剑桥大学最新研究：基因网络分析揭示北美、中国、欧洲的新冠病毒差异

导语

本周五，剑桥大学研究人员在美国国家科学院院刊（PNAS）上发表一篇论文。从全球各地采集 了并测序得出160 份新冠肺炎患者的完整基因组数据（SARS-CoV-2病毒），构建病毒的基因组发育网络。发现该病毒具有三个主要的变异型别，分别为 A、B、C，其中 A 型是该病毒的源于蝙蝠的最初型号，B 是 A 的变异型，C 是 B 的变异型。A、C 型相当一部分出现在亚洲以外，即欧美地区。该研究开创性地将系统发生方法（phylogenetic method）应用于病毒学研究，有助于理解新冠病毒的演化过程。

本文编译自剑桥大学的报道：

https://www.cam.ac.uk/research/news/covid-19-genetic-network-analysis-provides-snapshot-of-pandemic-origins?from=groupmessage&isappinstalled=0

论文题目：
Phylogenetic network analysis of SARS-CoV-2 genomes论文地址：https://www.pnas.org/content/early/2020/04/07/2004999117

来自剑桥大学的英国、德国研究人员，利用基因网络技术，重建了人类新型冠状病毒肺炎的早起进化路径（感染从武汉扩散到欧洲和北美）。

新冠病毒的基因变异网络示意图

研究者通过分析从人类患者中测序出的 160 个完整的病毒基因组，绘制了新冠肺炎病毒通过突变、从原始谱系到其他不同谱系的的传播过程。

剑桥大学的遗传学家 Peter Forster 博士认为，由于有太多的快速突变，导致我们无法整齐地追踪 COVID-19 的遗传谱系。我们使用了数学网络算法（mathematical network algorithm）来同时可视化所有可能的进化树。

这项技术最为人熟知的应用案例，是通过 DNA 绘制史前人类的迁移轨迹。我们认为这是它第一次被用来追踪COVID-19这类冠状病毒的感染路径。

该团队使用了 2019 年 12 月 24 日到 2020 年 3 月 4 日期间从世界个体采样的病毒基因组数据。这项研究发现了新冠肺炎病毒的 3 个不同变种由紧密相关血统簇（clusters）组成，研究者将其标记为 A、B、C。

Forster 和他的同事发现，蝙蝠体内最接近 COVID-19 的 A 型病毒（即原始人类病毒基因组），出现在了武汉。但令人惊讶的是，它不是该城市的主要病毒类型。

据报道，研究者在生活于武汉的美国人身上发现了 A 型病毒的突变版本，且在美国和澳大利亚的患者身上也发现了大量 A 型病毒。

出现在武汉的主要病毒类型 B，在东亚各地的患者中普遍存在。然而研究人员表示，这种变异基因在没有进一步突变的情况下，并没有传播到东亚以外的地方。这意味着在武汉发生了B型病毒的“奠基者事件”（founder event），或者说东亚以外地区对 B 型新冠病毒产生了抵抗（resistance）。

C 型病毒变体，主要是欧洲类型，出现在法国、意大利、瑞典和英国的早期患者身上。这项研究在中国大陆样本中没有发现 C 型病毒，但在新加坡、香港和韩国则有出现。

新的分析还表明，这种病毒最早在1月27日引入意大利，是通过首次被记录的德国感染者携带而来。而意大利的另一个早期感染途径，与新加坡集群（Singapore cluster）有关。

重要的是，研究人员表示他们的遗传网络技术可以准确地追踪既定的感染途径：突变和病毒谱系把已知病例联系了起来。

因此，科学家认为这些“系统发生”（phylogenetic）方法，可以应用于新冠病毒的基因组测序，以帮助预测未来全球疾病传播和患者激增的热点地区。

作为剑桥大学 McDonald 考古研究所和剑桥大学继续教育学院的研究员， Forster 表示，系统发生网络分析有潜力帮助识别未被证实的新冠病毒感染源，然后将其隔离，以控制疾病在全球范围内进一步传播。

这项研究刚刚发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上。该研究中心使用的软件及 1000 多种冠状病毒基因组的分类和计数可从以下链接免费获取：

数据来源：

www.fluxus-technology.com

变种 A 型病毒与在蝙蝠和穿山甲中发现的病毒最为接近，研究人员将其描述为疫情爆发的根源（the root of the outbreak）。类型 B 源于类型 A，发生了有两个突变。C 型则是 B 型的后代。

研究人员表示，变种 B 型病毒，在东亚的本地化可能是由于“奠基者效应”（ founder effect）造成的：当一小群孤立的病毒形成新的类型时，就会出现这种基因瓶颈（即种群瓶颈，可能加剧遗传漂变）。

Forster 认为，还有另一种解释值得考虑。武汉 B 型病毒可以在免疫能力和环境层面适应大部分东亚人口、使他们被感染，它可能需要进行变异才能克服除东亚以外的其他亚洲人拥有的抵抗能力。在病毒传播的初始阶段，我们基本可以看到，病毒在东亚的突变速度比其他地方慢。

他补充说，“我们详述的病毒网络是流行病早期阶段的简况反馈，当时新冠病毒的进化路径还没有被大量突变所掩盖。这就像在运动中捕捉到了超新星爆发。”

从这项 PNAS 研究启动以来，研究团队已经将分析范围拓展至1001 个病毒基因组。尽管尚未经过同行评议，但 Forster 表示，最新的研究表明，COVID-19 的首次感染和传播是在 2019 年的 9 月中旬-12 月初之间发生的。

新西兰研究人员在 1979 年第一次使用系统发生网络方法（phylogenetic network method），该方法可以在简单的图中同时显示数百棵进化树。20 世纪 90 年代，德国数学家进一步发展了这种方法。

这些技术引起了考古学家 Colin Renfrw 教授（这篇 PNAS 论文的合著者）的注意，Renfrew 继而在剑桥大学建立了考古遗传学研究组，是世界上最早的考古遗传学研究组之一。

翻译：刘培源审校：郭瑞东编辑：张希妍

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