科学家利用基因网络技术重建COVID-19在早期的“进化路径”

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-04-21

该技术可以应用于最新的冠状病毒基因组测序,以帮助预测未来全球疾病传播和激增的集中区域。

来自英国剑桥大学和德国的研究人员利用基因网络技术重建了COVID-19在的早期“进化路径”。

通过分析首批160个完整的人类患者病毒基因组,科学家们绘制了新冠状病毒经过突变产生不同病毒谱系的传播图。

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图自pixabay

剑桥大学的遗传学家Peter Forster表示:“快速突变太多,无法清晰地追踪COVID-19家族树。因此,我们用了一种数学网络算法来同时可视化所有可能的树。”

“这类技术此前主要是通过DNA来绘制史前人类的活动图,这是第一次将它用来追踪像COVID-19这样的病毒感染途径。”

研究小组使用了2019年12月24日到2020年3月4日期间,从世界各地采集到的病毒基因组数据。这项研究揭示了COVID-19的三个不同的“变体”——A、B和C,它们之间的血统密切相关。

Forster及其同事发现,A型与蝙蝠中发现的COVID-19最接近,它存在于武汉,但令人惊讶的是,它却并不是武汉市的主要病毒类型。

据报道,在美国和澳大利亚的患者中也发现了大量的A型病毒。

而武汉和东亚各地的患者中普遍存在的是B型病毒。但在没有进一步突变的情况下,此类病毒并没有在这些地区之外广泛传播开来。这意味着,在该地区中出现了建立者效应,即因少数个体的部分基因频率高而导致其后代群体中同一现象的高比例出现。

C型主要存在于欧洲,发现于法国、意大利、瑞典和英国的早期病人中。C型不存在于中国大陆的样本里,但曾出现于新加坡、中国香港和韩国。

新的分析还表明,该病毒早期进入意大利的路径之一是1月27日的一次德国感染病例,另一条路径则与“新加坡群”有关。

更重要的是,研究人员表示,他们的基因网络技术准确地追踪了已确定的感染途径,将已知病例之间的突变和病毒谱系连接在了一起。

因此,科学家们认为,该技术可以应用于最新的冠状病毒基因组测序,以帮助预测未来全球疾病传播和激增的集中区域。

Forster说:“系统发育网络分析有可能有助于识别未记录的COVID-19感染源,以遏制该疾病在全球的进一步传播”

该研究结果已发表于2020年4月8日的《美国国家科学院院刊》。

A型与在蝙蝠和穿山甲中发现的病毒最相似,B派生于A,C则来源于B。

研究人员认为,B型在东亚的本地化变异可能就是建立者效应的影响。这是一种基因瓶颈,由一个小型、孤立的感染群衍生开来。

Forster认为还有另一点需要考虑:“B型在免疫或环境上适应东亚的大部分人群,因此它可能需要通过变异来克服阻力。在初始阶段,我们似乎也发现,东亚地区的突变率要低于其它地区。”

他补充道:“我们描述的病毒网络是对其早期阶段的简要说明,即在它的进化路径被大量突变掩盖之前。”

自这项研究开展以来,研究小组已经将其分析扩展到了1001个病毒基因组。Forster表示,虽然他们的研究尚待同行评审,但结果表明,COVID-19在人类中的首次感染和传播应该是发生在9月中旬至12月初之间。


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