全球城市环境里到底藏着多少 RNA 病毒？一次寻找城市病毒暗物质的大调查

过去人们对病毒的认识很大程度来自人类疾病相关病毒，比如流感病毒、冠状病毒等，但自然界中绝大多数病毒其实没有被发现，被称为病毒“暗物质”。RNA 病毒尤其值得关注，因为它们的基因组复制错误率高，进化速度快，而且许多新发现的人类病原体都属于 RNA 病毒。城市人口密集、交通网络复杂，是病毒传播和演化的重要场景，但长期以来城市环境中的 RNA 病毒生态几乎没有被系统研究。

人类每天生活的城市环境，比如地铁站、医院、银行、街道、公共设施表面，以及城市周围的土壤、水体、污水等环境中，到底隐藏着多少未知 RNA 病毒？这些病毒是不是形成了独特的城市病毒生态系统？如果能够建立一个全球城市 RNA 病毒数据库，就可以帮助我们理解病毒的起源、传播规律、生态功能，也可能为未来传染病预警提供基础。作者认为，城市环境可能不仅是人类活动空间，也可能是大量未知病毒持续存在、传播和进化的生态场所。

为了回答这个问题，作者进行了目前规模非常大的全球城市 RNA 病毒调查。他们整合分析了 2922 个宏转录组（metatranscriptomic）样本，这些样本来自全球 102 个城市、31 个国家，包括亚洲、欧洲、美洲、大洋洲等地区。其中 1862 个样本来自 MetaSUB Consortium 收集的城市环境样本，主要采集于人类高频接触区域，例如地铁站、公交站、车站、医院、银行等；另外还加入了公共数据库中的城市周边环境样本，包括土壤、绿地、水体、污水、沉积物以及部分动物相关样本。所有样本经过 RNA 测序后，通过病毒基因组组装、病毒识别和系统发育分析寻找 RNA 病毒。

在数据分析流程上，作者先从超过 1000 亿条测序 reads 中组装出接近 3 亿条 contigs（拼接序列），随后利用病毒识别工具筛选病毒序列，并重点关注具有 RNA 依赖 RNA 聚合酶（RdRP）核心结构域的 RNA 病毒。最终，他们建立了一个名为 Urban & Peri-urban RNA Virus Atlas（UPVAtlas，城市与城市周边 RNA 病毒图谱） 的数据库，其中包含 54,945 个 RNA 病毒操作分类单元（RvOTUs）。这些病毒中约 77% 以前从未被观察或报道过，说明城市环境中存在大量未知 RNA 病毒。

这个病毒数据库首先展示了城市环境 RNA 病毒多样性的巨大规模。作者发现，即使进行了如此大规模采样，RNA 病毒丰富度曲线仍然没有达到饱和，说明全球城市 RNA 病毒的真实多样性可能远远超过目前发现的数量。在与已有 RNA 病毒数据库比较后，只有约 22.73% 的 RvOTUs 能够找到较接近的已知病毒序列，其余大部分仍属于未知病毒。换句话说，城市环境里存在大量以前科学界没有认识过的 RNA 病毒。

作者随后利用 RNA 病毒最重要的保守蛋白之一，也就是 RdRP，重新构建 RNA 病毒进化关系。传统病毒分类主要依赖已知病毒，但大量新发现病毒无法归入已有分类体系。因此作者利用超过 5 万个 RdRP 代表序列建立系统发育树，发现 RNA 病毒的进化多样性远比过去认识的大。其中，他们发现了 两个潜在新的病毒门（candidate phyla），分别命名为 upv.p.001 和 upv.p.002，还发现了一个新的潜在病毒纲 k.c.c.01，以及多个新的进化分支。这个结果说明，目前 RNA 病毒分类体系仍然存在大量空白。

两个新的候选病毒门也表现出不同的生态特点。upv.p.001 主要出现在污水、土壤和沉积物环境中，基因组长度大约 13 kb，包含较多开放阅读框，并且一些成员能够通过细菌 CRISPR spacer 找到潜在宿主，例如与 Clostridioides difficile、Listeria monocytogenes 等细菌有关，提示它们可能属于噬菌体。upv.p.002 的基因组更小，大约 6 kb，其中一个成员甚至携带类似细菌胶原蛋白的结构域，提示病毒可能从宿主基因组中捕获基因片段。

除了寻找新的病毒分类，作者还研究了 RNA 病毒如何适应不同环境。他们利用 FADE（检测方向性选择的方法）分析病毒 RdRP 蛋白上的进化变化，发现多个病毒门存在明显的氨基酸方向选择信号，总共有 104 个 RdRP 位点表现出方向性选择。其中 Lenarviricota 的选择位点最多，占全部检测位点的一半以上。这说明病毒并不是随机变化，而是在不同生态环境压力下不断积累有利突变，使自己更适应特定环境。

文章还比较了不同环境中的 RNA 病毒群落。作者发现，不同环境拥有明显不同的病毒组成。自然环境，例如土壤和沉积物，RNA 病毒多样性最高；污水环境也具有很高病毒多样性，提示污水可能是病毒传播和监测的重要窗口。相比之下，城市人工环境，例如街道、车站、商店等，病毒多样性较低，但不同城市高人类活动环境之间的病毒组成更加相似，提示人类活动可能正在造成城市病毒群落的趋同。

在病毒宿主分析方面，作者利用病毒数据库和 CRISPR spacer 数据预测病毒可能感染的宿主。最终，大约 33.54% 的 RNA 病毒代表序列获得了潜在宿主信息。结果显示，RNA 病毒并不全部与动物相关，很多病毒可能感染细菌。其中 Lenarviricota 大量与细菌相关，Kitrinoviricota 更多与植物相关，Duplornaviricota 与真菌相关。而在人类健康方面，作者特别关注了与脊椎动物和 ESKAPE 致病菌相关的病毒，因为这些病毒可能具有潜在公共卫生意义。

结论

城市环境中存在一个规模巨大、此前几乎未知的 RNA 病毒生态系统。通过全球范围的大规模宏转录组分析，作者建立了目前较完整的城市与城市周边 RNA 病毒资源库，发现了大量新病毒、新分类群，并揭示了病毒在不同环境中的分布规律、宿主关系以及进化特征。研究说明，城市不仅是人类活动空间，也是复杂病毒生态系统的一部分。虽然目前发现的大多数病毒还不知道是否会影响人类，但建立这样的病毒数据库，可以帮助科学家提前认识潜在风险。

未来研究病毒生态不能只关注已经造成疾病的病毒，而需要主动探索环境中的“病毒暗物质”。随着宏基因组、宏转录组、人工智能预测和长读长测序技术的发展，科学家可以像建立微生物组数据库一样建立全球病毒组数据库。未来的微生物研究可能会越来越关注病毒与细菌、真菌、植物、动物之间的整体关系，而不是单独研究某一种病原体。城市环境也可能成为长期病毒监测的重要场所，通过持续追踪环境病毒变化，有机会在新兴病毒传播早期发现异常信号，为公共卫生预警、生态保护以及病毒演化研究提供基础。