冠状病毒基因组就像一个运输标签，让流行病学家追踪它去过哪里
发布日期:2020年4月27日;2020年4月27日更新
伯特·埃利和泰勒·卡特，ely@www.eternity-eta.com
随着冠状病毒威胁着健康，并颠覆了世界各地的日常生活，UofSC今天转向我们的教师，帮助我们理解这一切。在这篇最初由The Conversation发表的文章中，生物科学教授伯特·伊利和博士生泰勒·卡特讨论了病毒的基因序列如何能让人们了解它去过哪里。
跟踪冠状病毒在人群中的传播，并预测它的下一步行动，是公共卫生应对这种新疾病的重要组成部分，尤其是因为到目前为止，遏制是我们唯一的防御措施。
仅仅看一下感染者并不能告诉你他们的冠状病毒来自哪里，而且SARS-CoV-2也没有条形码，你可以扫描条形码来跟踪它的旅行历史。然而，它的基因序列几乎同样可以帮助我们了解病毒的位置。
生物体的基因组是其完整的遗传指令。你可以把基因组想象成一本书，里面有由字母组成的单词。基因组中的每个“字母”都是一个叫做核苷酸的分子，简称为a、G、C、T或U。
每次病毒复制其基因组时都可能发生突变，因此随着时间的推移，突变会在病毒基因组中积累。例如，新病毒用GAT取代了CAT这个“单词”。病毒在从一个人传播到下一个宿主时携带着这些微小的变化。
这些突变就像护照上的印章。无论你接下来去哪里，你护照上以前的印章仍然显示你去过哪里。
分子遗传学家像我们这样的可以利用这些信息构建冠状病毒的家谱。这使我们能够追踪病毒在空间和时间中的传播路线，并开始回答诸如它从一个人传播到另一个人的速度和容易程度等问题。
个别患者的数据有助于描绘出一幅大图景
在线数据库自12月中旬以来，一直在收集SARS-CoV-2基因组核苷酸序列。只要患者的SARS-CoV-2检测呈阳性，实验室就可以确定感染病毒的基因组序列并上传。截至4月底，超过1500个基因组序列样本已存入GenBank，这是一个由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)运营的公开数据库超过3000个国家加入了GISAID这是一项开放获取的全球流感数据共享倡议。
由于每个序列都来自世界上某个特定地方的患者，这些病毒基因组序列使科学家能够对它们进行比较，并追踪病毒的位置。两种特定病毒的序列越相似，它们的亲缘关系就越密切，而且它们最近拥有一个共同的祖先。上传到GISAID网站上的首个SARS-CoV-2基因组序列是于2019年12月初从一名患者身上收集的。
当然，病毒突变本身并不能告诉研究人员它们发生在哪个国家。但由于数据库记录了观察到的特定突变模式，科学家可以确定每种病毒株的路径。全球地图追踪了病毒在世界各地的传播。
从数千名患者记录的数据显示，SARS-Cov-2起源于中国武汉并传播开来从那里到世界其他地方。
从序列中构建地图
基因数据可以在破解公共卫生谜团方面发挥重要作用，比如冠状病毒是如何在美国传播的。
例如，一名来自武汉的游客于1月15日抵达西雅图病毒检测呈阳性1月20日。
2月28日，科学家对一个病毒样本进行了测序来自西雅图的一位美国病人并发现它的突变特征与来自武汉旅行者的病毒相匹配，加上三个新的突变。GISAID估计突变率约为每个基因组每周0.45个突变，因此在1月20日病例和2月28日病例之间有3个突变符合这一比率。
基于这三种新的突变，这种病毒已经在西雅图地区繁殖了大约五周而未被发现。因为每个感染者会感染其他人吗没有任何症状在美国，病毒可能在五周内传播给100多人。
利用基因组序列将1月15日来自武汉的旅行者携带的病毒与2月底在华盛顿的患者联系起来，使华盛顿州官员警觉到病毒正在悄无声息地在人群中传播。这种病毒在西雅图和其他地方未被发现的传播是公共卫生官员呼吁公众尽可能呆在家里的主要原因之一。
另一项研究详细说明病毒传播的路径病毒从武汉传播到上海，再到德国、意大利、墨西哥，藏在被感染的旅行者身上。这项研究跟踪了受感染的个体，并比较了他们的病毒基因组序列。由于研究人员可以将病毒突变与特定时间已知位置的病毒突变进行比较，他们能够绘制出系统发育树——显示各种病毒基因组序列如何相关的家族树。
使用GISAID估计突变率根据系统进化树，科学家们认为冠状病毒第一次感染人可能发生在2019年11月或12月初的武汉。
如果这种病毒存在的时间更长，那么第一批已知患者身上的病毒就会有更多种类的突变。
还在追踪和学习序列
病毒基因组序列分析将继续成为跟踪和遏制SARS-CoV-2传播的宝贵工具。
例如，对新感染患者的病毒基因组进行测序可以告诉你，这是一种已经在该地区传播了一段时间的病毒，还是一种从其他地方引入的新病毒。
此人在旅行限制实施之前就去过意大利北部把病毒带到了冰岛．最初的疫情很快就得到了控制，但随后欧洲其他地方引入了新形式的病毒。
一项有待同行评审的新研究表明加州也举行了多次推介活动具有独特的病毒谱系。对于加州来说，在官员们设计遏制病毒的方法时，了解新病毒传入的频率将是一个需要考虑的重要因素。
病毒基因组序列也可以在其他方面提供信息。最终，研究人员可能会发现，某些形式的病毒比其他形式的病毒更具毒性。在这种情况下，病毒基因组的序列可以帮助医生决定哪种治疗方法最适合特定的患者。
Banner图片:基因变化的稳定速率让研究人员重现了病毒的传播过程。nextstrain.org，CC的
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