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对病毒进行实时测序如何帮助有效抑制传染病的暴发

Update:2017-10-25From:生物谷 Hot:
  

 自从蓝舌病病毒(bluetongue virus,BTV)在英国首次出现已经10年了,目前英国所面临的状况与荷兰非常相似,这些病毒都已经开始传播和扩散了,很多人认为,这种病毒的到来或许会诱发一些状况出现。

BTV会引发牛羊患上蓝舌病,尽管主要受到影响的还是羊群,蓝舌病的临床症状范围非常广泛,常常从很少或没有任何疾病迹象到死亡。2006年秋天这种病毒最开始进入北欧地区,随后病毒在多个国家散布其“种子”,比如德国和荷兰等,BTV是一种经常在热带和亚热带肆虐的病毒。

在欧洲出现的病毒BTV8引发了非常严重的后果,使得牛和羊出现了很高的感染率和死亡率,后来研究人员发现,一种名为库蠓的昆虫会在牲畜间传播蓝舌病,而随着气候的变化,蓝舌病如今正在向欧洲北部蔓延,而蝙蝠则正好以库蠓为食。BTV能熬过欧洲的冬天,并且在第二天继续出现,从而成为目前最大的疫情爆发之一的病毒,而如今BTV正在跨越英吉利海峡进入英国。

对口蹄疫进行测序

在BTV8的整个爆发过程,分子鉴定在其中扮演着关键角色,即对病毒的遗传物质进行检测和特性分析,利用传统方法在实验室中常常需要花费数天时间才能够分离到病毒,而分子鉴定方法则仅需要花费几个小时就能够完成。BTV至少包含28种不同形式,其称之为不同的血清型,不同血清型对于免疫系统而言似乎并不相同,而阐明所流行的血清型对于研究人员开发新型疫苗非常重要,而分子生物学方法则是首个能够确定病毒血清型的手段。

在英国,BTV的着陆就好像是爆发异常最可怕的牲畜疾病(口蹄疫)一样,2007年8月2日首次报道在伦敦南部萨里郡(Surrey)的牧场中出现了口蹄疫的爆发,随后很快口蹄疫就扩散到了周边的农场中。与2001年英国爆发的口蹄疫不同的是,直到2007年对病毒诊断和特性分析的分子生物学方法才崭露头角,实时荧光定量PCR就能够对口蹄疫病毒的基因组进行扩增和检测,而且数个小时就能够完成,这就意味着研究人员能够以更快速更精准地方法对病毒/疫情的爆发进行有效控制。

从历史上来讲,在病毒疫情爆发后,对病毒基因组进行测序常常能够帮助研究人员评估病毒的扩散机制以及病毒的来源,2007年爆发的口蹄疫就代表了实时对病毒全基因组进行测序的开端,通过对病毒的完整基因组进行分析,研究人员不仅能够确定突变的病毒,还能够采取有效措施来遏制病毒的进展。

基因组由单个核苷酸组成,这些核苷酸连接在一起就能够形成一种特殊代码,此前研究人员通过研究发现,随着病毒在不同的农场中进行扩散,大约就有4个核苷酸会不断发生变化,因此当9个改变的缺口被发现时就意味着仍有尚未确认被病毒感染的农场。当然了,分子流行病学在这一点上看似并不新鲜,很多研究都会大量病毒进行研究,这就能够帮助研究人员深入剖析病毒的来源以及病毒如何驱动疫情的爆发,比如,一项在越南进行的研究就发现,登革热病毒能够在南方传播,但其会通过人类的运动定期向北边移动。

来自格拉斯格大学的研究人员通过研究发现了苏格兰病毒病毒的来源以及其扩散机制,同时他们还鉴别出了丙肝病毒传播的热点区域,然而,在病毒爆发期间利用全基因组测序技术或许就能为研究人员带来全新的视野。

抵御埃博拉

7年之后,在疫情爆发期间对病毒基因组进行实时测序在西非的埃博拉疫情中凸显出了巨大潜力,直到2014年,和其它很多病毒一样,研究者仍然基于传统的追踪接触方法来研究埃博拉疫情的流行病学特征,同时他们想尽力找到哪些人会被感染,以及寻找这些感染的来源。当然了目前这种策略仍然非常有价值,其对于调查和控制疫情爆发非常重要,但尽管如此,如今技术已经发展到了分子生物学的手段,尤其是基因组测序,其能够帮助科学家们快速制定应对疫情爆发的策略。

以埃博拉病毒为例,对样本中的病毒进行实时测序就能够快速发现几内亚地区的两个谱系的埃博拉病毒,而在塞拉利昂建立的测序设施至少发现了9种不同谱系埃博拉病毒的传播;通过将样本同特殊病毒谱系相联系,研究人员就有可能解决疾病传播链的问题。同时研究人员还在南美寨卡病毒的爆发中使用了相同的方法,通过测序技术就能够有效指导疾病的控制。

对病毒进行实时测序并不是传统流行病学研究的另一种选择,其只是增加了很多细节信息,从2007年口蹄疫爆发到现在已经10年时间了,分子生物学的方法对于研究人员进行疾病的追踪、控制,最终有效遏制疾病的流行非常关键和重要。

参考资料:

【1】Bluetongue: how to spot and report the disease

【2】Culicoides midges

【3】Field observations during the Bluetongue serotype 8 epidemic in 2006: II. Morbidity and mortality rate, case fatality and clinical recovery in sheep and cattle in the Netherlands

Preventive Veterinary Medicine        doi:10.1016/j.prevetmed.2008.06.003

【4】serotype

【5】Molecular Epidemiology of the Foot-and-Mouth Disease Virus Outbreak in the United Kingdom in 2001

J Virology     doi: 10.1128/JVI.01236-06

【6】Reverse transcription polymerase chain reaction

【7】Sequencing a genome

【8】Transmission Pathways of Foot-and-Mouth Disease Virus in the United Kingdom in 2007

PLOS Pathogens   doi:10.1371/journal.ppat.1000050

【9】Dengue Virus in Sub-tropical Northern and Central Viet Nam: Population Immunity and Climate Shape Patterns of Viral Invasion and Maintenance

PLoS Negl Trop Dis    doi:10.1371/journal.pntd.0002581

【10】Spatiotemporal Reconstruction of the Introduction of Hepatitis C Virus into Scotland and Its Subsequent Regional Transmission

J Virology    doi: 10.1128/JVI.02106-15

【11】Rapid outbreak sequencing of Ebola virus in Sierra Leone identifies transmission chains linked to sporadic cases

Virus Evolution     doi:10.1093/ve/vew016

【12】ZIBRA

【13】How real-time sequencing of viruses can help halt outbreaks of infectious disease

相关参考
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