人类自己制造的病毒

人类自己制造的病毒

今年的埃博拉病毒疫情是有史以来最严重的大爆发,截至8月20日,已有超过2600例感染,其中1400多人死亡。追根溯源,这次埃博拉病毒爆发始于何处,又是如何传播的呢?来自美国博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大学的研究者,联合塞拉利昂卫生部以及世界各地的科学家们,对99个埃博拉病毒基因组进行了测序,从结果中推断出了关于此次疫情的来源和传播模式。研究论文今天发表在《科学》(Science)杂志上。然而,截自论文发布时,已有5位作者不幸牺牲。就此,果壳网对论文的共同作者,博德研究所的克里斯蒂安·安德森(Kristian G. Andersen)和丹尼尔·朴(Danny Park)等人进行了采访。

 

窥视疫情来源

以往的埃博拉病毒病爆发仅限于中非的偏远地区,其中最大的疫情(318例)发生在1976年。2014年的爆发则出现在西非地区,从2月开始于几内亚,在3月和5月分别扩散到了邻国利比里亚和塞拉利昂,7月底到达尼日利亚。感染病例数增加迅速,倍增时间仅为34.8天。

 
凯内马公立医院里用于监测埃博拉的聚合酶链式反应(PCR)引物。图片来源:论文作者之一的史蒂芬·盖尔(Stephen Gire)
在严重疫情还未扑灭的情况下,有关病毒流行及时而准确的信息就显得尤为重要。研究者们急需了解这次埃博拉大爆发的起因、时间和传播方式,以及病毒的动态和演化进程。而其中的关键性人物,是一名由于高热和流产到塞拉利昂凯内马医院就诊的年轻女性。她被检测确认感染了埃博拉病毒,成为塞拉利昂境内确认的首个病例。
经过调查,塞拉利昂卫生部的人员最终确认,该名妇女是由于参加了因感染埃博拉病毒而死的草药医生葬礼感染上病毒,葬礼上还有其他13名妇女,正是她们将病毒从几内亚传播到了塞拉利昂。
分析结果还显示,塞拉利昂境内的埃博拉疫情由两株不同的埃博拉病毒引起,几乎同时从几内亚传入。而其中一株在由一名染病的护士传播到其他人身上时,突变形成了第三株病毒。这第三株病毒则由开车运送这名护士以及照顾她的其他人进一步传播开来。
根据系统发生学的比较结果,研究者推测此次的埃博拉病毒的源头则可以追溯到1976年的那次大爆发。此次爆发的埃博拉病毒可能是由中非地区的病毒在过去10年间分支出来,并经由动物宿主传播的。虽然研究者们还不确定到底是哪种动物导致了病毒的传播,但是果蝠(fruit bat)是头号疑犯,因为至少有一种果蝠的生活区域横跨了中非直到几内亚。
了解病毒的来源和传播可以防止疫情更大范围的扩散。“我们的研究结果表明,在某个时候,一个人从动物宿主身上受到感染,而之后的所有病例均为人与人之间的传播。然而,如果要进一步研究这个问题,则需要对来自几内亚、塞拉利昂和利比里亚的样品进行进一步测序,来分析是否有其它动物传人的例子发生。”研究者对果壳网说:“在受埃博拉疫情影响的人口中,许多都以丛林肉为重要的蛋白质和营养物质来源,这种行为本身就容易产生健康问题。但如果我们观察的结果是真的,那么我们应该将关注重点更多地放在防止人与人之间的传播上。”

 

高通量测序

为了了解埃博拉病毒在感染者体内的演化情况,研究人员通过高通量测序的方法,对99份样品中的埃博拉病毒基因组进行了测序,测序深度高达约2000×(注:测序深度为测序得到的碱基总量与基因组大小的比值,它是评价测序量的指标之一)。这些样品来自塞拉利昂的78名病人(包括了那12名参加了葬礼的女性),其中的一部分病人不止一次提供样品,使得研究者们能够更好地分析病毒在同一个体中如何变化。
测序及分析结果共找出了395个基因突变,与以往有记录的埃博拉病毒相比,出现了341个碱基替换突变。研究人员还在这次埃博拉爆发的病毒样本中找到55个单核苷酸多态性位点。实验结果表明,病毒在扩散的过程中基因突变速度较快,突变位点包含了一些基于PCR诊断测试的重要位置——这些位点会影响测试结果的准确度。研究论文共同作者,来自哈佛大学的研究者史蒂芬·盖尔(Stephen Gire)说,这一结果对及时改进测试盒中PCR引物的序列有参考价值。在疫情爆发过程中,“我们也观察到了埃博拉病毒基因组的演化。研究结果显示,疫情爆发时病毒基因组的演化速度大约是无疫情时的两倍。”研究者说。

