南开大学发表PNAS文章：“起底”霍乱大流行菌株“进化史”

　　

 
 

               当前霍乱大流行菌株的进化形成过程以及全球迁移示意图

霍乱因其高致病性和快速传播能力，而成为全球公共卫生和疾病防控体系最为关注的疾病之一。而它的高度致病性和快速传播能力的进化形成也是全球科学家竞相研究的热点。

南开大学王磊教授团队历时6年，研究揭示并描绘了当前的霍乱大流行菌株的进化过程和“迁移地图”。该发现对于新发传染病的防控具有重要意义。日前，介绍该工作的论文在线发表于国际权威学术杂志PNAS(《美国国家科学院院刊》)，并被该期刊作为亮点成果推荐。国际权威学术杂志Science(《科学》)也专门撰文介绍了该成果。

霍乱是历史上对人类威胁最大的疾病之一，造成了全球数百万人死亡。目前，世界正在遭受第七次霍乱大流行的危害。当前的大流行性霍乱起始于上世纪60年代并一直持续至今，仅2015年就造成了1304人死亡。

王磊教授课题组联合国际有关实验室创新比较基因组学分析方法，对保存在全球不同实验室的霍乱致病菌历史样品进行了精确分析，同时研究了大量历史记录，揭示了当前的霍乱大流行菌株如何从约一个世纪前的一种非致病性细菌进化成为一种致命性病原体。

研究发现当前的霍乱大流行菌株起源于南亚，并通过六个进化步骤获得了其致病能力和快速传播能力。霍乱大流行菌株在进化过程中经历了南亚—中东—印度尼西亚的迁移路线，该路线由宗教朝圣等人类活动造成，而沿途的独特环境和存在的其他细菌为霍乱大流行菌株的形成提供了进化动力和关键遗传物质来源。

该成果于11月15日在国际权威学术杂志PNAS(《美国国家科学院院刊》)在线发表，并被该期刊作为亮点成果推荐。PNAS在推荐时指出该成果“通过分析基因组信息和大量历史记录，解析了当前霍乱大流行菌株的进化历史”。王磊教授为该论文的主要通讯作者，南开大学硕士生胡达隆、教授刘斌为共同第一作者，南开大学为第一完成单位。

国际权威学术杂志Science(《科学》)第一时间对该课题组进行了采访，并于11月18日以“当今的霍乱是如何生成的”为题用较长篇幅配图报道了该成果。Science还就该工作采访了国际著名同行科学家。美国哈佛大学的微生物学家Edward Ryan教授在接受采访时评价该工作为在现实条件下“一项完美的研究(a perfectly fine study)”、并“讲述了一个在生物学上清晰、可信的故事”。

原文摘要：

Origins of the current seventh cholera pandemic

Vibrio cholerae has caused seven cholera pandemics since 1817, imposing terror on much of the world, but bacterial strains are currently only available for the sixth and seventh pandemics. The El Tor biotype seventh pandemic began in 1961 in Indonesia, but did not originate directly from the classical biotype sixth-pandemic strain. Previous studies focused mainly on the spread of the seventh pandemic after 1970. Here, we analyze in unprecedented detail the origin, evolution, and transition to pandemicity of the seventh-pandemic strain. We used high-resolution comparative genomic analysis of strains collected from 1930 to 1964, covering the evolution from the first available El Tor biotype strain to the start of the seventh pandemic. We define six stages leading to the pandemic strain and reveal all key events. The seventh pandemic originated from a nonpathogenic strain in the Middle East, first observed in 1897. It subsequently underwent explosive diversification, including the spawning of the pandemic lineage. This rapid diversification suggests that, when first observed, the strain had only recently arrived in the Middle East, possibly from the Asian homeland of cholera. The lineage migrated to Makassar, Indonesia, where it gained the important virulence-associated elements Vibrio seventh pandemic island I (VSP-I), VSP-II, and El Tor type cholera toxin prophage by 1954, and it then became pandemic in 1961 after only 12 additional mutations. Our data indicate that specific niches in the Middle East and Makassar were important in generating the pandemic strain by providing gene sources and the driving forces for genetic events.