翻譯 吳娜

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本文作者 Richard Bowen 為科羅拉多州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)教授，Alan Rudolph 為科羅拉多州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)教授、研究副校長。

新型冠狀病毒（2019-nCoV）作為一種人類呼吸道病原體，現(xiàn)在正在全球傳播，而目前還沒有人能肯定地指出它確切的起源。早期的報(bào)告表明，病毒的來源是中國武漢的華南海鮮市場，那里陳列著各種各樣的動(dòng)物，包括嚙齒動(dòng)物、兔子、蝙蝠和其他野生動(dòng)物，消費(fèi)者可以直接接觸到它們。（編者注：后來的報(bào)告表明病毒并非來自華南海鮮市場，但這里仍然是一個(gè)重要的暴發(fā)點(diǎn)。）

在過去的二十年里，世界上出現(xiàn)了多種流行病威脅，包括禽流感（H5N1）、非典、埃博拉、中東呼吸綜合征、基孔肯雅熱、寨卡病毒，以及現(xiàn)在的新型冠狀病毒。導(dǎo)致這些疾病的病毒，以及最近出現(xiàn)的所有病毒中大約三分之二的病毒，都是先出現(xiàn)在動(dòng)物身上，然后感染了人類。

這些事件無一例外都強(qiáng)調(diào)著，在疫情暴發(fā)期間，生態(tài)系統(tǒng)的多個(gè)部分都在發(fā)揮作用。例如，野生蝙蝠和嚙齒類動(dòng)物攜帶大量有可能感染人類和動(dòng)物的病毒。當(dāng)這些野生動(dòng)物被帶離它們的自然棲息地，與人類密切接觸時(shí)，原本非常罕見的傳播事件發(fā)生的可能性就增大了許多。

這些病原體的跳躍過程很復(fù)雜，它們可以通過直接接觸或食用野味傳播，或是通過攜帶病菌的昆蟲傳播。而一系列環(huán)境條件都可能影響傳播，包括溫度、濕度、陽光、甚至季節(jié)性降雨和土壤條件。

盡管自然界十分復(fù)雜，但了解潛在的大流行病原體及其動(dòng)物和人類宿主如何相互作用，這個(gè)領(lǐng)域的研究方法卻相對(duì)簡單?？茖W(xué)家通常一次只研究一個(gè)物種，在恒溫、恒濕和固定氣流條件下進(jìn)行研究。這一策略顯然有助于研究人員了解傳染病的發(fā)展過程。

但作為生物學(xué)家，我們相信通過更明確地承認(rèn)自然界的復(fù)雜性，我們對(duì)新發(fā)傳染病的了解也將更加深入。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里建立了所謂的“人工生態(tài)系統(tǒng)”，來模擬現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜環(huán)境。這些系統(tǒng)幫助我們對(duì)病毒和其他病原體如何威脅全球產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)。

portant;">重建活牲畜市場和谷倉

毫無疑問，病原體從自然界的動(dòng)物直接跳到人類身上是罕見的。但在像武漢這樣的市場中，有充分的機(jī)會(huì)發(fā)生各種類型的相互作用，促進(jìn)病原體在物種間傳播。

為了模擬這些場景，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里建立了人工生態(tài)系統(tǒng)。這樣，我們就可以研究當(dāng)各種各樣的鳥類和哺乳動(dòng)物都住在一起，并發(fā)生自由互動(dòng)時(shí)，流感病毒等病原體的轉(zhuǎn)移和傳播。

因?yàn)槲覀冋谘芯康牟≡w具有潛在的致死性和傳染性，我們需要非常小心，防止它們從實(shí)驗(yàn)室中逃脫。我們?cè)趪?yán)格的生物防護(hù)條件下建立了這些生態(tài)系統(tǒng):所有的廢氣都要經(jīng)過過濾，工作人員要使用呼吸器、穿戴防護(hù)設(shè)備并在離開前淋浴。

portant;">左圖為印度尼西亞的活動(dòng)物市場，右圖為研究禽流感病毒跨物種傳播的人工市場，圖片通過生物安全控制三級(jí)實(shí)驗(yàn)室窗口拍攝。圖片來源：Richard Bowen, CC BY-ND

在對(duì)禽流感的研究中，我們制造了人造的谷倉，把鴨子、雞、鴿子、鶇和老鼠放在一起。它們自由進(jìn)行互動(dòng)，分享共同的飼料和水。就像在真正的谷倉里發(fā)生的那樣，白天老鼠從未在它們封閉的巢穴外面出現(xiàn)過，但錄像顯示它們到了夜間會(huì)在房間里四處奔跑，在水池里洗澡，并騷擾鴨子。然后，我們把一小群感染了病毒的鴨子引進(jìn)房間，觀察病毒是如何傳播的。

在另一套設(shè)置中，我們調(diào)查了另一種禽流感病毒在籠子里的雞、鵪鶉、野雞和兔子之間的傳播，就像在活禽市場上發(fā)生的一樣。此外，麻雀和鴿子在房間里自由活動(dòng)，能夠與籠子里的動(dòng)物互動(dòng)。正如預(yù)期的那樣，由于排泄物向下流動(dòng)，那些位于接種了病毒的鳥下方的鳥更有可能被感染。鵪鶉是最易受感染的。

我們的人工生態(tài)系統(tǒng)方法已經(jīng)有了重大發(fā)現(xiàn)。例如，我們能夠證明不同的鳥類和哺乳動(dòng)物在人工谷倉或人工活動(dòng)物市場中自由互動(dòng)時(shí)，禽流感病毒會(huì)在它們之間傳播。我們發(fā)現(xiàn)在共享的水源中有大量的病毒積累。

最近，我們創(chuàng)造了更復(fù)雜的人工生態(tài)系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)溫度和濕度。我們甚至可以在生態(tài)系統(tǒng)中模擬刮風(fēng)和下雨，使我們能夠評(píng)估促進(jìn)病毒傳播的環(huán)境條件。

portant;">來自人工生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

盡管在現(xiàn)實(shí)世界中這類相互作用的復(fù)雜性眾所周知，但研究新出現(xiàn)的病原體時(shí)，更典型的做法是一次只研究單一物種的感染。這在一定程度上是因?yàn)樵\斷或疫苗審批的監(jiān)管程序，程序要求對(duì)單個(gè)動(dòng)物模型的安全性和有效性進(jìn)行明確的論證。

我們希望這種新方法可以促進(jìn)對(duì)病原體產(chǎn)生更實(shí)際的理解，例如它們?nèi)绾卧谖锓N間傳播，包括如何跳躍到人類群體中；我們還希望這種方法將促進(jìn)新的診斷測試、疫苗或療法的發(fā)展。

我們的生態(tài)系統(tǒng)方案符合所謂的公共衛(wèi)生的單一健康方法（One Health approach），這背后的理念是：人類健康與動(dòng)物和環(huán)境的健康密不可分。建立混合生態(tài)系統(tǒng)模擬真實(shí)傳播場景，并對(duì)其中的自然宿主受到的感染進(jìn)行研究，這對(duì)發(fā)展疾病控制辦法至關(guān)重要。