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　　近年來，偽狂犬(quan)、猴(hou)痘等病毒從動物向人類外(wai)溢，引發(fa)(fa)(fa)新(xin)(xin)發(fa)(fa)(fa)傳(chuan)染(ran)(ran)病甚至全球大流(liu)行的(de)頻率(lv)正(zheng)在(zai)顯(xian)著增加(jia)，“如何精準預(yu)測(ce)和(he)預(yu)報動物源新(xin)(xin)發(fa)(fa)(fa)傳(chuan)染(ran)(ran)病”是關系綠(lv)色(se)健(jian)康(kang)養殖與(yu)公共衛生(sheng)防控的(de)重(zhong)要(yao)科學(xue)問題(ti)。復(fu)旦大學(xue)公共衛生(sheng)學(xue)院(yuan)粟碩(shuo)教授團隊(dui)與(yu)合作者運用前沿交叉研究方法，揭示(shi)多(duo)種(zhong)哺乳動物宏基因(yin)組數據中(zhong)的(de)病毒基因(yin)組成、生(sheng)態學(xue)特征與(yu)跨物種(zhong)傳(chuan)播規律(lv)，在(zai)“同(tong)一健(jian)康(kang)”理(li)念下為(wei)構建人-動物-環境(jing)一體(ti)(ti)化多(duo)維度新(xin)(xin)發(fa)(fa)(fa)傳(chuan)染(ran)(ran)病預(yu)測(ce)預(yu)警體(ti)(ti)系奠定重(zhong)要(yao)數據基礎。成果(guo)于北京(jing)時間9月4日(ri)以(yi)題(ti)為(wei)“Farmed fur animals harbor viruses with zoonotic spillover potential”的(de)研究長(chang)文在(zai)《自然》雜志(Nature)發(fa)(fa)(fa)表(biao)。

聚焦養殖哺乳動物

發現潛在“風險”病毒

　　21世紀(ji)以來，人類多次經歷由動物源新發傳染病原引發的大流(liu)行疫(yi)(yi)情(qing)(qing)。2014年西非(fei)埃(ai)博(bo)拉病毒(du)疫(yi)(yi)情(qing)(qing)、2015年寨卡病毒(du)在南美暴發并蔓延全球(qiu)，以及(ji)近(jin)期起源非(fei)洲的猴痘疫(yi)(yi)情(qing)(qing)等，接連(lian)不斷地(di)給全球(qiu)公共衛(wei)生體系帶來嚴峻挑戰。

　　據報(bao)道，超過70%的人畜共患(huan)疾病(bing)源自野生動物(wu)。隨(sui)著全球城市化(hua)進程加(jia)速(su)，密集(ji)的城郊人口(kou)、集(ji)約化(hua)養殖、便(bian)捷旅行及環境變(bian)化(hua)等社會生態(tai)因素促使新發傳(chuan)染病(bing)頻(pin)發。這些(xie)傳(chuan)染病(bing)常由(you)動物(wu)引發，并在人畜密切接觸、非洲南美洲一些(xie)衛(wei)生條件不佳的地區顯現，公共衛(wei)生防線(xian)前置需求迫在眉(mei)睫。

　　盡(jin)管先前(qian)大量碎片化的(de)研(yan)究(jiu)提示部分養(yang)(yang)殖哺(bu)乳(ru)動(dong)物具(ju)有攜帶(dai)人獸共(gong)患病(bing)毒的(de)潛力(//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28284614/)，但哺(bu)乳(ru)動(dong)物種(zhong)類(lei)多樣，除傳統家畜外，缺乏對其(qi)他(ta)養(yang)(yang)殖哺(bu)乳(ru)動(dong)物多地(di)域(yu)、多類(lei)群、跨物種(zhong)等不同維度內的(de)綜合病(bing)毒組挖掘與跨尺(chi)度信息整合研(yan)究(jiu)。當前(qian)這(zhe)些動(dong)物的(de)病(bing)原生態(tai)學(xue)與流行病(bing)學(xue)數據(ju)存在較大空白，制約了(le)新發傳染病(bing)疫情的(de)精準防控(kong)。

