Science:突变或导致新冠病毒更快速的传播,但这也容易被过度解读

2020
03/11

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生物技术君 / 中国生物技术网
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新冠疫情在我国已进入尾声,但在除我国以外的其他国家仍在持续蔓延扩散,目前除了南极洲外的六大洲均有确诊病例。

以意大利为首的欧洲国家,疫情越发严重。截至当地时间3月10日18时,意大利累计确诊人数已升至10149例。

随着新冠疫情的爆发,也催生了论文“洪流”。虽然快速共享病毒信息的好处远远大于坏处,但有的信息很容易被过度解读。

北京时间3月10日,Science发表文章对此进行了报道。

2月28日,德国查里特大学医院的病毒学家Christian Drosten在网上发布了新冠病毒(SARS-CoV-2)的基因序列,并马上在Twitter上发出了警告。随着病毒在全球蔓延,在线平台GISAID上已经共享了超过350个基因组序列。科学家们已经掌握了部分SARS-CoV-2传播和进化的线索。但正如Drosten意识到的那样,由于这些序列只代表了一小部分案例,并且几乎没有明显的差异,它们很容易被过度解读。

Drosten曾对一名在意大利感染新冠肺炎(COVID-19)德国患者的病毒进行了测序。该基因组与一个多月前在德国巴伐利亚州首府慕尼黑的一名患者身上发现的病毒基因组相似。两者都有中国早期序列中未见的三个突变。Drosten意识到这可能会导致这样一种观点,即意大利的疫情是德国播下的“种子”。巴伐利亚州公共卫生官员表示,通过追踪和隔离14例确诊病例的所有接触者,该州的疫情已被平息。但Drosten认为,携带这三个突变的中国变种同样有可能以独立的途径进入这两个国家。Drosten在Twitter上说:“新测序的基因组不足以证明慕尼黑和意大利之间存在联系。”

然而,他的提示没有得到重视。几天后,美国Fred Hutchinson癌症研究中心的TrevorBedford分析了病毒基因组序列,并在Twitter上写道:“这种模式表明,巴伐利亚州的疫情终究没有得到控制,而且似乎导致了意大利的疫情爆发。”

随后,这一分析被广泛传播。《Technology Review(技术评论)》断言:“慕尼黑事件可能与欧洲整体疫情爆发的一部分有关”。而此时,Twitter用户反应强烈,呼吁德国道歉。

欧洲疾病预防和控制中心的病毒学家Eeva Broberg同意Drosten的观点,认为该病毒传播到意大利北部可能性的解释似乎比巴伐利亚州未发现疫情的可能性更为合理。

其他科学家认为Bedford的结论操之过急。与Bedford共事的瑞士巴塞尔大学计算生物学家Richard Neher表示:“我不得不为此警告他。”

英国爱丁堡大学的分子进化生物学家Andrew Rambaut说:“这是一个警示故事。你不可能仅仅从系统发育的角度就得出这样的结论。”

Bedford后来澄清说,他认为来自中国的两篇不同的研究同样有道理。他说:“我觉得我应该更谨慎地对待Twitter上的帖子。”

这是一个关于病毒基因组实时分析能力和缺陷的案例研究。同样在研究SARS-CoV-2基因组的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的生物学家Bette Korber说:“这是一种非常重要的疾病。我们需要了解它是如何传播的。由于疫情期间的演变非常有限,这些研究人员正在尽其所能,并提出建议,我认为在这一点上,这些说法应该被视为建议。”

美国Scripps Research研究所的计算生物学家Kristian Andersen表示,这些序列数据在早期提供的信息最多。1月初的第一个序列回答了最基本的问题:是什么病原体导致了这种疾病。接下来的那些几乎是相同的,这有力地有一个从动物病毒到人类的单一引入。如果该病毒能多次跳越物种壁垒,那科学家们会在第一批人类病例中看到更多的多样性。

