英国剑桥基因网络技术重构病毒族谱，研究表明：首次感染去年9月

近日来自英国剑桥和德国的研究人员利用基因网络技术重建了COVID-19在人类体内的早期“进化路径”——解释了冠状病毒爆发后是如何从武汉扩散到欧洲和北美的。

通过分析首批160个完整的人类患者病毒基因组，科学家们绘制出了新冠状病毒通过变异传播的一些原始图谱，这些变异产生了不同的病毒谱系。

剑桥大学的遗传学家彼得·福斯特博士说：有太多的快速突变，无法清晰地追踪COVID-19家族树。他们使用的是一种数学网络算法来同时可视化所有可能的树。

这些技术主要是通过DNA绘制史前人类种群的活动图。我们认为这是第一次使用它们来追踪像COVID-19这样的冠状病毒的感染途径。

研究小组使用了从2019年12月24日至2020年3月4日期间从世界各地取样的病毒基因组数据。这项研究揭示了COVID-19的三个不同的“变体”，由密切相关的血统组成，他们将其标记为“A”、“B”和“C”。

福斯特和他的同事发现，与蝙蝠中发现的COVID-19最接近的一种类型——“A”型，即“原始人类病毒基因组，在武汉存在，但令人惊讶的是，它并不是武汉市的主要病毒类型。

据报道，在居住在武汉的美国人中发现了“A”的变异版本，在美国和澳大利亚的患者中发现了大量的A型病毒。

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，研究人员说，这种变异在没有进一步突变的情况下并没有在该地区传播太多。“C”变异是主要的欧洲类型，在法国、意大利、瑞典和英国的早期患者中发现。该研究在中国大陆的样本中不存在，但在新加坡、香港和韩国都有。

新的分析还表明，最早将该病毒引入意大利的一种病毒是在1月27日通过第一次有记录的德国感染传播的，另外一种早期意大利感染途径与“新加坡群”有关。

重要的是，研究人员说，他们的基因网络技术准确地追踪了既定的感染途径：突变和病毒谱系在已知病例之间连接在一起。

因此，科学家们认为，这些“系统发育”方法可以应用于最新的冠状病毒基因组测序，以帮助预测未来全球疾病传播和激增的热点。

剑桥大学麦克唐纳考古研究所以及该大学继续教育研究所的研究员福斯特表示：系统发育网络分析有可能有助于识别未登记的COVID-19感染源，然后将其隔离，以遏制该疾病在全球的进一步传播。

研究结果发表在当日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。变异体“A”，与蝙蝠和穿山甲中发现的病毒最为密切相关，被研究人员称为“爆发的根源”。类型“B”是从“A”派生的，由两个突变分开，然后“C”又是“B”的“女儿”。

研究人员表示，B变异株在东亚的定位可能是“奠基人效应”的结果：在一种病毒的情况下，一种新的病毒是从一小部分孤立的感染中产生的，这是一种遗传瓶颈。

福斯特认为，还有一个解释值得考虑：武汉B型病毒可在免疫或环境上适应大部分东亚人群。它可能需要变异以克服东亚以外的阻力。在这个初始阶段，我们似乎看到东亚地区的突变率比其他地区要慢。

从今天的PNAS研究开始以来，研究小组已经将分析扩展到了1001个病毒基因组。福斯特说，虽然尚待同行评审，但最新的研究表明，COVID-19在人类中的首次感染和传播发生在9月中旬至12月初。

研究人员使用的系统发育网络方法——允许在一个简单的图表中同时可视化数百个进化树——于1979年在新西兰率先提出，然后在1990年代由德国数学家发展起来。

这些技术引起了考古学家Colin Renfrew教授的注意，他是1998年新PNAS研究的合著者。伦弗鲁接着在剑桥大学建立了世界上最早的考古遗传学研究小组之一。