　　“我們的(de)研(yan)(yan)究希望填補當前(qian)(qian)對(dui)動物(wu)(wu)攜(xie)帶(dai)微生物(wu)(wu)的(de)認知空白，尤其是養殖哺(bu)乳動物(wu)(wu)。”粟碩表示(shi)，大多數人類(lei)病(bing)毒(du)(du)(du)都源(yuan)自動物(wu)(wu)傳(chuan)播，但究竟(jing)哪些(xie)動物(wu)(wu)攜(xie)帶(dai)何種病(bing)毒(du)(du)(du)、這些(xie)病(bing)毒(du)(du)(du)未來是否會對(dui)人類(lei)構成潛在威脅，目前(qian)(qian)仍存在較大不確定性。“如果(guo)能(neng)提前(qian)(qian)監測和預報這些(xie)病(bing)毒(du)(du)(du)，并(bing)部署包括疫苗(miao)研(yan)(yan)發在內的(de)綜(zong)合防控措施，這對(dui)于新(xin)發傳(chuan)染病(bing)關(guan)口前(qian)(qian)移、保障人類(lei)健康至關(guan)重(zhong)要。”

　　團(tuan)隊對來(lai)自(zi)5個動物(wu)目的(de)(de)(de)哺(bu)乳(ru)動物(wu)進行了系統的(de)(de)(de)宏基(ji)因(yin)組(zu)研究，鑒定(ding)了125種病(bing)毒(du)(du)基(ji)因(yin)組(zu)，其(qi)中39種可(ke)推定(ding)為新的(de)(de)(de)病(bing)毒(du)(du)種，豐富(fu)了養殖哺(bu)乳(ru)動物(wu)攜帶病(bing)毒(du)(du)的(de)(de)(de)種類(圖1)。使用生(sheng)態學(xue)地理分布、進化動力(li)學(xue)、公(gong)共大數據等(deng)多(duo)學(xue)科(ke)交叉方法，團(tuan)隊遴選出諾如(ru)病(bing)毒(du)(du)、蓋(gai)塔病(bing)毒(du)(du)等(deng)多(duo)種頻繁發生(sheng)“宿(su)主跳(tiao)躍”的(de)(de)(de)潛(qian)在“風險”病(bing)毒(du)(du)，解(jie)析(xi)其(qi)跨物(wu)種傳(chuan)播規律，并從(cong)空間聚類、動物(wu)類群(qun)、種群(qun)、組(zu)織等(deng)多(duo)維度揭示了潛(qian)在“風險”病(bing)毒(du)(du)的(de)(de)(de)生(sheng)態學(xue)與(yu)流行病(bing)學(xue)特征。

圖1：哺乳動物(wu)攜帶RNA病毒的多樣性(xing)

多學科交叉

尋找病毒檢測分析新方法

　　下一代(dai)測(ce)(ce)序技術的(de)成熟推動了全球基(ji)因(yin)(yin)組(zu)學(xue)的(de)挖掘(jue)與(yu)共享進程，在(zai)既往的(de)組(zu)學(xue)研究中，研究人員通常按物種或采樣(yang)地點進行混樣(yang)，從(cong)而(er)初步解(jie)析(xi)病(bing)毒(du)(du)多樣(yang)性。然而(er)，傳統的(de)混合(he)樣(yang)本(ben)測(ce)(ce)序無法清晰揭示(shi)個體(ti)之(zhi)間或生(sheng)態系統中不(bu)同組(zu)成部分(fen)之(zhi)間的(de)關系，還存(cun)在(zai)樣(yang)本(ben)主要(yao)集中于糞便、難以區分(fen)環境污染等問題。此外，低(di)豐度病(bing)毒(du)(du)面臨基(ji)因(yin)(yin)組(zu)碎片化(hua)、片段化(hua)的(de)挑戰，混合(he)樣(yang)本(ben)難以實現病(bing)毒(du)(du)片段的(de)精(jing)準分(fen)類，大大制約(yue)了病(bing)毒(du)(du)基(ji)因(yin)(yin)組(zu)的(de)獲取。