现在,更多的多样性正在出现。像所有病毒一样,SARS-CoV-2通过随机突变随时间进化,其中只有一部分被病毒的纠错机制捕获并纠正。Rambaut说:“在其30000个碱基对的基因组中,SARS-CoV-2平均每月积累一到两个突变。这比流感要慢两到四倍。利用这些微小的变化,研究人员可以绘制系统发育树。他们还可以在不同的COVID-19病例之间建立联系,并判断是否存在未被发现的病毒传播。”

例如,当研究人员在2月27日对华盛顿第二个确诊病例进行病毒基因组测序时,结果显示更像是6周前发现的第一个基因组的直系后代,而该基因组又发生了三次突变。Bedford在Twitter上说,他认为这两个基因组极不可能来自不同途径。他写道:“我相信,华盛顿州正面临一场本已严重的疫情,只不过到现在才被发现。”

这一分析结果被证明是正确的,华盛顿州现在已经报告了100多例病例和15例死亡,来自其他病例的基因组也支持了这一说法。在这种情况下,Bedford的假设更具说服力,因为这两名患者都来自西雅图北部的斯诺霍米什县。Rambaut说:“这种高度相关的病毒不太可能传播到华盛顿的同一个镇。”

关于新冠病毒的传播,几乎没有其他确凿的结论出现。部分原因是,在全世界10万多例病例中,基因组的丰富程度仍然是一个很小的样本。虽然中国占所有COVID-19病例的80%,但已发表的基因组只有三分之一来自中国,而很少有来自后来的病例。而且由于疫情还在早期,大多数基因组仍然非常相似,因此很难得出结论。Neher说:“我们只有少量的突变,这使得这些分组非常模糊。随着疫情的发展,我们预计会看到越来越多的多样性和越来越明显的谱系。然后,得出进一步的结论将会变得越来越容易。”

科学家们还将在基因组多样性中寻找可能改变病原体危险程度或传播速度的突变。在这方面,也必须谨慎。北京大学陆剑研究员与中科院巴斯德研究所的崔杰研究员3月3日在《National Science Review(国家科学评论)》上发表的一篇论文分析了103株已有病毒信息,发现SARS-CoV-2已经存在两个亚型,并且传播力上具有差异。这两个亚型在1月7日前的病毒信息中就都已经存在,但在之后,人为的防控措施干预了两种亚型的演化。因此,作者得出结论,病毒已经进化得更具侵略性和传播速度更快。

但Rambaut认为该研究缺乏证据,他说:“他们所做的基本上就是看到两个亚型,然后说,‘那个更大,所以病毒更具毒性,或者更容易传播’。然而,仅仅因为一种病毒被输出并导致其他地方的大规模爆发并不意味着它的行为会有所不同。这些谱系中的一个会比另一个更大只是偶然的。一些研究人员要求撤回该论文。英国格拉斯哥大学的四名科学家在www.virological.org上发表的一篇评论文章中写道:“报告中的说法显然毫无根据,有可能在疫情爆发的关键时刻传播危险的错误信息。”

随后,陆剑发文回应:“这四个人误解了我们的研究。”

Drosten说,大多数基因组的改变并不会改变病毒的行为。确认突变具有影响的唯一方法是在细胞培养或动物模型中研究它,证明它在进入细胞或传播方面变得更强。而且,如果病毒确实发生了重要的变化,它可能会向任何一个方向发展,使其变得更具毒性或更具传播力。在2018年,Drosten的团队发表了一篇论文,表明在2002至2003年SARS爆发的早期,病毒丧失了其基因组的一小部分,即一个基因中有29个碱基对。在实验室中重新添加这些碱基对可以使病毒在多种细胞培养模型中复制的能力更强。

Drosten说:“一种削弱病毒的突变可能会形成,但这可能发生在它刚刚进入人类种群,而且没有与缺乏突变的毒株竞争的时候。遗憾的是,新冠病毒没有这种缺失。”

参考文献:

Mutations can reveal how the coronavirus moves—but they’re easy to overinterpret

doi:10.1126/science.abb6526

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