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中科院研究表明華南海鮮市場新冠病毒是由其他

研究表明華南海鮮市場的新型冠狀病毒是從其他地方傳入,在市場中發生快速傳播蔓延到市場之外的;新冠病毒在2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張,估計2次擴張的時間分別為2019年12月8日和2020年1月6日;現擴散的病例至少來自于3個途徑;新型冠狀病毒基因組尚未發生重組事件。
 
標題Decoding the evolution and transmissions of the novel pneumonia coronavirus (SARS-CoV-2) using whole genomic data

研究單位:中國科學院西雙版納熱帶植物園與華南農業大學以及北京腦科中心
來源: 中國科學院科技論文預發布平臺http://www.chinaxiv.org/abs/202002.00033


研究背景

2019年12月中旬,一種由新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染導致的新冠肺炎(COVID-19)在中國中部城市武漢爆發。截至2020年2月19日,SARS-CoV-2已在中國和五大洲的另外25個國家感染了7.5萬人。追溯至12月1日第一例確診的COVID-19患者,SARS-CoV-2已在人體中傳播兩個多月。然而,目前仍不清楚武漢華南海鮮市場是否是病毒的誕生地,以及病毒是如何演化和傳播的。所以,尋找病毒的來源,以及確定中間宿主,對疫情的控制和避免再次爆發具有至關重要的意義。
本研究通過基因組數據解析,發現SARS-CoV-2基因組變異較低,基因組并沒有發生明顯的重組事件;2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張;單倍型研究發現,93個樣本得到58個單倍型,武漢華南海鮮市場獲得的單倍型H1由H3單倍型衍生而來,并非原始單倍型,說明華南海鮮市場的新型冠狀病毒是從其他地方傳入,在市場中發生快速傳播蔓延到市場之外的。SARS-CoV-2在武漢的傳播處于早期階段,其他地區輸入性感染的來源較復雜。


研究方法

作者使用了來自GISAID EpiFluTM數據庫中覆蓋12個國家的93個SARS-CoV-2基因組數據(截止2月12日)。通過編碼區序列比對,構建單倍型網絡,進行單倍型進化分析。同時,對種群大小變化和種群擴張時間進行估計。


主要研究結果

SARS-CoV-2的基因變異

SARS-CoV-2的基因組大小從29782 bp到29903 bp不等。基于120個變異位點得到58種單倍型。這120個突變位點與119個密碼子關聯,其中79個非同義密碼子(65.83%),40個同義密碼子(33.61%)。有42個非同義替換(53·17%)改變了氨基酸的理化特性。但是,暫時不清楚這些非同義替換和氨基酸的理化屬性的改變是否會改變SARS-CoV-2的傳染活性。與已發表的SARS-CoV和MERS-CoV比較發現SARS-CoV-2基因組變異較低,基因組并沒有發生明顯的重組事件,仍在經歷穩定的進化。來自中國的54個基因組編碼31個單倍型,而來自其他11個國家39個基因組樣本也編碼31個單倍型,且來自其他國家的單倍型多樣性明顯高于中國,這可能與采樣時間或長途航運過程中的低水平輻射有關。


120個變異位點在8個編碼區的分布情況

統計類型包括替換或替代(左上角),密碼子位置1-3(右上角),同義突變或非同義突變(左下角),和氨基酸性質(右下角)
 

SARS-CoV-2的種群擴張

對SARS-CoV-2的種群大小研究發現,SARS-CoV-2的種群規模發生了迅速的擴張。在2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張,估計2次擴張的時間分別為2019年12月8日和2020年1月6日,該結果表明病毒可能在12月初,甚至11月下旬即已經開始有人際傳播,隨后在華南海鮮市場加快了人際傳播。而1月6日的種群擴張,可能與元旦假期有關,而當天國家疾控中心發布了2級應急響應。


SARS-CoV-2單倍型的進化關系

研究構建了SARS-CoV-2的58個單倍型進化網絡,以bat-RaTG13-CoV(蝙蝠冠狀病毒)作為外類群。單倍型演化關系顯示,單倍型H13和H38是比較古老的單倍型,通過一個中間載體(mv1,可能是一個祖先單倍型,可能是來自中間宿主或者“零號病人”)與bat-RaTG13-CoV(蝙蝠冠狀病毒)關聯,并通過單倍型H3衍生出了單倍型H1。與華南海鮮市場有關聯的患者樣品單倍型都是H1及其衍生的單倍型H2,H8-H12。而衍生出H1的單倍型H3來自一份與華南海鮮市場無關武漢樣品。可見,華南海鮮市場并非SARS-CoV-2的原始來源地,而是從其他地方傳入,在市場中發生快速傳播的

H13和H38單倍型在現有武漢樣本中沒有檢測到,而是分別在深圳的病患(廣東首例)和美國華盛頓州的病患(美國首例)中發現,其均有武漢接觸史。這可能與現有武漢樣品的采樣點和時間的局限性有關。如果能在武漢其他醫院早期的病患檢測到這兩種單倍型,將對于尋找病毒來源非常有幫助。

 

新型冠狀病毒單倍型的樣品采集時間情況

紅色圈的樣品是確認與華南海鮮市場有關;藍色圈的樣本確認與海鮮市場無關

 
新型冠狀病毒58種單倍型的演化關系和地理分布格局(A,B),單倍型之間的可能演化關系(C),以及新型冠狀病毒的可能傳播和擴散路線(D)。A和B圓圈中的數據是樣本數量。

 
SARS-CoV-2在世界范圍內的傳播

湖北(武漢)2019年12月24日至2020年1月5日的樣本編碼了13個單倍型,屬于C組(H1和11個單倍型)和B組(只有H3)。這些關系表明,SARS-CoV-2在武漢的傳播處于早期階段。而廣東的病毒可能有三個來源(A、C、E組),重慶(B、C)和臺灣(B、D)的病毒有兩個來源。中國境外的其他國家,澳大利亞、法國、日本和美國,他們的患者感染源至少有兩個,尤其是美國包括了五個來源,輸入性感染的來源很復雜。


研究意義

本研究提到單倍型演化關系分析方法可以結合到傳染病學研究中,對于尋找傳染源,以及精確的傳播和擴散方向能提供非常重要的信息。
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