隨著致命性新冠病毒在全球范圍內(nèi)的持續(xù)擴散，科學(xué)家們正利用基因測序加開源軟件工具跟蹤其具體傳播路徑。

這款名為Nextstrain的軟件工具雖然無法確切預(yù)測病毒的下一步蔓延，但卻能夠及時提醒我們新的病例來自何處。對于全球各地的衛(wèi)生官員來說，這類信息可謂至關(guān)重要。只要快速發(fā)現(xiàn)新病例，他們就能及時跟進，了解這些病例源自境外抑或是本地傳播。

Nextstarin項目成員、計算科學(xué)家James Hadfield表示，這種基因組流行病學(xué)分析“對于公共衛(wèi)生而言極具價值。這類數(shù)據(jù)的處理時間越早，后續(xù)響應(yīng)補救措施的效果就越好。”

此番導(dǎo)致嚴重呼吸系統(tǒng)疾病的COVID-19新型冠狀病毒于去年12月首次出現(xiàn)在中國，隨后快速感染80000余人。截至目前，新冠病毒已經(jīng)傳播至趤85個國家/地區(qū)，且韓國、伊朗與意大利的發(fā)病率最高。到本文撰稿時，美國也已經(jīng)確認超過250起病例。

隨著新病例的出現(xiàn)，確定病毒來源就變得非常重要，特別是明確感染者來自本地、還是在其他地區(qū)感染到病毒。在準確把握這部分信息之后，公共衛(wèi)生官員即可立足出行限制、學(xué)校停課、疑似病例隔離以及防疫資源分配等層面做出明智決策。

利用基因測序技術(shù)為冠狀病毒“畫像”

基因組分析能夠幫助我們找到揭示病毒起源的線索。在本次疫情爆發(fā)期間，病毒的遺傳密碼會隨著傳播過程不斷發(fā)生穩(wěn)定突變。但每一次突變往往影響不大，只表現(xiàn)為基因中的單一堿基變換——例如由ATC變化為ATTC。著眼于突變，我們能夠在一定程度上把握病毒的傳播時間與地理軌跡。(目前尚無證據(jù)證明這種突變已經(jīng)對新冠病毒的生物活性造成影響。)

通過比較全球范圍內(nèi)采集到病毒樣本基因，新型工具即可繪制出病毒在世界各地傳播時所發(fā)生的突變圖譜。Nextstrain的意義也正在于此。Hafield指出，“我們偽造這些自然發(fā)生的基因突變，協(xié)助生成與病毒傳播相關(guān)的可視化信息。”

Nextstrain繪制的病毒圖譜涵蓋病毒家譜以及進化時間表。對于此次新冠病毒，其家譜起源于中國武漢市，并在此后不斷衍生分支。當新病例出現(xiàn)時，Nextstrain可以將新病毒樣本的基因與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的原有基因進行比較，借此確定其起源區(qū)域。

例如，美國的研究人員已經(jīng)從加利福尼亞州出現(xiàn)的8起病例中讀取或測得冠狀病毒基因組序列。Hafield指出，其中至少6例在遺傳學(xué)層面存在差異，因此證明這些病例由美國之外傳播入境。

Hafield解釋道，“從基因組數(shù)據(jù)角度來看，此次調(diào)查中至少有6例病毒毒株由境外傳入加利福尼亞。當然，這并不是說加利福尼亞州內(nèi)就不存在任何本地傳播，只是當前的基因組數(shù)據(jù)還無法證實這一點。”

西雅圖地區(qū)傳播的冠狀病毒

相比之下，根據(jù)Nextstrain的分析，西雅圖地區(qū)已經(jīng)成為病毒的傳播溫床。該軟件比較了兩起病例，其一采樣自今年1月中旬，其二則采樣自今年2月下旬，且全部發(fā)生在西雅圖附近的斯諾霍米什縣。由于這些病毒存在遺傳相似性，因此可以證明屬于本地傳播。

弗雷德哈欽森癌癥研究中心研究員Trevor Bedford是Nextstrain項目的參與者，他表示在以上兩起病例發(fā)現(xiàn)間隔的六周之內(nèi)，病毒很可能已經(jīng)在本地社區(qū)間進行大范圍傳播。他預(yù)計單西雅圖區(qū)域一地就存在約600名潛在感染者，而預(yù)計感染者上限可能多達1500人。(大多數(shù)新冠病毒病例的發(fā)病癥狀比較輕微，感染者很可能不會前往醫(yī)院就診。)

當然，Nextstrain的成功也高度依賴于科學(xué)家們對病毒樣本的努力測序，特別是將測序結(jié)果發(fā)布至可免費訪問的網(wǎng)站之上。到目前為止，全球研究人員都在積極發(fā)布自己的測序發(fā)現(xiàn)。Hadfield表示，大多數(shù)從業(yè)者都會將測序數(shù)據(jù)上傳至公開訪問的GISAID庫當中。感謝整個社區(qū)的貢獻，Nextstrain團隊得以在這里找到軟件開發(fā)所必需的寶貴數(shù)據(jù)。

然而，在資源相對有限的區(qū)域，科學(xué)家可能拿不到進行此類分析所需要的實驗室工具或者培訓(xùn)素材。為此，一支名為ARTIC Network的小組正在提供協(xié)議與培訓(xùn)資源，幫助全球科學(xué)家順利完成疾病監(jiān)測與基因測序。他們還開發(fā)出“案例實驗室”，引導(dǎo)用戶輕松將資源部署至遠程位置。

上周，巴西也傳出令人振奮的成功故事。在不到48小時之內(nèi)，研究人員即從圣保羅的一位病患身上收集到新冠病毒樣本，利用ARTIC協(xié)議對病毒基因組完成測序，并將數(shù)據(jù)共享至GISAID庫?？茖W(xué)家們在這里使用的基因組測序工具為MinION。