　　針對這些局限，團隊設(she)計了單組織單樣(yang)本(ben)的(de)建庫(ku)策略，實現了在(zai)個(ge)體水平解析病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)共感染(ran)以及更靈敏(min)的(de)挖掘低豐度病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)。研究在(zai)166個(ge)單組織文庫(ku)里(li)鑒(jian)定到2種以上(shang)的(de)病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)，發現星狀病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)、細小病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)等與其(qi)他(ta)病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)頻繁發生共感染(ran)。通(tong)過對低豐度病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)片段的(de)精準(zhun)拼接，避(bi)免了真陽性(xing)病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)因豐度閾值而被過濾(lv)，實現了多個(ge)病(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)的(de)90%基因組完成度(圖2)。

　　“我們采用的(de)新方法可以(yi)精(jing)確地在個體(ti)層面解(jie)析病(bing)毒(du)共感(gan)染(ran)狀況(kuang)，并能更(geng)靈敏地檢測低豐度病(bing)毒(du)，揭(jie)示出(chu)動物(wu)組織器官、個體(ti)乃(nai)至群體(ti)間的(de)多層次病(bing)原分(fen)布(bu)情況(kuang)，從(cong)而獲得更(geng)為豐富和高(gao)分(fen)辨率的(de)數據。”粟碩(shuo)介紹。這(zhe)意味著研究人員能獲得更(geng)加細致(zhi)的(de)分(fen)析結果、進(jin)行更(geng)深入的(de)統計學(xue)分(fen)析，從(cong)而揭(jie)示不同尺度上的(de)病(bing)原生(sheng)態學(xue)問(wen)題(ti)。

圖2：哺乳動(dong)物(wu)的高(gao)分辨率病毒組

　　研究(jiu)團隊的跨學科(ke)交叉研究(jiu)方法，為(wei)其他新(xin)發(fa)病(bing)原體的風險評(ping)估樹立了(le)范例，為(wei)構建(jian)多維度(du)新(xin)發(fa)傳(chuan)染病(bing)風險評(ping)估體系奠定了(le)基礎(chu)。這不僅對公共衛生(sheng)領域(yu)產(chan)生(sheng)深遠影響，同時(shi)也為(wei)病(bing)毒學、生(sheng)態學等相關領域(yu)提供了(le)新(xin)的研究(jiu)視角和方法指引。

　　在(zai)將(jiang)近三年(nian)的(de)研究過(guo)程中，團隊面臨的(de)最大挑(tiao)戰在(zai)于(yu)(yu)海量(liang)宏(hong)(hong)基因組(zu)數據(ju)的(de)處理與分析(xi)(xi)。“分析(xi)(xi)這些數據(ju)需(xu)要(yao)過(guo)硬(ying)的(de)生物信息學(xue)能力。我們(men)要(yao)從(cong)海量(liang)的(de)原始(shi)數據(ju)中篩選出(chu)病(bing)毒(du)信號，并確定哪(na)些是真正的(de)病(bing)毒(du)序列。”粟碩帶領團隊構建高效的(de)一(yi)體化宏(hong)(hong)病(bing)毒(du)組(zu)注釋管道，用于(yu)(yu)數據(ju)清洗(xi)、病(bing)毒(du)識別和(he)生物信息學(xue)分析(xi)(xi)，成功攻(gong)克(ke)這一(yi)難題。

豐富病毒本底數據，為新發病毒預測預警提供支撐

　　研究獲得的病(bing)毒數據(ju)，豐富了(le)哺乳(ru)動物(wu)的病(bing)毒本底數據(ju)，通過揭示養殖哺乳(ru)動物(wu)體內(nei)病(bing)毒的復(fu)雜組成(cheng)，探索病(bing)毒跨物(wu)種傳(chuan)播的潛力，該研究強調(diao)了(le)將公共衛生安(an)全防線前移(yi)的重(zhong)要性。

