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(编译)纽时文章讨论基因排序显示新冠病毒起源及其如何进入美国并传播 2020-04-09 11:42:57

新的研究表明,在美国第一个确诊病例之前几周,新型冠状病毒在2月中旬就已经开始在纽约地区传播,而带来这种病毒的主要是从欧洲而不是亚洲来的旅行者。

“大多数人显然是欧洲人,”西奈山伊坎医学院的遗传学家哈姆·范·巴克尔(Harm van Bakel)说,他与别人共同撰写了一份研究,正等待同行评审。

尽管研究的是不同的病例组,纽约大学格罗斯曼医学院的一个独立研究小组也得出了惊人相似的结论。两个研究小组都是从3月中旬开始分析来自纽约人的冠状病毒的基因排序。

他们的研究发现了该病毒的前期隐性传播,如果当时大力推广实施检测,这种隐性传播有可能会被发现。

131日,特朗普总统禁止前两个星期到过中国的外国人进入美国。

直到2月下旬意大利才开始封锁城镇,311日特朗普表示将封锁来自大多数欧洲国家的旅行者,但此时,回归的纽约人已经携带这种病毒回家。

纽约大学团队的成员阿德里亚娜·黑古伊(Adriana Heguy)说:“当时人们还茫然无知。”

Heguyvan Bakel属于国际病毒史学家协会,他们通过研究从数千名患者身上获取的病毒基因材料中所包含的线索来发掘疾病暴发史。

病毒由侵入细胞并控制其分子机制,从而产生新病毒。

这个过程既快又乱,结果是新病毒可以获得其祖先没有的新突变,如果新病毒设法逃脱其宿主并感染其他人,则其后代将继承该突变。

跟踪病毒突变需要对病毒中的所有遗传物质(即其基因组)进行测序。一旦研究人员从许多病毒样本中收集了基因组,他们就可以比较其突变。

高级计算机程序可以找出所有这些突变是如何从元祖病毒进化而来的。如果研究者获得了足够的数据,则可以对这些元祖病毒存在于何时进行大致的估算,这是因为突变以大致规则的速度出现,就像一个分子钟。

宾夕法尼亚州立大学的Maciej Boni和他的同事最近使用这种方法来查看冠状病毒(SARS-CoV-2)最初来自何处。虽然有阴谋论者散布谎言说病毒是研究室合成的,他们的研究清楚地表明它起源于蝙蝠。

冠状病毒种类繁多,可同时感染人类和动物。Boni和他的同事发现,新病毒的基因组包含许多与蝙蝠感染的冠状病毒相同的突变。

研究人员发现,最紧密相关的冠状病毒是在中国的马蹄蝠中,但是自数十年前从蝙蝠病毒中分离出来以来,这种新病毒已经获得了一些独特的突变。

博尼说,始祖病毒可能发展出许多种感染马蹄蝠甚至其他动物的毒株。 

他说:“很可能存在大量未被抽样查到的其他种类。”

复制错误不是新病毒出现的唯一途径,有时两种冠状病毒会感染同一细胞,它们的遗传物质会混合成新病毒。

Boni表示,在过去的1020年中,完全有可能在某种蝙蝠中出现了一种杂交病毒,而这种杂种病毒又适合感染人类,其后这种病毒以某种方式越过了物种壁垒。

他说:“每隔一定时间,就有一种病毒会越过物种壁垒。”

今年1月,一支由中国和澳大利亚研究人员组成的团队发布了该新病毒的第一个基因排序,此后,全世界的研究人员又测序了3000多个,其中一些在遗传上相同,而另一些则带有独特的突变。

这只是该病毒全部多样性的一小部分。截至48日,确诊的COVID-19病例为150万例,实际总数可能还有数百万例,但是已经找到的该病毒的基因组揭示出了该病毒在过去几个月中的隐秘的发展过程。

随着新基因组的出现,研究人员将它们上传到一个名为GISAID的在线数据库中。病毒进化专家团队正在一个名为Nextstrain的项目中分析不断增长的基因组集合,并不断更新病毒家族树。

这棵树的最深的分支都属于中国血统。 Nextstrain 项目组还利用突变速率测出病毒是在2019年下旬首次从动物中间宿主跳跃到人,而武汉市正是在那时发生了数十例神秘的新呼吸道疾病。

