性，或能導致特定的疾病？

兩個團隊都選擇乙肝病毒作為研究對象是有原因的。首先，乙肝病毒的遺傳信息儲存在DNA中，這樣人們就可以用成熟的古DNA測序技術來得到序列，而相比之下RNA易降解，目前沒有很好的古RNA測序技術。其次，乙肝病毒導致的是慢性感染，這樣就可以讓病毒有充分的時間跑到人體的骨頭中儲存起來。

但是科學家們也在考慮其他病毒，比如皰疹病毒、能導致感冒的腺病毒、痘病毒等。重新從骨骼中提取病毒DNA很困難，但幸好，人們可以從「廢棄產物」中翻翻看。DNA並非直接從已經分離的病毒、細菌、人體組織中提取的，而是多種來源的DNA混雜在一起，被「一視同仁」的切成小段。如果我們最後需要的是人類DNA，就像拼圖一樣，把來自人的DNA片段拼接到一起。這個過程中，沒有用到的DNA材料，就叫做「廢棄產物」，而這些廢棄產物中或許隱藏著大量的信息。如果人類DNA能告訴我們死者是誰，病原體DNA能還原死者死前經歷了什麼、他們的死因，那麼或許也可以通過病原傳播揭露兩個不同種族的關係，即便這兩個種族間沒有雜交過。

Willerslev說，他們現在的工作是把過去樣本重新拿出來，這一次不是分析其中人類的DNA，而是各種病毒的。「我能說至少10%的樣本中含有病原微生物，並且光看牙齒樣本，至少50%有各種各樣的口腔感染。這些感染並非致死性的，但顯然它們對人體沒有什麼好處，」他說。「這背後隱含的，是過去人們在飽受著各種疾病的折磨。這著實打破了我對銅器時代浪漫的幻想。」