為流感病毒傳播畫出「航班網路」圖!






據外媒報導,一名61歲的韓國籍男子日前在科威特旅行歸國後,被確診為中東呼吸綜合征(MERS),並被隔離治療。2015年,MERS曾在韓國造成36人死亡。

病毒的傳播必須仰仗媒介,人類活動是病毒傳播的途徑之一,鳥類、蝙蝠等活動也是病毒的傳播途徑。通過捕捉媒介的活動途徑,是否可以摸清病毒的行動路線,為病毒畫出一張可視的「航班網路」?日前召開的2018世界流感大會上,有學者匯報了相關研究,通過對候鳥、家禽的追蹤,獲得病毒的傳播途徑,並推測出病毒界的「親緣」關係,即如何變異的,進而預測疫情的暴發。

病毒自帶遷徙「時間戳」

「遷徙的過程中病毒同步在進行梯狀進化。」專家表示,病毒家族的遷徙、傳播和進化是在同時進行的。

病毒的衍化給病毒傳播打上了「時間戳」。根據基因分析獲得不同病毒的「親疏」,可以反推它們傳播的路徑。因此病毒的親緣性,可用來判斷不同的「支」在進化中走了哪條路。

通過對近年流行的2.3.2分支H5N1禽流感病毒的追蹤,田懷玉所在團隊發現,東亞遷徙帶內采集到的病毒親緣性較高;同時中亞遷徙帶也出現相同情況;而蒙古的病毒又與上述兩種病毒同時存在親緣性,采樣地點也正好是這兩個遷徙帶交叉地區。

打個比方,根據病毒親緣關係畫出的「朋友圈」與地理科學上長久以來的遷徙帶的範圍高度重疊了。這不會僅僅是個巧合,團隊開始猜測禽流感病毒的傳播有著特定的「航班網路」。

候鳥通道與病毒基因流向吻合

由於在長距離的禽流感擴散上,野鳥一年兩次的遷徙會造成病毒的快速傳播。團隊開始追蹤遷徙鳥類來證實自己的猜測。

「依據種群數量、生存能力,我們選擇了4類野鳥。」專家說,「我們用GPS設備為56只鳥進行遷徙行為記錄。目前的記錄數據表明,候鳥遷徙的速度與不同國家之間疫情的暴發和傳播速度高度相關。」

同時,團隊對該病毒的8個片段分別溯源,利用「時間戳」,給出了地點間的連接關係。「在亞洲,病毒傳播並非隨機傳播,東西向是很少傳播的,主要存在於南北向傳播。」田懷玉說,而且病毒傳播的時間空間與遷徙通道一致。

更細致的研究表明,每一組候鳥遷徙通道上,遷徙時間、空間、順序都能最好地解釋病毒基因流的流向。

研究團隊根據病毒基因組序列構建了1000組網路模型,並與候鳥遷徙路徑匹配。「相當部分的模型表明,病毒遷徙順序與候鳥遷徙在時間、空間、順序上相當吻合。」田懷玉說。

但並非所有的禽流感病毒遷徙都和候鳥遷徙高度一致,專家解釋道:「野鳥中分離的禽流感毒株只有20%,還存在其他的驅動力驅動病毒傳播。」

準確預測病毒進化路徑

「H7N9一度被認為在長三角和珠三角區域流行。」專家說,但是模型預測它會向西部和北部擴散。2014年在陜西西安等地發現H7N9,證實了團隊的準確預測。

「我們的家禽流向分3個層次,包括生產者、零售、消費者。」依據家禽貿易的流向圖,團隊綜合運用系統發生學分析、地理空間技術和時間序列模型等方法對禽流感暴發的時空模式和疫苗對病毒進化的影響進行了研究。

「我們捕捉到的往往是病毒進化樹中的某一個分支,衍化過程中的一個瞬間。」專家說,以往的研究方法,由於采樣有疏漏,采樣點數據之間不夠連續,難以看到病毒的全部傳播過程。而利用系統發生學分析、地理空間技術和時間序列模型等方法能夠將一個瞬間,通過納入其他因素,還原出一個過程,進而發現病毒的動態移動網路。

100年前,被稱為「全球性世紀瘟疫」的世紀大流感致使5000萬人死亡。流感不是普通感冒,而是嚴重傳染病,人類同時面臨季節性流感、流感大流行和動物流感的威脅和危害。預測流感暴發一直是未解難題,地理信息學與分子生物學技術手段的全新結合,可通過對傳播載體的研究,從點連成線再聯接成網路,有望幫助人類摸清病毒的「航班網路」。