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禽流感病毒的历史

摘要 : 亚利桑那大学的研究人员提出了跟踪禽流感病毒演变的一个新方法。他们重建流感病毒进化树,挑战传统理论,解决了一些周边的历史意义流感爆发的奥秘。相关文章发表于2014年2月16日的《Nature》杂志上。
禽流感病毒的历史

新研究重建流感病毒进化树,挑战传统理论,解决了一些周边的历史意义流感爆发的奥秘。

这项研究发表在自然杂志上,提供了最全面的流感病毒在不同宿主物种随时间的演化关系分析数据。为了揭示病毒是怎样在不同物种中以不同速率进化该研究挑战传统理论的几个原则 ——例如,该病毒主要从野生鸟类单向感染家禽,而不是往另外一个方向传播。它还有助于解决1918年的空前严峻的流感大流行的起源。

这项新的研究很可能会改变科学家和健康专家怎么看待流感病毒的历史,随着时间的推移它是如何改变基因,以及它是如何在不同宿主物种间跳跃。这一发现通过对人群健康风险进行评估,以开发疫苗具有意义,。

“我们现在明确了一个所有宿主的病毒族谱——包括鸟类,人,马,猪——一旦你有了这种病毒是如何演变的图谱,”该项研究领导者、亚利桑那大学生态学和进化生物学教授Michael Worobey说。“我们研发出这一种比以前已使用的要好得多的方法,解决了真正的演变和历史。”

Worobey解释说,“如果你不弄清楚这种病毒在每个宿主物种的不同进化速率的事实,那么你可以胡说八道——大规模流行病毒出现的时间地点的一个荒谬结果。”

“一旦你正确地解决了这些病毒进化树,一切都能够对号入座和更有道理, ” Worobey补充说,这项研究起源于他的餐桌上。

“在我的面前有一堆关于进化树的打印纸,在桌子上,用我女儿的塑料尺开始测量树枝的长度。这就像一个真正的树枝,你可以看到,进化树上的分支在人类与马以及鸟类中以不同的速度增长。因而我闪现出一个想法,这就是推论出病毒从哪里来及它们是如何演变的,这对于我们的公共卫生至关重要。”

该研究小组分析一个含有80,000多个代表全球A型流感病毒的多样性基因序列的数据,以及利用他们新开发的方法分析。A型流感病毒又分为17种所谓的HA亚型——H1到H17——和10种NA亚型,N1-N10。这些亚型混合匹配,例如H1N1,H7N9,出现在鸟类中的广泛多样性的两种。

使用流感病毒的新家谱作为显示物种传播给宿主的途径及时间的图谱。禽流感病毒的8个基因组片段的一些远远不同于古老的假设。

“我们现在发现的是,禽流感病毒的大多数基因都只有一个极短的历史,并不比电话发明的早,”Worobey解释。

该研究小组在数据中发现一个强大的标记物,提示了在一个非常重大的事件中,禽流感病毒发生一些变革,以及它们的大部分遗传多样性被一些新的变异所选择性取代。

“在19世纪70年代,北美正有一场巨大的马瘟疫,”Worobey说,“各城各镇中,马生病了,大约五成死亡。波士顿的半个城市在这次爆发期间被烧毁,因为没有马匹拉泵货车。当西方城市出现瘟疫时,美国骑兵在与阿帕奇人战斗时,都是步行的,因为所有的马都生病了。马流感疫情让经济直速下降。”

研究人员表明,新生成的进化树显示禽流感病毒基因的一个全球性变换与马流感疫情同时发生,这项分析显示相对于比较接近禽流感病毒。

他补充说,进化的结果并没有明确指出,病毒是否从马跳跃至鸟类或反之亦然,但明显指出这两种物种间的病毒的关系密切。

对于人类来说,研究揭示了一个长期难以解答的奥秘。自从1918年的大规模流感爆发,一直未能缩小甚至到一个半球的任何流感病毒的基因的起源。

结果也挑战了一个公认的理论,那就是野生鸟类是流感病毒的主要贮驻地,从它们传播给驯养的鸟类以及其他物种,包括人类。相反,在整个家禽和野鸟整个禽流感病毒基因库的遗传多样性往往追溯到更早的禽流感爆发。Worobey解释。

原文摘要:

A synchronized global sweep of the internal genes of modern avian influenza virus

Michael Worobey, Guan-Zhu Han & Andrew Rambaut

Zoonotic infectious diseases such as influenza continue to pose a grave threat to human health. However, the factors that mediate the emergence of RNA viruses such as influenza A virus (IAV) are still incompletely understood. Phylogenetic inference is crucial to reconstructing the origins and tracing the flow of IAV within and between hosts. Here we show that explicitly allowing IAV host lineages to have independent rates of molecular evolution is necessary for reliable phylogenetic inference of IAV and that methods that do not do so, including ‘relaxed’ molecular clock models, can be positively misleading. A phylogenomic analysis using a host-specific local clock model recovers extremely consistent evolutionary histories across all genomic segments and demonstrates that the equine H7N7 lineage is a sister clade to strains from birds—as well as those from humans, swine and the equine H3N8 lineage—sharing an ancestor with them in the mid to late 1800s. Moreover, major western and eastern hemisphere avian influenza lineages inferred for each gene coalesce in the late 1800s. On the basis of these phylogenies and the synchrony of these key nodes, we infer that the internal genes of avian influenza virus (AIV) underwent a global selective sweep beginning in the late 1800s, a process that continued throughout the twentieth century and up to the present. The resulting western hemispheric AIV lineage subsequently contributed most of the genomic segments to the 1918 pandemic virus and, independently, the 1963 equine H3N8 panzootic lineage. This approach provides a clear resolution of evolutionary patterns and processes in IAV, including the flow of viral genes and genomes within and between host lineages.

对应Nature杂志: 2014年4月10日Nature杂志精选

来源: Nature 浏览次数:89

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