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PNAS:剑桥最新力作揭示新冠起源和传播,不同地区新冠病毒存在显著差异

作者: 学术头条

时间: 2020-04-13 16:06

4 月 8 日,剑桥大学 Peter Forster 等人在《美国科学院院报》(PNAS)上在线发表了题为《Phylogenetic network analysis of SARS-CoV-2 genomes》的学术文章,引起了人们对新冠病毒起源和传播途径的一些思考与讨论。

该研究基于 GISAID 数据库(https://www.gisaid.org/),对 160 个完整的人类 SARS-Cov-2 基因组进行了系统发育网络分析。根据氨基酸变化,研究人员发现了 3 个中心变异体(命名为 A、B 和 C)。其中 A 是蝙蝠外群冠状病毒的祖先类型;A 型和 C 型在东亚以外的地区(也就是欧洲和美国)的比例很高;B 型是东亚地区最常见的类型,且其祖先基因组似乎在没有首先突变为衍生 B 型就没有在东亚以外地区传播,这表明在亚洲以外地区对该类型具有“奠基效应”(founder effects)或免疫或环境抗性。

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天津大学生物安全战略研究中心的王方忠、张卫文教授曾在《新华网》中撰文《病毒溯源是疫情防控“必答题”》,指出:1.病毒溯源堪称疫情防治的核心,其目的是找到病毒传播源头,摸清病毒初始传播途径、突变规律和潜在风险,从病毒源头为疫情防控提供重要的科学依据,防止以后类似疫情的发生。2.病毒溯源能为疫苗研发提供科学保障,通过这一工作能分离大量病毒毒株,是疫苗研发的宝贵资源。3.病毒溯源是击碎“阴谋论”的最佳武器,只要找到病毒源头,任何处心积虑的相关谣言都将不攻而破。4.病毒溯源也是最好的教育,它将提醒人们保护野生动物,敬畏自然,走人与自然和谐发展之路。

目前,全球相关科研人员正在为病毒溯源而不懈努力、积极奋斗着。我国早在 1 月 10 日就发布了新型冠状病毒基因组全序列;1 月 23 日,中国科学院武汉病毒所研究提出蝙蝠可能是新冠病毒的自然宿主;2 月 7 日,华南农业大学等机构联合发文,称穿山甲是新冠病毒的潜在中间宿主;2 月 18 日,香港大学、广西医科大学联合发表文章,也认为穿山甲是潜在中间宿主之一。

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2 月 20 日,中国科学院西双版纳热带植物园在其官方网站上发布了《版纳植物园基于全基因组数据解析新型冠状病毒的演化和传播》的文章,他们联合华南农业大学和北京脑科中心的科研人员一起收集了全世界各领域共享到 GISAID 数据库中覆盖了四大洲 12 个国家的 93 个新型冠状病毒样本的基因组数据(截止 2 月 12 日),通过全基因组数据解析,追溯传染源及扩散路径。

研究发现,收到的 93 个样本包含 58 种单倍型,可以归纳为五组,包括 3 个古老超级传播者单倍型(H1,H3 和 H13)和 2 个新的超级传播者单倍型(H56 和 mv2);华南海鲜市场的新型冠状病毒是从其他地方传入进来,在市场中发生快速传播蔓延到市场之外;同时,现扩散的病例至少来自于 3 个途经。新型冠状病毒在 2 月 12 日之前发生过 2 次明显的种群扩张(分别是 12 月 8 日和 1 月 6 日)。

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A、B:新型冠状病毒 58 种单倍型的演化关系和地理分布格局;C:单倍型之间的可能演化关系;D:新型冠状病毒的可能传播和扩散路线。A 和 B 圆圈中的数据是样本数量。

但是,这些成果仍难构成病毒溯源的完整证据链。

来自剑桥大学的研究人员基于 GISAID 数据库(https://www.gisaid.org/),对 160 个完整的人类 SARS-Cov-2 基因组进行了系统发育网络分析。截至 2020 年 3 月上旬,GISAID 数据库收录了 253 个自 2019 年 12 月以来由世界各地的临床医生和研究人员提供的 SARS-CoV-2 完整和部分基因组。

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GISAID 数据库中的 hCoV-19 基因组流行病学

根据氨基酸变化,研究人员发现了 3 个中心变异体(命名为 A、B 和 C)。其中 A 是蝙蝠外群冠状病毒的祖先类型;A 型和 C 型在东亚以外的地区(也就是欧洲和美国)的比例很高;B 型是东亚地区最常见的类型,且其祖先基因组似乎在没有首先突变为衍生 B 型就没有在东亚以外地区传播,这表明在亚洲以外地区对该类型具有“奠基效应”(founder effects)或免疫或环境抗性。

A 型有两个亚簇,以同义突变 T29095C 区分。在 T 等位基因亚簇中,4 个中国人(来自中国南方沿海省份广东)携带祖先基因组,而 3 个日本患者和 2 个美国患者因一些突变而不同;据报道,这些美国患者曾在武汉疑似疫情暴发地居住过。C 等位基因亚簇具有相对较长的突变分支,包括来自武汉的 5 个人(其中 2 个位于祖先节点),另外 8 个来自中国及邻近国家的东亚人;值得注意的是,该亚簇中将近一半(15/33)类型位于东亚以外地区,主要位于美国和澳大利亚。

对于 B 型,主要存在于武汉(n=22)、中国东部其他地区(n=31)以及邻近的亚洲国家(n=21)。在东亚以外地区,在美国和加拿大的病毒基因组中发现了 10 种 B 型、墨西哥 1 种、法国 4 种、德国 2 种、意大利和澳大利亚各 1 种。节点 B 通过两个突变从 A 型衍生而来:同义突变 T8782C 和非同义突变 C28144T。在突变分支长度方面,B 型引人注目:虽然祖先的 B 型被东亚人独占(26/26),但亚洲以外的 B 型基因组都发生了突变(19/19)。

C 型与其亲本 B 型的区别在于非同义突变 G26144T。在数据集中,这是主要的欧洲类型(n=11),在法国、意大利、瑞典和英国以及加利福尼亚和巴西都有代表。它在中国大陆的样本中不存在,但在新加坡很明显(n=5),在香港、台湾和韩国也有发现。

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160 个 SARS-CoV-2 基因组的系统发育网络

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巴西患者所携带的新冠病毒位于系统发育网络的 C 簇

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安大略患者所携带的新冠病毒位于系统发育网络的 B 簇

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墨西哥患者所携带的新冠病毒位于系统发育网络的 B 簇

不过,研究人员也表示,由于该项研究的样本量较小,还无法确定该研究的结论是否具有普遍性。目前,研究团队已经将分析扩展到了 1001 个病毒基因组。Forster 认为,最新的研究表明,COVID-19 在人类中的首次感染和传播可能发生在 9 月中旬至 12 月初之间。

PNAS 论文地址:https://doi.org/10.1073/pnas.2004999117

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