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中科院研究表明华南海鲜市场新冠病毒是由其他

研究表明华南海鲜市场的新型冠状病毒是从其他地方传入,在市场中发生快速传播蔓延到市场之外的;新冠病毒在2月12日之前发生过2次明显的种群扩张,估计2次扩张的时间分别为2019年12月8日和2020年1月6日;现扩散的病例至少来自于3个途径;新型冠状病毒基因组尚未发生重组事件。
 
标题Decoding the evolution and transmissions of the novel pneumonia coronavirus (SARS-CoV-2) using whole genomic data

研究单位:中国科学院西双版纳热带植物园与华南农业大学以及北京脑科中心
来源: 中国科学院科技论文预发布平台http://www.chinaxiv.org/abs/202002.00033


研究背景

2019年12月中旬,一种由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染导致的新冠肺炎(COVID-19)在中国中部城市武汉爆发。截至2020年2月19日,SARS-CoV-2已在中国和五大洲的另外25个国家感染了7.5万人。追溯至12月1日第一例确诊的COVID-19患者,SARS-CoV-2已在人体中传播两个多月。然而,目前仍不清楚武汉华南海鲜市场是否是病毒的诞生地,以及病毒是如何演化和传播的。所以,寻找病毒的来源,以及确定中间宿主,对疫情的控制和避免再次爆发具有至关重要的意义。
本研究通过基因组数据解析,发现SARS-CoV-2基因组变异较低,基因组并没有发生明显的重组事件;2月12日之前发生过2次明显的种群扩张;单倍型研究发现,93个样本得到58个单倍型,武汉华南海鲜市场获得的单倍型H1由H3单倍型衍生而来,并非原始单倍型,说明华南海鲜市场的新型冠状病毒是从其他地方传入,在市场中发生快速传播蔓延到市场之外的。SARS-CoV-2在武汉的传播处于早期阶段,其他地区输入性感染的来源较复杂。


研究方法

作者使用了来自GISAID EpiFluTM数据库中覆盖12个国家的93个SARS-CoV-2基因组数据(截止2月12日)。通过编码区序列比对,构建单倍型网络,进行单倍型进化分析。同时,对种群大小变化和种群扩张时间进行估计。


主要研究结果

SARS-CoV-2的基因变异

SARS-CoV-2的基因组大小从29782 bp到29903 bp不等。基于120个变异位点得到58种单倍型。这120个突变位点与119个密码子关联,其中79个非同义密码子(65.83%),40个同义密码子(33.61%)。有42个非同义替换(53·17%)改变了氨基酸的理化特性。但是,暂时不清楚这些非同义替换和氨基酸的理化属性的改变是否会改变SARS-CoV-2的传染活性。与已发表的SARS-CoV和MERS-CoV比较发现SARS-CoV-2基因组变异较低,基因组并没有发生明显的重组事件,仍在经历稳定的进化。来自中国的54个基因组编码31个单倍型,而来自其他11个国家39个基因组样本也编码31个单倍型,且来自其他国家的单倍型多样性明显高于中国,这可能与采样时间或长途航运过程中的低水平辐射有关。


120个变异位点在8个编码区的分布情况

统计类型包括替换或替代(左上角),密码子位置1-3(右上角),同义突变或非同义突变(左下角),和氨基酸性质(右下角)
 

SARS-CoV-2的种群扩张

对SARS-CoV-2的种群大小研究发现,SARS-CoV-2的种群规模发生了迅速的扩张。在2月12日之前发生过2次明显的种群扩张,估计2次扩张的时间分别为2019年12月8日和2020年1月6日,该结果表明病毒可能在12月初,甚至11月下旬即已经开始有人际传播,随后在华南海鲜市场加快了人际传播。而1月6日的种群扩张,可能与元旦假期有关,而当天国家疾控中心发布了2级应急响应。


SARS-CoV-2单倍型的进化关系

研究构建了SARS-CoV-2的58个单倍型进化网络,以bat-RaTG13-CoV(蝙蝠冠状病毒)作为外类群。单倍型演化关系显示,单倍型H13和H38是比较古老的单倍型,通过一个中间载体(mv1,可能是一个祖先单倍型,可能是来自中间宿主或者“零号病人”)与bat-RaTG13-CoV(蝙蝠冠状病毒)关联,并通过单倍型H3衍生出了单倍型H1。与华南海鲜市场有关联的患者样品单倍型都是H1及其衍生的单倍型H2,H8-H12。而衍生出H1的单倍型H3来自一份与华南海鲜市场无关武汉样品。可见,华南海鲜市场并非SARS-CoV-2的原始来源地,而是从其他地方传入,在市场中发生快速传播的

H13和H38单倍型在现有武汉样本中没有检测到,而是分别在深圳的病患(广东首例)和美国华盛顿州的病患(美国首例)中发现,其均有武汉接触史。这可能与现有武汉样品的采样点和时间的局限性有关。如果能在武汉其他医院早期的病患检测到这两种单倍型,将对于寻找病毒来源非常有帮助。

 

新型冠状病毒单倍型的样品采集时间情况

红色圈的样品是确认与华南海鲜市场有关;蓝色圈的样本确认与海鲜市场无关

 
新型冠状病毒58种单倍型的演化关系和地理分布格局(A,B),单倍型之间的可能演化关系(C),以及新型冠状病毒的可能传播和扩散路线(D)。A和B圆圈中的数据是样本数量。

 
SARS-CoV-2在世界范围内的传播

湖北(武汉)2019年12月24日至2020年1月5日的样本编码了13个单倍型,属于C组(H1和11个单倍型)和B组(只有H3)。这些关系表明,SARS-CoV-2在武汉的传播处于早期阶段。而广东的病毒可能有三个来源(A、C、E组),重庆(B、C)和台湾(B、D)的病毒有两个来源。中国境外的其他国家,澳大利亚、法国、日本和美国,他们的患者感染源至少有两个,尤其是美国包括了五个来源,输入性感染的来源很复杂。


研究意义

本研究提到单倍型演化关系分析方法可以结合到传染病学研究中,对于寻找传染源,以及精确的传播和扩散方向能提供非常重要的信息。
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