病毒侦探如何跟踪爆发的起源 - 为什么它如此棘手

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预防未来的流行病需要检查病毒家谱。 通过Getty Images Plus的Stockcrafter / iStock

每次有一个主要的疾病爆发,第一个问题科学家和公众问的一个问题是:“这是从哪里来的?”

为了预测和防止像Covid-19这样的未来流行语,研究人员需要找到导致它们的病毒的起源。这不是一项琐碎的任务。这艾滋病的起源直到它在世界各地传播到20年之前才清楚。科学家们仍然不知道埃博拉的起源,即使它有自1970年代以来造成周期性流行病

作为A.病毒生态学专家,我经常被问到科学家如何追查病毒的起源。在我的工作中,我发现了许多新病毒和一些着名的病原体,可感染野生植物没有引起任何疾病.不管是植物,动物还是人,方法都大致相同。追踪一种病毒的起源需要大量的实地调查、彻底的实验室测试和相当多的运气。

病毒从野生动物主持人跳到人类

许多病毒和其他感染人源自动物的病毒剂。这些疾病是z,意味着它们是由跳到人的动物病毒引起的,并适应通过人类人群传播。

通过在第一个已知的人类感染的部位测试生病的动物来开始病毒来源搜索可能很诱人,但野生宿主通常不会显示任何症状。病毒及其宿主随着时间的推移而相互适应,因此病毒通常不会引起明显的疾病症状,直到他们跳到了一个新的宿主物种.研究人员不能只寻找生病的动物。

另一个问题是人和他们的食物动物没有静止。研究人员发现第一个受感染者的地方并不一定接近病毒首先出现的地方。

PPE的研究员在实验室中拿着移液管。

在Covid-19的情况下,蝙蝠是一个明显的首先看起来。他们已知许多冠状病毒的主持人,并且是SARS和SARS等其他动物疾病的可能源m

对于SARS-COV-2,导致Covid-19的病毒,到目前为止发现了最近的相对科学家Batcov Ratg13.该病毒是2011年和2012年由武汉病毒学研究所的病毒学家发现的蝙蝠冠状病毒集合的一部分。病毒学家正在寻找蝙蝠中的SARS相关冠状病毒SARS-COV-1大流行于2003年.他们在距离该研究所武汉实验室约1500公里的云南省的一个地点收集了蝙蝠的粪便样本和喉咙拭子,并将样本带回进一步研究。

测试蝙蝠冠状病毒是否可以蔓延到人们,研究人员感染猴子肾细胞和人肿瘤衍生细胞随着云南样本。他们发现这个系列的一些病毒可以在人体细胞中复制,这意味着它们可能会直接从蝙蝠传播到没有中间主体的人类。蝙蝠和人们不会经常直接接触,因此中间主机仍然很可能。

找到最近的亲戚

下一步是确定一种可疑的野生病毒与感染人类的病毒有多密切的关系。科学家通过弄清病毒的基因序列来做到这一点,这涉及到确定基本构造单元的顺序,或者核苷酸,它们组成了基因组。两个基因序列共享的核苷酸越多,它们之间的关系就越密切。

蝙蝠冠状病毒鼠的遗传测序显示它结束96%相同到SARS-COV-2。这种相似性意味着RATG13相对于SARS-COV-2非常接近,证实了SARS-COV-2可能起源于蝙蝠,但仍然太远,也是直接的祖先。可能是另一个宿主捕获来自蝙蝠的病毒并将其传递给人类。

戴着呼吸器,手套和前照灯的人,蝙蝠达到光线。

由于在与武汉野生动物市场有关的人们中发现了一些最早的Covid-19案例,因此有猜测来自这个市场的野生动物是蝙蝠和人类之间的中间宿主。但是,研究人员从未发现冠状病毒在来自市场的动物中。

同样地,当相关的冠状病毒在穿山甲在中国南部的反走私行动中没收了,许多人跳得出结论,SARS-COV-2从蝙蝠跳到了人类的女性。这Pangolin病毒然而,发现与SARS-COV-2相同的91%,使其不太可能成为人类病毒的直接祖先。

要确定SARS-COV-2的起源,需要收集更多的野生样品。这是一项艰巨的任务 - 抽样蝙蝠是耗时的,需要严格的注意事故感染。由于SARS相关的冠状病毒被发现亚洲蝙蝠在美国,包括泰国和日本,要想找到一根很小的针简直是一个大海捞针。

为SARS-COV-2创建一个家谱

为了解开病毒起源和运动的谜团,科学家们不仅要找到缺失的部分,还要弄清楚它们是如何组合在一起的。这需要从人类感染中收集病毒样本,并将这些基因序列相互比较,并与其他动物源性病毒进行比较。

为了确定这些病毒样本如何彼此相关,研究人员使用计算机工具来构建病毒的家谱,或者系统发生.研究人员通过对准和排序遗传相似性和差异来比较每个病毒样本的遗传序列并构建关系。

对病毒的直接祖先分享最大的遗传相似性,可以被认为是父母。分享同一个父序的变体,但有足够的变化使它们彼此不同就像兄弟姐妹。在SARS-COV-2的情况下,南非别变,B.1.351和U.K. Variant,B.1.1.7是兄弟姐妹。

建立家庭树是复杂的,不同的分析参数可以给出不同的结果:相同组的遗传序列可以产生两个非常不同的家庭树。

两种不同的系统发育树的例子,用于相同的遗传序列

对于SARS-COV-2,系统发育分析被特别困难。尽管成千上万的SARS-COV-2序列现在可用,他们没有彼此不同表格如何彼此相关。

当前的争论:野性宿主还是实验室溢出?

SARS-CoV-2可能是从实验室释放的吗?虽然目前的证据意味着这不是这种情况,18名突出的病毒学家最近建议应该是这个问题进一步调查

虽然有关于SARS-COV-2在实验室里设计的猜测,但这种可能性似乎极不可能。当将野生鼠遗传序列与SARS-COV-2进行比较时,差异在基因组上随机地分布。在工程化病毒中,将有明确的变化块代表引入序列来自不同的病毒源。

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SARS-CoV-2基因组中有一个独特的序列,它编码了刺突蛋白的一部分,而刺突蛋白似乎在感染人群中发挥了重要作用。有趣的是,在MERS冠状病毒中发现了类似的序列导致类似于Covid-19的疾病

虽然尚不清楚SARS-CoV-2如何获得这些序列,但病毒进化表明它们源自自然过程。病毒累积变化通过与其他病毒及其宿主的遗传交换,或在复制期间随机错误。获得遗传变化的病毒给他们一个生殖优势通常会继续通过复制传递它。Mers和SARS-COV-2在该基因组的这一部分中共享类似的序列,表明它在两者和传播中自然地演变,因为它有助于它们感染人体细胞。

然后去哪儿?

弄清楚SARS-COV-2的起源可以让我们为我们的线索理解和预测未来的淫乱,但我们可能永远不会完全了解它来自哪里。无论SARS-COV-2如何跳进人类,它现在在这里,它可能会留下来。展望未来,研究人员需要继续监测其传播,并尽可能多地接种疫苗。

本文已重新发布谈话是一家致力于分享来自学术专家的想法的非营利新闻网站。它是由:玛丽莲J. Roossinck.宾夕法尼亚州立大学

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Marilyn J. Roossinck不适用于,咨询,或从本文中受益的任何公司或组织获得或接受资金,并且披露了除了学术任命之外的任何相关的附属机构。

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