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如何从冠状病毒的突变追踪传播路径 同时驳斥阴谋论?

从美国第一位感染COVID-19的病人体内分离出来的新型冠状病毒,利用穿透式电子显微镜观察到的影像,可看到球形的病毒颗粒(蓝色)的病毒基因组(黑色小点)。IMA

从美国第一位感染COVID-19的病人体内分离出来的新型冠状病毒,利用穿透式电子显微镜观察到的影像,可看到球形的病毒颗粒(蓝色)的病毒基因组(黑色小点)。IMAGE BY CDC / HANNAH A BULLOCK; AZAIBI TAMIN

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:SARAH ELIZABETH RICHARDS 编译:郑静琪):病原体的变化帮助科学家不需大幅筛检就能追踪病例,并证明这只病毒不是生物武器。

开放资源计划Nextstrain就像是一座新型冠状病毒的博物馆,全球的实验室把各自从病人身上搜集到的病毒基因序列分享到这个平台,Nextstrain利用这些数据在地图与病毒系谱树上画出流行病如何演化。

到3月26日为止,Nextstrain已经有1500株新型冠状病毒的基因组,从这些数据可以看出病毒正在突变:当COVID-19(新冠肺炎)在全球大流行时,平均每15天就会出现突变。

不过,发生突变并不代表病毒会变得更具伤害力,相反的,这些病毒遗传密码发生细微的变化,有助于研究人员快速找出病毒传播途径以及起源之谜。

用突变追踪病例

Nextstrain的创办人之一特雷弗. 贝德福(Trevor Bedford)认为,这些突变对于揭开病毒如何传播是非常有用的信息,贝德福的实验室位于西雅图的福瑞德. 哈金森癌症研究中心(Fred Hutchinson Cancer Research Center),他在今年2月新型冠状病毒开始在美国华盛顿州肆虐时就开始利用遗传学来追踪病毒,在当时美国公共卫生官员专注于追踪病患的旅游史以及病患可能接触的对象。

同时,贝德福与他的团队也开始分析24名感染者的鼻腔样本并解开病毒的遗传编码,藉此追踪病毒在何时改变以及如何改变,他发现SARS-CoV-2从1月21日西雅图出现第一个感染病例时就悄悄地在小区开始蛰伏好几个星期,这位35岁的首例病人发病不久前曾经到访中国武汉。

换句话说,贝德福掌握的科学证据可以指出,人们如果只有轻微症状并且没有就医,或是因传统调查方法而遗漏了检测对象,人们都可能在未知自己染病的情况下散播新型冠状病毒。 这个案例在全球引发了疯狂地封城、隔离、社会距离的建议以企图减缓疾病扩散。 贝德福说:「有一件很清楚的事情就是遗传学数据能给你更丰富的故事来了解疫情是如何爆发开来。 」

加州斯克里普斯研究所的计算生物学家克里斯堤安. 安德森(Kristian Anderson)说,Nextstrain的可视化工具也有助于吸引对冠状病毒的科学求知若渴的大众,安德森的实验室也在Nextstrain提供了超过1000个西尼罗河病毒(West Nile virus)与兹卡病毒(Zika virus)株的基因组。

「我喜欢这些工具因为长久以来只有像我这样的书呆子会看这些系谱树,但现在它在推特上到处都看得到。 」安德森说。 这个开放平台也让全世界的研究者燃起分享基因组的热情,其中有人送病毒样本到他的实验室,也有人连络他寻求如何定序基因组的专业建议,「他们看着这些数据显示出来,然后说:我们也有很多病人,我们也想要定序这些病人。 」

虽然这样的图表和系谱树对于通盘了解大流行如何爆发很有用,但是安德森提醒有些直接看结果的网页访客,他们不会看范围涵盖更广的背景数据。 有一个案例是:贝德福必须在推特上回溯他先前指出一名在意大利的德国病人与一名慕尼黑病人的定序数据很相近,这名慕尼黑病人在发病前一个月已经遭到感染,这表示欧洲的疫情爆发源头是德国。

「我们也许可以从系谱树看出关联性,但在传播链上有太多缺失的拼图,因此对于曾经发生了什么事可以有太多种解释。 」安德森说。

而且在许多地方筛检工作以及对确诊接触者的调查工作有限,贝德福说,但遗传数据能够持续提供线索,让我们知道所有的社会距离防疫措施是否有效。 「我们将能够说明我们看到传播减缓了多少,并回答『疫情何时可以缓和』这个问题。 」
它不是生物武器

此外,揭开病毒的演化史有助于研究人员快速揭穿一些阴谋论,像是SARS-CoV-2(新型冠状病毒)是有人在实验室秘密制造要用来做为生物武器。
3月17日《自然. 医学》(Nature Medicine)期刊刊载了一篇文章讨论阴谋论的可能性,安德森是其中一位作者,方法是比较SARS-CoV-2与其他冠状病毒的基因特征,包括SARS、MERS,以及从动物身上分离出来的病毒株,像是蝙蝠与穿山甲。

首先,SARS-CoV-2的基因结构与过去研究过的冠状病毒完全不同,这只新型冠状病毒具备的遗传特征也指出它曾经遇到活的免疫系统而不是在培养皿改造的。

此外,一个生物武器的设计者应该会想造成最大的冲击而可能参考历史上的案例,但新型冠状病毒带有一些细微的缺陷,可以看出是天择造成的结果,例如,冠状病毒利用我们所知的棘蛋白来接合细胞上的受体,实验指出新型冠状病毒可以强烈接合的受体是人体细胞上ACE2,但这不是最理想的交互作用。

「想要造出完美病毒的人绝对不会做出这样的选择。 」安德森说。 总体而言,他们的分析指出这只病毒在2019年11月就从某种动物跳到了人身上。

未来,基因定序将成为一个相当重要的工具,在病毒散播前就辨别病毒的爆发是地方性或是区域性的。 「例如,有一种潜在病毒在非洲的小区出现,我们现在有能力在实验室利用样本做霰弹枪定序法(Shotgun sequencing)。 」医师菲尔. 费保(Phil Febbo)说,他也是全世界最大的基因定序仪器制造商Illumina(位于加州圣地亚哥市)的医学长。 霰弹枪定序法也可以让研究人员可以随机定序基因链,藉此快速辨识病毒,因此公共卫生官员就可以更快速决定适当的防疫措施来遏止病毒传播。

要建立一个快速反应的全球监控网络,我们还有很多任务作要做:要建置更多实验室,政府必须加入,还要招募更多任务作人员并训练他们能操作基因定序仪器并且判读结果。

「这不是科技的极限,」费保说,「而是找到正确的解法。 」




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