今年一月,随着中国灾难的范围变得清晰,一些国家开始了一项积极的测试计划,他们能够追踪该病毒在其领土上的到来并追踪其在人群中的传播。

但是美国制造的第一个诊断试剂盒不完善,并且最初只对来自中国并且显示出COVID-19症状的人进行检测。

Heguy说:“这是一场灾难,我们没有进行必要的测试。”

1月底开始发现了几起病例,但很容易将其视为个别的输入病例,不会导致当地疫情爆发。

2月底,弗雷德·哈钦森癌症研究中心和华盛顿大学的副教授特雷弗·贝德福德(Trevor Bedford)和他的同事打破了这种幻想。

使用Nextstrain,他们显示2月下旬在一名患者中识别出的一种病毒与120日在华盛顿州识别出的一种病毒共有一个突变。

华盛顿发现的病毒还具有与武汉发现的病毒相同的其他突变,表明有旅行者从中国携带来了冠状病毒。 

有了这一发现,贝德福德和他的同事率先对冠状病毒基因组进行了测序,对华盛顿周围更多的基因组进行了测序,使他们对那里的疫情如何暴发开始有了更好的了解。

贝德福德说:“我相信12月时它还没有在美国传播。1月可能有几次输入,但没有引发流行。”

随着美国其他地区出现新病例,其他研究人员也建立了自己的研究管道. 31日,纽约首次出现阳性检测结果,几周后,新冠患者涌入该市的医院。

“我想,‘我们需要为纽约做这件事’,” Heguy说。

Heguy和她的同事发现了一些纽约病毒共有其他地方所没有的独特突变:“这证明病毒已经在纽约隐性传播了一段时间,”她说。

Heguy估计该病毒是在一两个月前开始在纽约地区传播。

西奈山的研究人员开始对进入医院的患者的基因进行测序,他们发现在纽约发现的最早病例与其后的没有关联。

“两周后,我们开始看到彼此相关的病毒,”西奈山团队成员Ana Silvia Gonzalez-Reiche说。

Gonzalez-Reiche和她的同事发现这些病毒实际上与欧洲各地发现的病毒相同,他们无法说出特定病毒是在通过哪一个航班到达纽约的,但是他们写道,这些病毒应该是``一月到二月中旬来到,却没有被追踪排查到带入者。”

到目前为止,西奈山的研究人员已经确定了进入纽约并开始传播的七个单独的病毒谱系:“我们可能会发现更多”,范·巴克尔说。

冠状病毒基因排序也揭示了病毒早期跨州传播的迹象。

范·巴克尔(Van Bakel)和他的同事发现了一种纽约病毒,与贝德福德(Bedford)和他的同事发现的一种华盛顿病毒相同; 在另一项研究中,耶鲁大学的研究人员发现了另一种与华盛顿有关的病毒,这两项研究相结合,暗示冠状病毒已经从美国一边到另一边传播了几个星期。

Nextstrain团队合作的计算生物学家西德尼·贝尔(Sidney Bell)告诫人们,不要对这些新突变过度担心,“仅仅因为有所不同并不意味着就很危险,”贝尔说。

突变不会自动将病毒变成可怕的新病毒,它们通常根本不会带来任何变化。“对我来说,突变是不可避免的,而且很常见,”贝尔说,“但是电影就会渲染成病毒妖怪。”

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的病毒学家Peter Thielen喜欢把病毒的传播想象成一粒蒲公英种子落在空旷的田野上。 

花长大后会产生自己的种子。这些种子会散播并发芽。随着蒲公英在田间的生长,几代都出现了新的变异。“但它们仍然都是蒲公英,” Thielen说。

尽管冠状病毒突变可用于区分血统,但对病毒的致病方式没有明显影响。

对于研究疫苗的科学家来说,这是个好消息。

疫苗开发人员希望通过教导我们的身体制造可以抓住病毒并阻止其进入细胞的抗体来对抗COVID-19

有些病毒进化得如此之快,以至于它们需要能产生几种不同抗体的疫苗,而COVID-19并非如此,与其他冠状病毒一样,与某些病毒(例如流感)相比,它的突变率相对较低。

尽管当前疫情足够恶劣,但病毒能变异本身说明我们所面对的并非最坏的情况。

当然,只要冠状病毒仍然感染人,冠状病毒就会继续发生突变,所以可能有必要改变疫苗以跟上病毒的步伐,这就是为什么科学家需要保持追踪其发展历史的原因。


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