人类自己制造的病毒

来自哈佛大学的研究者史蒂芬·盖尔(Stephen Gire)正向塞拉利昂的凯内马公立医院运送用于检测埃博拉病毒的实验室安全设备和试剂。图片来源:论文作者之一的内森·约兹维亚克(Nathan Yozwiak)
“基因监测在疾病爆发时非常重要。其他科学家建议我们要深入研究那些测序结果中的罕见突变,这些突变可能在利用传统测序方法时无法被检测出来。它们可能从一个宿主中开始出现,但由于无法用传统方法检测,到流行起来时就为时已晚。”研究着告诉果壳网说,“因此,能够在突变刚开始发生时就能将其找出,对于跟踪突变的产生,以及预测将来会有什么突变出现都非常重要。”
这些结果可能对研究药物和疫苗的靶点有重要意义。安德森和同事们第一时间向科学界公布数据,并迅速收到了反馈。“来自斯克里普斯研究所的科学家们对这些序列进行了结构预测,并与ZMapp的实验性抗体混合剂中的抗体结构进行了对比,以便为了解2014埃博拉病毒的变化提供结构线索。”研究者介绍道。
下一步,研究者们希望了解2014埃博拉病毒基因组中与以往不同的突变与其感染和传播能力较强是否有关。

 

众志成城

参与研究的科学家们表示,此项工作非常艰难,但是多亏了许多个人和组织的共同努力才得以实现。包括凯内马公立医院和塞拉利昂卫生部对此次疫情的迅速反应,以及在博德研究所、哈佛大学和杜兰大学的团队成员们日以继夜地工作,让整个科学界在短时间内就可以看到实验数据。
另一个重要因素,则是博德研究所在对其它病原体进行测序研究过程中建立起的研究方法和设施基础,“我们能够利用已有的测序方法(例如用于拉萨热和登革热病毒的方法)来进行高效的测序,才能让数据能够几乎实时地发表。”研究者对果壳网说。
研究者认为,要完全控制这次疫情,还需要更多的支持、培训、基础建设以及资金资助。由于人与人之间的传播为本次疫情的扩散方式,因此对感染病人的隔离以及加强对与病人有接触的人群追踪十分重要。在将来,还需要培训更多的当地科学家和医生,并研制可靠且易用的诊断方法,来进行早期埃博拉感染的检测。“假如感染病例能在本地被快速准确的检出,也许疫情就能在爆发前被扼杀。”
为了加快响应计划,研究团队在研究论文发表之前已将全长测序结果上传到了美国国家生物技术信息中心(NCBI)的DNA序列数据库中,以便全球的科学家们都能获得这些最新数据。“在疫情发生时,研究数据的共享十分关键。这就是我们选择在获得数据并进行过质检后马上发出的原因,其他的研究者们也采取了同样的做法。而我们十分希望在将来,数据的开放获取能成为常规做法。”
研究者们还希望与出现疫情的其他国家的研究者们合作,从而对那些地区的病毒情况有所了解。德国汉堡Bernhard Nocht热带医学研究所的史蒂芬·君特(Stephan Günther)手上有来自几内亚病人的样品,身在利比里亚的其他研究者们也收集了样品,但由于所有人都还在奋力遏制疫情蔓延,他们暂时还没有时间对这些样品进行测序。

人类自己制造的病毒

在塞拉利昂凯内马,部分参与本论文工作的研究者合影。左二舍克·汗(Sheik Humarr Khan,已牺牲)、右三奥古斯丁·戈巴(Augustine Goba)、右二克里斯蒂安·安德森(Kristian Anderson)、右一史蒂芬·盖尔(Stephen Gire)。图片来源:论文通讯作者之一帕蒂斯·萨贝提(Pardis Sabeti)。图片来源:论文通讯作者帕蒂斯·萨贝提(Pardis C. Sabeti)
本次研究集结了超过50名来自4个国家的共同作者参与病毒样品的采集和序列分析工作。不幸的是,其中5名作者已在抗击埃博拉的战斗中不幸牺牲——他们均为塞拉利昂凯内马医院的医护人员,包括舍克·汗(Sheik Humarr Khan)、穆罕默德·富拉(Mohamed Fullah)、穆巴鲁·方妮(Mbalu Fonnie)、阿列克斯·莫依格波(Alex Moigboi)和阿丽斯·科沃玛(Alice Kovoma)。

 

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