Cell杂志50周年专刊——新冠病毒跨种传播的真相
健康
2024-09-30 08:12
湖北
全球动物贸易不仅是经济发展的重要推动力，也在无形中成为病毒跨物种传播的温床。数以亿计的动物被运输和交易，它们的活动范围和接触频率为病原体提供了丰富的传播机会。作为《Cell》杂志 50 周年纪念的一部分，本期Cell杂志特别报道了微生物世界和微生物学领域的发展。在本期的综述中，Eren 和 Banfield 讨论了现代微生物学的发展，从分子生物学家到计算机科学家、统计学家、建模者和化学家，大家齐聚一堂，通过多种研究尺度来了解我们的微生物星球。 封面图片向为当代微生物学做出贡献的众多学科以及过去 50 年的深入研究和发现致敬。 Cell杂志50周年专刊——新冠病毒跨种传播的真相在新冠疫情爆发之际，科学家们迅速将其源头追溯至华南海鲜批发市场。这个市场汇集了来自各地的海鲜和野生动物，成为一个熙熙攘攘的交易中心，吸引了成千上万的买家和卖家。然而，市场的繁华背后却隐藏着潜在的风险。动物在狭小的空间内聚集，容易产生交叉感染，为病毒的变异和传播提供了理想环境。为了揭开这一神秘面纱，2024年9月19日，Cell期刊在线发表了题为“Genetic tracing of market wildlife and viruses at the epicenter of the COVID-19 pandemic”的文章，该研究对2020年初在华南市场收集的环境样本进行了深入分析，利用qPCR技术和高通量测序方法，揭示了环境中潜在的病原体。研究表明，与市场相关的严重急性呼吸综合症冠状病毒2型（SARS-CoV-2）基因多样性与市场的出现一致，并发现市场内外的野生动物摊位附近SARS-CoV-2阳性率增加。作者在所有来自该摊位的SARS-CoV-2阳性样本中识别出野生动物DNA，包括被认为是可能中间宿主的动物，如果子狸、竹鼠和狸猫。作者还检测到感染狸猫、果子狸和竹鼠的动物病毒。许多早期新冠病例与武汉的华南海鲜批发市场有关。2019年12月的分析显示，174名病例中有32%与市场相关，且未直接联系的病例也住在市场附近。此外，市场周边报告了过量肺炎死亡病例，血清调查显示感染率更高。对SARS-CoV-2的研究表明，在2019年12月10日之前几乎没有人类感染病例。最近共同祖先的估计时间为2019年11月底至12月初，流行病规模分析显示2019年12月1日的感染人数在1到83之间，住院人数为0到2，且没有大规模社区传播的证据。华南市场是武汉最大的野生动物交易场所之一，许多摊贩非法销售活体动物。2020年初，环境样本分析显示市场中有潜在的动物病毒，并识别了多个哺乳动物物种。作者的研究结合了早期SARS-CoV-2序列，确认了该病毒在市场的出现，并为大流行初期华南市场的动物及其病毒提供了遗传特征图景。1. 与华南市场相关的SARS-CoV-2遗传多样性与市场出现一致如果华南市场是COVID-19大流行的源头，那么市场相关病毒基因型的共同祖先应与大流行的共同祖先相同。为验证这一假设，作者分析了华南市场的SARS-CoV-2环境样本，结果显示市场相关基因组的最近共同祖先（MRCA）与大流行的MRCA相等。图1. 早期病例SARS-CoV-2与华南市场病毒序列的系统发育分析从2020年1月1日收集的环境样本中恢复了四个完整的SARS-CoV-2基因组，分别为A20（A谱系）和B5、F13、F54（B谱系）。分析表明，A20样本有两个额外的替代位点。尽管A20的病毒释放时间不确定，WHO曾提到该样本来自12月15日之前的怀疑病例。通过贝叶斯进化分析，作者比较了市场内采样的SARS-CoV-2与早期病例的全球遗传多样性，推断出SARS-CoV-2大流行的共同祖先。结果表明，与华南市场相关的SARS-CoV-2的MRCA与整个大流行的MRCA相同，支持SARS-CoV-2最初在人群中出现在华南市场的假设。2. 华南市场野生动物摊位内及附近SARS-CoV-2阳性率上升华南市场在2020年初多次取样，目的是调查与人类病例相关的摊位。1月1日，市场进行了广泛采样，共测试515个样本，其中27个为SARS-CoV-2阳性，并分享了25个阳性样本的测序结果。1月12日，从7个野生动物摊位中每个摊位取10个样本，其中3个为阳性。图2. 