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【美国国家科学院院刊】北必赢田怀玉团队:绘制病毒“社交网络圈”或有效预测禽流感

3月3日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表了必赢766 net手机版-必赢体育官方网站田怀玉团队的研究论文《中国活禽贸易在禽流感结构传播圈中的作用评估》,研究通过对病毒的基因组数据和重建的家禽运输数据综合分析,测量和比较了我国广泛流行的三种禽流感病毒亚型:H5N1、H7N9和H5N6的空间传播模式。


如果说,此次新冠病毒闯入人类社会引发的是“遭遇战”,那么流感病毒与人类社会的“作战”更像是骚扰不断的“持久战”。

 

近几年来,HxNy等多个不同亚型的流感病毒偶尔突发,最近一次是2月上中旬湖南省、四川省接连发生的家禽感染H5N1、H5N6亚型高致病性禽流感疫情。然而,目前人们对流感病毒在其自然宿主家禽体内的进化、传播并引起反复大规模感染的机制仍在认识中。


研究发现了病毒的“社交网络圈”,根据这一特性,当某地发生禽流感后,可以据此对其他关联地点进行“预估”,例如四川和湖南暴发禽流感之后,可以针对性地对一些重点省市采取防控措施。

 

应时刻警惕人感染禽流感


“禽流感因其在家禽中的广泛传播、禽传人的能力、以及人感染后的高致死率(约50%),已经成为公共卫生的一大重要威胁。”论文通讯作者、必赢766 net手机版-必赢体育官方网站全球变化与地球系统科学研究院副教授田怀玉表示,禽流感病毒有多种亚型,其中在我国流行较广、影响较大的亚型有H5N1、H5N6、H7N9等。

 

我国把人感染高致病性禽流感列为乙类传染病,并按照甲类管理,和SARS、新冠肺炎属于同一级别。

 

对于流感病毒来说,家禽宿主体内不仅是繁衍生息的“家园”,还是它“升级”的“圣地”,能使病毒进一步进化并出现新的禽源流感病毒。例如,最近在亚洲出现了两种新的重新分配的H5禽流感亚型H5N6和H5N8;后一种亚型随后传播到欧洲、北美和非洲,导致当地家禽暴发疫情。


因此,对于流感病毒在其自然宿主——禽类中的追踪,不仅能够预估它在家禽中的暴发,减少经济损失,而且还时刻警惕禽流感人致病性的出现,将人感染高致病性禽流感扑杀在“摇篮”里,实现预警前移,拒之人类社会门外。

 

野鸟和家禽

禽流感传播的“左膀右臂”


“自从H5N1禽流感1996年在我国广东省第一次暴发以来,禽流感病毒已经在我国家禽中流行了20多年,并在全国各省均有出现疫情。”田怀玉介绍,以往研究证实,禽流感病毒是从其自然宿主野生水鸟传播到家禽的,而人往往通过直接或间接接触家禽感染禽流感病毒。


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候鸟迁徙。张国钢 摄


野鸟迁徙的过程中病毒同步在进化,病毒家族的迁徙、传播和进化跟随野鸟在同步推进。“这就好像病毒的衍化给病毒传播打上了‘时间戳’。根据基因分析获得不同病毒的‘亲疏’,可以反推它们传播的路径。”田怀玉说,因此病毒的亲缘性可用来判断不同的“支”在进化中走了哪条路。


田怀玉团队揭示了亚洲野鸟迁徙网络对禽流感病毒传播作用的工作发表在2015年的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。


“禽类除了野鸟、还有家禽,它们都能够携带流感病毒,而它们两者的生活轨迹有着显著的不同。”田怀玉说,要多角度了解和掌握流感病毒的传播和进化,还需要很重要的一部分——了解禽流感病毒通过家禽运输在我国的传播。

 

我国家禽养殖和贸易产业链非常复杂,“后院养殖”占了我国家禽养殖的很大一部分。缺少生物安全措施的后院养殖、活禽市场一直是禽流感病毒在家禽间传播的温床。


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活禽贸易。余鹏博 摄


据介绍,以往的流行病学研究和针对活禽市场及养殖户的抽样调查,已经发现在国内部分地区,本地的活禽贸易和禽流感的发病有一定的联系。但还缺乏将研究范围扩大到全国范围的活禽贸易对禽流感病毒传播的影响。


掌握流感病毒“社交网络圈”


通过对H5N1、H5N6、H7N9三个亚型的分析,研究者发现野生鸟类迁徙网络只与H5N1在中国的传播有关,而与其他两个亚型无关;通过中国家禽贸易网络可以预测禽流感病毒从一个地方传播到另一个地方的风险,尤其是H7N9和H5N6亚型。


研究团队将我国的“活禽贸易圈”通过网络聚类算法划分出来,确定了五个“活禽贸易圈”,我国禽流感病毒的传播受到活禽贸易的影响,可以分为5个区域,它们在空间上对应于中国南部、东部、东北部、中北部和西部。


“相同颜色的省份代表了同一个群体,也代表了它们之间的活禽贸易更密切。”田怀玉解释,“在每个区域内的活禽贸易和病毒传播比起区域之间都更为频繁。”


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活禽贸易网络和活禽贸易圈

 

通过H5N1、H5N6、H7N9亚型禽流感病毒HA基因序列推断出各省份间病毒传播和进化历史后,发现活禽贸易的这个区域性结构也能很好地解释病毒在全国范围的传播规律。更进一步的定量分析发现,在相同的活禽贸易群体内,病毒的平均传播速率要高于不同贸易区域间的传播速率。

 

“也就是说,我们可以猜测在某一个省份发生的家禽禽流感暴发,通过活禽贸易更有可能首先传播到同一贸易群体的地区。”田怀玉说。

 

3个亚型病毒的“黑历史”


通过海量数据的总结、分析和溯源,可以厘清3个亚型病毒的“黑历史”:H5N1亚型最初在中国南部变成酶型,随后主要传播到中国东南部和中国中北部。在H7N9和H5N6中观察到了相似的社区结构循环模式。H7N9病毒起源于中国东南部,分为长江三角洲谱系和珠江三角洲谱系,并在长三角、珠三角地区传播了三年多后,引起了第1至第4次流行潮,在第5次的流行中,发现H7N9已从珠三角地区传播到中国所有其他区域。对于H5N6,目前看还保持在长三角、珠三角地区区域性的循环传播中。


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H5N1、H5N6、H7N9的病毒在各活禽贸易区域间的进化和传播历史。


该研究由必赢766 net手机版-必赢体育官方网站、中国疾病预防控制中心国家流感中心、鲁汶大学、加州大学洛杉矶分校、中国科学院、山东第一医科大学、华南农业大学、中国林业科学研究院全国鸟类环志中心、奥斯陆大学、牛津大学等国内外研究团队一同合作完成。

 

注:原文转载于《科技日报》微信公众号2020年03月03日文,原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/nOsfBRPSc_NumCSgSnqkCg

 论文链接:https://www.pnas.org/content/early/2020/02/25/1906954117

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