用基因作曲？研究新冠病毒还有这些“骚操作”
原创 bio kiwi
2020年我们经历了一场新冠疫情，影响了各行各业，影响了我们每一个人，也影响了整个科学界。
可以说科学界是受新冠影响最大的领域之一了：一方面因为新冠疫情，各种需要实际实验的研究纷纷被迫暂停，很多研究因为大家被困在家中也难以进行；而另一方面，也正因为新冠的出现，使得科学，尤其是生物、医学、健康方面的研究出现了井喷式的爆发。
新冠相关的研究论文已经达到了109166篇以上 | 图源：aminer.cn
而在上半年新冠病毒还在国内肆虐的时候，我们就写了好几篇文章来讲述各种各样的研究（点击图片可查看历史文章），其中包括有：
新冠病毒动物来源的推断（很可惜这个问题到现在还是没有确切的答案）；
新冠病毒的传播问题；
新冠疫情的治疗方案探索等等。
但是从爆发到现在已经过了差不多11个月了，相信大家其实对于新冠的研究以及相关的新闻已经有些厌倦，所以我们今天的主题也不是这些比较基础或者针对性的研究，我们找了几个有趣的研究，看看不同领域的科学家是怎么用自己独特的角度来探究新冠的吧！
病毒的传播与空气污染
早在8月份有一篇发表在《科学》杂志的文章，就探讨了一个很有趣的问题：新冠疫情的影响下，空气污染是否会发生改变？
他们通过监测1月23日到2月13日大约3周的时间里，中国各地的二氧化氮排放量，以及各大城市里PM2.5、二氧化硫、臭氧的排放，并和往年的数据进行比较，不出意料的可以发现，伴随着人们出行的减少，像武汉、广州、上海这些南方城市空气污染都大大减小了，并且和以前过年时候相比都有不小的减幅。
不同时期的空气污染对比 | 图源：Le T, et al. Science
但是，同样不出意料的，北方城市比如北京，伴随着大家长期居家，PM2.5比以往更高，雾霾的程度也变得更加严重了。这也看出虽然我们在努力推行节能减排的措施，但是面对疫情时期的“停滞”，这些节能减排措施反而失效了。
而这个看似很哗众取宠的研究，其实警示了另一个巨大的问题：“雾霾+新冠”的组合会带来更大的杀伤力。
原因很好理解：新冠病毒最主要攻击的人体器官是肺部，而雾霾最主要影响的器官也是肺部，如果雾霾加剧，就等于在这个疫情期间给予人们双重的打击。
这样的相关性研究早在2003年SARS肆虐华南地区时就已经进行了。通过评估空气污染指数以及SARS死亡率，研究者发现SARS的病死的风险，随着不同地区空气污染的严重程度加重，会有成倍的增加。
2003年的SARS致死率与空气污染指数相关性统计 | 图源：Cui Y, et al. Environmental Health
因此也有研究通过统计各个国家地区的新冠死亡率和空气污染，推算出全世界的新冠死亡率可能有15%是由于大气污染导致的。虽然只是个估算的结果，但是这其实也反映了一个问题：如果我们能在以前就意识到大气污染问题的防护，疫情的死亡人数可能就会降低不少。
上图是由于大气污染导致的新冠死亡占全部死亡人数的比例，而下图则是化石燃料排放导致的，研究者更关注化石燃料导致的排放，因为这是可以通过政策进行控制的 | 图源：Andrea P, et al. Cardiovascular Research
（对于图中东亚的情况作者也提到相关数据可能存在局限性，读者也要辩证看待这一结果）
在我们隔壁的印度封城停工期间，印度北部和尼泊尔地区的人们早上起来终于可以看到喜马拉雅山的山峰，这可是几十年来的头一次。威尼斯人在停工期间也发现，自家的运河突然变得清澈见底。这无疑都是经济停滞带来的环境福利。
但是伴随着解封，空气污染又再次回归，印度冬季的空气污染加剧。印度科学家已经开始担心这次污染的反弹将对新冠疫情产生更严重的影响。
印度的空气污染 | 图源：yicai.com
虽然现在再说节能减排是有点来不及了，但是我们以后也要认识到，环境问题可能并不是一个简单的单一问题。
通过社交软件的信息可以知道什么
疫情时期不得不困在家里，你和外界沟通使用最多的方式应该就是手机上的各种社交软件了：或者是和亲朋好友线上拜个年抢个红包，或者发一个自己对疫情的感想与无奈，如果是武汉的朋友可能还会有更复杂的想法发布在网络上……
其实这些想法，尤其是关于疫情的第一手信息，对于其他地区的人们是一种极佳的警告。
这样一个角度清奇但却也很重要的角度就有研究者进行探究：他们通过收集Facebook上美国不同地区人群和中国、意大利的关系链，再和这些地区后来实行的社交距离限制、出行限制等情况进行关联，发现了很有趣的结果：
那些和中国、意大利关系近的地区，规定的出行限制和社交距离会更大，并且作者还进一步排除了这些结果不是由旅行者带来的风险导致的。
与中国的Facebook社交关系指数（SCI）和实际规定的社交距离的关系图 | 图源：Charoenwong B, et al.
