Nature：一项流感病毒进化研究或改变教科书

在2月16日的《自然》（Nature）杂志上发表的一项最新研究，重建了流感病毒的进化树，剖析了病毒如何以不同速率在不同宿主物种中演变，向几个传统观点发出了挑战，并解开了一些关于流感爆发历史意义的奥秘。

　　

生物通报道：最近，一项重建流感病毒进化树的最新研究，向传统观点发出了挑战，并解开了一些关于流感爆发历史意义的奥秘。这项研究成果发表在2月16日的《自然》（Nature）杂志上，对“随着时间的推移，流感病毒在不同宿主物种的进化关系”提供了迄今为止最全面的分析。该研究除了剖析病毒如何以不同速率在不同宿主物种中的演变，还对几个传统观点发出了挑战，例如“病毒主要是从野生鸟类单向传播到驯养鸟类”的观点。同时，这项研究也有助于解决引起1918年几次空前严重的流感大流行的病毒的起源。

这项新研究可能会改变科学家和健康专家对于“流感病毒的历史、遗传上它如何随时间变化，以及它如何在不同宿主物种之间跳跃”这些问题的看法。这些研究结果可能对于“从人口健康风险评估到疫苗发展”都会产生影响。

美国亚利桑那大学的生态学和进化生物学教授Michael Worobey，与爱丁堡大学进化生物学研究所的Andrew Rambaut教授共同指导了这项研究。Michael Worobey称：“现在，对于所有这些宿主——包括鸟类、人类、马和猪——的病毒，我们都有非常清晰的系谱树，并且一旦你有了一种病毒的系谱树，就会改变它的演化。与以前一直使用的方法相比，我们开发的方法能够更好地解决真正的演化和历史问题。”

Worobey解释说，如果你没有考虑到“病毒以不同速率在每种宿主物种中演化“这个事实，那么，对于“大流行病毒何时和在哪里出现？”，你可能会得到荒谬的结果。他指出：“一旦你正确解决了这些病毒的进化树，所有事情就会更加合理。”他补充道，这项研究开始于他的餐桌上。“在我面前有一堆打印的这些进化树，我开始用女儿恰巧放在餐桌上的塑料尺来测量这些进化树分支的长度。就像一棵真实的树的树枝一样，你可以看到，进化树的分支在人类、马和鸟类中具有不同的生长速率。然后我就产生了一个模糊的想法，这可能对关于‘这些病毒来自哪里以及它们如何进化’的公共卫生推论非常重要。”

Worobey的老搭档Andrew Rambaut在电脑上实现了他用塑料尺所做的事情。他们开发了一种软件可让时钟在不同速率不同宿主物种上发出滴答声。一旦有了这个软件，就会产生非常清楚和明确的结果。

研究小组分析了一个数据集（包含代表甲型流感病毒全部多样性的80,000个以上基因序列），并用他们最新开发的方法分析了这些数据。甲型流感病毒分为17个所谓的HA亚型（HI到H17）和10个NA亚型（N1到N10）。这些亚型会混合搭配，例如H1N1、H7N9，在鸟类中具有最大的多样性。

利用新的流感病毒系谱树作为地图，能够显示哪个物种在何时移动到哪个宿主物种。这表明对于几个基因组片段来说，禽流感病毒远非我们经常假设的那样古老。研究人员发现，禽流感病毒在大多数基因中都有一段极短的历史，比电话的发明早不了多少时间。

该研究小组包括亚利桑那大学的研究生Guan-Zhu Han，爱丁堡大学教授、同时也隶属于美国国立卫生研究院的Andrew Rambaut。他们在数据中发现有强大的信号表明，在禽流感病毒中发生了一些革命性事件，其大多数遗传多样性正被一些新变体取代。

Worobey称，流感病毒进化过程中的突然转变，与十九世纪末的几次历史事件有关。“在19世纪70年代，一场巨大的马流感疫情席卷北美。从城市到城市，乡村到乡村，马都染病并且大约有5%的死亡率。在疫情爆发期间，因为没有马拉动抽水机货车，波士顿有一半城区被大火烧毁。除此之外，在西方，因为所有的马都染上疫情，美国骑兵只能徒步与阿帕奇人战斗。这发生在马力为实效功率的时代，马流感疫情对经济来说无异于釜底抽薪。”

据Worobey介绍，新生成的进化树表明，马流感集中爆发的同时，也有禽流感病毒基因的总体更换。该研究还揭示，马流感病毒与禽流感病毒具有最近的亲缘关系。他说：“有趣的是，以前的一项研究报告称，在马流感爆发后的几天里，在鸡和其它家禽中也反复发生了流感疫情。这是历史上另一种意想不到的联系，鉴于我们在进化树中所看到的，有一种可能性就是，这两个事件有关联。”

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他补充说，进化结果不能最终确定病毒是否从马跳跃到鸟类，或相反，但很明显，这两种病毒之间具有密切的关系。

至于人类，这项研究阐明了一个长期存在的奥秘。自1918年的流感大流行以来，已不可能将大流行病毒的任何基因的地理起源，缩小到即便一个半球的范围。Worobey指出他们的研究改变了这一点。

目前公认的观点是：野生鸟类是流感病毒的主要携带者，病毒从它们身上跳跃到驯化鸟类和其它物种（包括人类）中，研究结果对这个观点发出了挑战。研究人员指出，相反，驯化鸟类和野生鸟类禽流感病毒的整个基因库的遗传多样性，经常被追溯到更早出现的驯化鸟类的病毒爆发。

Worobey最后指出：“人们往往认为野生鸟类是一切病毒的来源，但是我们明确看到驯化鸟类对野生鸟类具有明显的影响。原来我们一直食用和食蛋的动物，可能在很大程度上塑造了这些病毒随几十年时间跨度在野生动物中的多样性。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A synchronized global sweep of the internal genes of modern avian influenza virus
Abstract: 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.