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利用遗传网络分析重建COVID-19大流行起源

利用遗传网络分析重建COVID-19大流行起源

来自剑桥、英国和德国的研究人员重建了早期的进化路径。人体内COVID-19的含量;随着感染从武汉扩散到欧洲和北美使用遗传网络技术。

通过分析第一批160个完整的病毒基因组,科学家们已经绘制出了一些新的冠状病毒通过其突变的原始传播图谱,这些突变产生了不同的病毒谱系。

有太多的快速突变,很难精确地追踪到一棵COVID-19系谱树。我们使用一个数学网络算法来同时可视化所有可能的树。剑桥大学的首席作者、遗传学家彼得·福斯特博士说。

这些技术主要是通过DNA来绘制史前人类的运动轨迹。我们认为这是第一次用它们来追踪冠状病毒的感染途径,比如COVID-19。

研究小组使用了从2019年12月24日至2020年3月4日期间从世界各地采集的病毒基因组数据。研究揭示了三个截然不同的变量。19个科系,由一簇簇紧密相关的谱系组成,他们把这些谱系标记为A’ A’ B’和《;C’。

福斯特和他的同事们发现,与在蝙蝠体内发现的COVID-19最相似的是型,原人类病毒基因组;本;在武汉发现了这种病毒,但令人惊讶的是,它并不是这座城市的主要病毒类型。

突变的版本;曾在武汉居住过的美国人身上发现了a型病毒,在美国和澳大利亚的患者身上也发现了大量a型病毒。

武汉的主要病毒类型,即b&b,在东亚地区的患者中普遍存在。然而,如果没有进一步的突变,这种变异就不能在该区域之外传播得很远。暗示一个创始人的事件;在武汉,还是抵抗?研究人员说,与东亚以外的这种COVID-19形成对比。

《;C’变异是主要的欧洲型,在来自法国、意大利、瑞典和英国的早期患者中发现。在中国大陆的研究样本中没有发现它,但在新加坡、香港和韩国都有发现。

新的分析还表明,最早将病毒引入意大利的途径之一是1月27日首次记录在案的德国感染,而另一种早期意大利感染途径与新加坡群集有关。

重要的是,研究人员说他们的基因网络技术准确地追踪了已建立的感染途径:突变和病毒谱系连接了已知病例之间的点。

正因为如此,科学家们认为这些物种在进化上是不同的。方法可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。

系统发育网络分析有可能帮助确定未记载的COVID-19感染源,然后将其隔离,以遏制该疾病在世界范围内的进一步传播。福斯特说,他是剑桥大学麦克唐纳考古研究所和剑桥大学继续教育研究所的研究员。

研究结果发表在2020年4月8日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。研究中使用的软件,以及1000多个冠状病毒基因组的分类和计数,都是免费的。

与蝙蝠和穿山甲中发现的病毒关系最密切的变种被认为是爆发的根源。研究人员。《类型;B’是从两个突变体中分离出来的,然后是C’然后是一个女儿。《;B’。

研究人员说,b&r的定位;东亚病毒的变种可能是由“始发效应”引起的:当病毒从一个小的、孤立的感染群体中产生一种新类型时,就会出现遗传瓶颈。

福斯特认为,还有另一种解释值得考虑。武汉b型病毒可能对东亚大部分人群具有免疫或环境适应性。它可能需要变异来克服东亚以外的耐药性。在这个初始阶段,我们似乎看到东亚的突变率比其他地方要慢。

他补充道:“我们详细描述的病毒网络是一种流行病早期阶段的快照,在COVID-19的进化路径被大量突变所掩盖之前。”这就像在行动中捕捉到一颗刚刚形成的超新星。

自从这项PNAS研究开始以来,研究团队已经将其分析扩展到了1001个病毒基因组。福斯特说,虽然还没有经过同行的审查,但最新的研究表明,第一次感染并在人类中传播的COVID-19病毒发生在9月中旬到12月初之间。

研究人员使用的系统发育网络方法允许在一个简单的图形中同时可视化数百棵进化树;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。

这些技术引起了考古学家科林·伦弗鲁教授的注意,他是《美国科学院院刊》1998年新研究的合著者。伦弗鲁后来在剑桥大学建立了世界上最早的考古基因学研究小组之一。

参考文献:SARS-CoV-2基因的系统发育网络分析;彼得·福斯特、露西·福斯特、科林·伦弗鲁和迈克尔·福斯特,2020年4月8日,《美国国家科学院院刊》。

DOI: 10.1073 / pnas.2004999117

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