而排除掉研究中可能存在的数据主观或者非随机的因素，我们还是可以深刻感受到互联网这种信息丰富的交流在我们这次疫情中起到的作用。
而除了这项研究的这个分析角度之外，诸如这一切开始之前李元亮医生的警告，或者是中南医院张笑春医生在朋友圈呼吁使用CT作为诊断手段，都是从社交软件走出来的最重要的信息，不应该被我们所忘记。
而这项研究也提到了这些信息中其实存在着各种谣言或者阴谋论，反而对疫情防护起到了反作用。而疫情之初我们这群科普人也深刻认识到什么叫“造谣一张嘴，辟谣跑断腿”，但也正是辟谣平台的建立，才使得没有更多的虚假信息伤害到更多的人。
图源：央视网新闻
新冠病毒听起来会是什么样子
你要是向一位生物信息学家或者基因组学家请教新冠病毒，ta可以给你从组成病毒基因组的碱基对ATCG讲起，并给你展示一堆可能完全看不懂的复杂“天书”，而这些还只是病毒的冰山一角。
是的，这只是三万个碱基对的冰山一角
| 数据来源：NCBI
“woc！这是人能看的吗？！”
莫急，这不有一位奇思妙想的科学家就想着要把病毒的基因组改造一下：
作者Markus J. Buehler，原始音频长达1小时50分钟，可点击原文链接查看
这位科学家尝试将复杂的基因组先转化成氨基酸序列（还记得三个碱基可以对应一个氨基酸的规则吗？）再给这些氨基酸编上特定的音节，以此来组成一段神奇的音乐，让人们可以听到蛋白质。
底下的缩写代表不同的氨基酸，对应的氨基酸会有不同音高的音符，以此来组成这段音乐
| 图源：Markus J. Buehler
那么问题来了：这样的研究会有什么意义啊？就科学艺术吗？显然不会这么简单。
这位Markus J. Buehler其实本职就是研究蛋白质结构的，并且会根据蛋白质结构去有针对性地设计蛋白质药物。显然这样的一位专家应该不会单纯只是做着玩而已。
而其想法的来源其实也是蛋白质本身：其实我们从初中高中就学过很多的化学分子式，并且也画过那些一横一折的结构式，或者说上课老师给我们看的那些小球球小棒棒组成的化学结构。但其实这些结构并不是简单的一动不动的，他们虽然有一个我们假象的样子，但他们也有自己的想法——它们会改变自己的结构，不断处于变化之中，而这些不是冷冰冰的数据能展现出来的。
而Buehler就想到了乐谱和音乐，它们也是类似的：一个冷冰冰的但却是正确的，而同样的乐谱弹奏出来的音乐可能就会完全不同。所以才会有想要用音乐来研究蛋白质结构的想法：它们都是在不断变化的。
不断变化的蛋白质与音乐 | 图源：TEDxBasel
而实际上他们在19年就已经发表了这样的一种研究蛋白质结构与蛋白质相互作用的方法，并且取得了不小的成果。而他也是趁这个时机做了一次宣传，让大家了解了这种蛋白质研究方式的奇妙之处。
图源：Yu C H, et al.
其实有意思的新冠研究远不止这些，给大家展示这些一方面只是希望大家不必总是拘泥于疫苗、疫情等等严肃的问题，另一方面也是想展示科学有趣而又不为人知的一面。
也许你开发一下自己的脑洞，就会出现一个让科学家都意想不到的全新课题呢？
（感谢 @李佩儒 提供给我们的有趣选题内容）
参考资料
Le T, Wang Y, Liu L, et al. Unexpected air pollution with marked emission reductions during the COVID-19 outbreak in China[J]. Science, 2020, 369(6504): 702-706.
Andrea P, Francesca D, Andy H, et al. Regional and global contributions of air pollution to risk of death from COVID-19[J]. Cardiovascular Research, cvaa288, https://doi.org/10.1093/cvr/cvaa288
Cui Y, Zhang Z F, Froines J, et al. Air pollution and case fatality of SARS in the People's Republic of China: an ecologic study[J]. Environmental Health, 2003, 2(1): 1-5.
Hodges K, Jackson J. Pandemics and the global environment[J]. 2020.
Charoenwong B, Kwan A, Pursiainen V. Social connections to COVID-19-affected areas increase compliance with mobility restrictions[J]. Available at SSRN, 2020.
Yu C H, Qin Z, Martin-Martinez F J, et al. A self-consistent sonification method to translate amino acid sequences into musical compositions and application in protein design using artificial intelligence[J]. ACS nano, 2019, 13(7): 7471-7482.
Venugopal V. Scientists have turned the structure of the coronavirus into music[J]. Science, 2020.
If a virus could sing | Markus J. Buehler | TEDxBasel https://www.youtube.com/watch?v=LVs_t0KROYY
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