　　“現(xian)階段(duan)潛在(zai)風險(xian)病(bing)(bing)原體并沒(mei)有(you)公共衛生風險(xian)，但對于那些在(zai)動(dong)物中已經表(biao)現(xian)出(chu)較高流行趨(qu)勢(shi)的病(bing)(bing)原體，應當加(jia)(jia)強其在(zai)動(dong)物中的監(jian)測(ce)和(he)防控。”粟(su)碩表(biao)示，蓋塔(ta)病(bing)(bing)毒已在(zai)我國多種養(yang)(yang)殖(zhi)和(he)野(ye)生動(dong)物中被監(jian)測(ce)到，具(ju)有(you)頻繁跨物種傳播能力，應加(jia)(jia)強對蓋塔(ta)病(bing)(bing)毒的監(jian)測(ce)并盡早(zao)儲備動(dong)物疫(yi)苗，保障(zhang)動(dong)物健康(kang)養(yang)(yang)殖(zhi)以及預防其潛在(zai)跨物種傳播風險(xian)。

　　近(jin)年來(lai)，復旦大(da)學粟碩團(tuan)隊致力于(yu)應(ying)用(yong)多學科交(jiao)叉(cha)技術進行(xing)新(xin)發病毒綜合(he)防(fang)(fang)控(kong)研究(jiu)。此前(qian)團(tuan)隊已經在(zai)(zai)《細胞(bao)》(Cell)雜(za)志發表多篇論文(wen)，揭(jie)示了哪(na)些動(dong)物攜帶(dai)和(he)可(ke)能(neng)傳播風險(xian)病原，討(tao)論了針對(dui)(dui)公共衛(wei)生(sheng)防(fang)(fang)控(kong)在(zai)(zai)未(wei)來(lai)可(ke)采用(yong)的(de)宏基(ji)因(yin)組和(he)多種交(jiao)叉(cha)研究(jiu)全(quan)新(xin)監測方法。2024年8月，團(tuan)隊應(ying)邀在(zai)(zai)Cell上發表對(dui)(dui)全(quan)球高(gao)致病性禽(qin)流感(gan)A(H5N1)疫(yi)情防(fang)(fang)控(kong)的(de)觀(guan)點(dian)(//www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00784-0)。文(wen)章針對(dui)(dui)H5N1在(zai)(zai)美國奶(nai)牛場暴發且出現突變病毒(PB2-E627K)外溢到四名奶(nai)牛場工人的(de)案例，強調了養殖(zhi)動(dong)物是除禽(qin)類以外的(de)人類感(gan)染的(de)潛在(zai)(zai)前(qian)線，提出了在(zai)(zai)環境-動(dong)物-人類界面上跨學科研究(jiu)、全(quan)景監測防(fang)(fang)控(kong)禽(qin)流感(gan)病毒的(de)前(qian)沿觀(guan)點(dian)。

圖(tu)3：課題組(zu)研究生努力突破研究瓶(ping)頸

　　研(yan)究(jiu)團隊年輕而富有活力，論文的(de)前(qian)三(san)位共同(tong)第(di)一(yi)作(zuo)者均是(shi)課題組在讀研(yan)究(jiu)生。下一(yi)步，團隊將繼續聚焦于人和(he)(he)(he)動物新(xin)(xin)發病毒(du)的(de)預測預報和(he)(he)(he)綜合(he)防控(kong)研(yan)究(jiu)，將病毒(du)宏(hong)基因組等新(xin)(xin)技術與傳(chuan)統的(de)流行病學數(shu)據、環境和(he)(he)(he)生態因素相結合(he)，并針對研(yan)究(jiu)瓶頸按需(xu)求開發新(xin)(xin)的(de)生物信(xin)息分析方法，力爭為傳(chuan)染(ran)病防控(kong)和(he)(he)(he)公共衛生安全提(ti)供更有力的(de)科學支撐。

　　原文鏈接：

　　//www.nature.com/articles/s41586-024-07901-3