华南市场SARS-CoV-2的空间分布及野生动物摊位A中SARS-CoV-2阳性样本的动物DNA/RNA为了确定SARS-CoV-2阳性是否与特定摊位相关，研究者进行了空间相对风险分析，发现市场西南部分的阳性率较高。其中，野生动物摊位A的阳性率达到30%。进一步的样本采集表明，该摊位及其周边区域的SARS-CoV-2 RNA存在。后续采样中，摊位A前的排水系统也多次检测到阳性信号，进一步支持其作为SARS-CoV-2热点的地位。摊位B也多次检测为阳性，但整体阳性率低于摊位A。其他与已知人类病例相关的摊位样本显示，可能反映了人类在市场内的病毒排放。随着市场关闭后时间的推移，SARS-CoV-2的病毒丰度明显下降，表明环境中病毒RNA在逐渐衰减。3. 在一个野生动物摊位的5个SARS-COV-2阳性样本中检测到的哺乳动物野生物种环境样本中的病毒RNA可能包含哺乳动物宿主的基因证据。作者开发了一种宏基因组分析流程，以量化环境样本中动物线粒体DNA（mtDNA）的丰度。来自野生动物摊位A的五个SARS-CoV-2阳性样本中检测到狸猫、毛竹鼠、狗和欧洲兔的mtDNA，且摊位A被确认为SARS-CoV-2热点。后续排水系统样本也显示阳性信号，但摊位B的阳性率低于摊位A。环境样本中人类mtDNA丰度并不高。作者确认了在华南市场存在的18种动物中11种的基因特征。先前研究表明，SARS-CoV-2与野生动物丰度呈负相关。作者的分析显示，人与SARS-CoV-2 RNA之间没有显著相关性，但马来豪猪和喜马拉雅土拨鼠的丰度与SARS-CoV-2存在显著相关性。总的来说，宏基因组数据受多种因素影响，简单相关分析可能无法准确反映市场内特定物种是否感染SARS-CoV-2。4. 野生动物摊位和SARS-COV-2阳性样本含有与动物贸易有关的其他哺乳动物病毒华南市场中动物病毒的存在证明了2019年底动物感染的可能性。通过测序，作者识别出多种哺乳动物病毒，包括人冠状病毒229E和呼吸道合胞病毒B亚群，以及与野生动物相关的病毒如狸猫腺病毒和毛竹鼠冠状病毒。系统发育分析显示，这些病毒与特定宿主物种的已知病毒最为相近，表明病毒具有可预测的宿主特异性。此外，还检测到H9N2流感病毒的多个基因片段，且与2018年广东的病毒相似。这些结果支持华南市场是活体动物的交易场所，并表明潜在的 zoonotic 病毒传播风险。5. 华南市场SARS-CoV-2潜在中间宿主物种线粒体基因型的重建华南市场的动物种群中基因型差异有助于识别亚种和地理来源。作者重建了多种哺乳动物的线粒体基因组，获得了七种野生动物的33个线粒体单倍型，这些基因组大部分超过50%完整度。通过分析狸猫的线粒体基因型，作者发现其在华南市场的种群与其他市场的种群基因不同。图5. 华南市场SARS-CoV-2潜在中间宿主物种的线粒体系统发育狸猫在中国的分布范围广泛，分为四个亚种。与湖北和越南的已知基因组相比，华南市场的狸猫样本缺乏北方亚种的特征，这表明这些狸猫可能源自中国中部或南部，且可能与病毒传播链相关。这些结果暗示，华南市场的狸猫可能并非来自北方毛皮农场或市场，而是来自于南方的野生种群，可能在病毒溢出后进入武汉。大量流行病学证据表明，华南市场是COVID-19疫情最可能的起源地。作者的研究提供了市场上潜在中间宿主物种的宏基因组证据，并分析了进一步支持这一假设的系统发育证据。虽然尚不清楚SARS-CoV-2的潜在中间宿主，但作者的分析识别了市场中存在的多种哺乳动物物种，包括已知对病毒易感的狸猫、遮面果狸、毛竹鼠和马来刺猬。狸猫是市场中检测到的最丰富的物种，且已知可感染并传播SARS-CoV-2。环境样本中检测到的其他动物如黄鼠狼和狐狸虽与易感物种相关，但在阳性样本中稀少。市场内的动物设备和周围排水系统均检测到SARS-CoV-2，表明这些动物可能是病毒的传播源。虽然有人提出病毒可能由人类引入市场，但基于基因组分析，SARS-CoV-2最可能是在市场内或其供应链中首次出现。病毒的RNA在市场中检测到，可能反映出早期感染者的存在。建议针对华南地区的狸猫及其他哺乳动物进行针对性基因和血清样本采集，以进一步揭示动物贸易网络与SARS-CoV-2出现的关系。原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00901-2
