使用流行病学病毒学:从COVID-19经验

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在过去的两年里,在病毒学研究人员一直试图保持领先一步的背后的病原体COVID-19大流行,严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)。为此,他们从古典流行病学——即是结合数据。的病毒,研究运动通过人口——遗传流行病学、跟踪新变异的进化。我们采访了两位研究人员如何使用流行病学见解回答关键问题对现有的和新兴的病毒。

研究新兴病毒的起源

“每当一种新病毒出现时,有一个清单,你需要回答的问题,”说马里恩库普曼斯Viroscience伊拉斯谟MC部门负责人。“你需要知道什么是病毒,引起疾病吗?病严重吗?人类普遍感染——是如何发现和/或动物和在什么位置?“为了解决这个问题,你需要一个设计良好的流行病学研究。这意味着将病毒学实验室工具和血清学与流行病学信息相结合,从患者样本和人群、社区调查和/或动物数量调查。“然后你可以添加在基因测序真的帮助你重建事件,导致爆发:这种病毒传播在社区怎么样?与动物有关系吗?有一个病毒或多个点的介绍介绍?”

结合基因和流行病学信息的重要性被教授的一项研究强调库普曼斯看角色的养殖水貂的SARS-CoV-2传输在荷兰。¹“大流行开始时,其实早有提及感染在一只狗和两只猫,所以我们一群人聚在一起,问,我们应该寻找其它的什么动物?因为如果你有一个全新的疾病,你真的不知道它会蔓延,”库普曼斯解释说。从这个,他们入围动物物种的数量根据目前已知的受体是什么病毒感染细胞。“貂在这个名单上,因为他们与雪貂,这是作为模型来研究病毒在实验室活动。”

他们开始筛选貂通过农业健康监测计划在荷兰,和第一COVID-19很快就被报道的证据。“这引发了一连串的流行病学研究来确定普遍感染。一旦我们貂病毒的基因组测序,我们发现他们是直接相关的病毒在人间传播。然后我们回到通过市政卫生服务,试图找出人们是否在农场已经生病,他们是否已经SARS-CoV-2检测呈阳性。“他们发现证据的情况下农场前几周的第一个报告病例貂,但基因测序显示当病毒。“这告诉我们,循环在农场已经持续了一段时间,因为有相当大的遗传多样性在病毒传播。”

能够负担得起的基因组学和不同类型的测序使得这项工作有很大的不同,以及新兴新模型和工具对于理解宿主反应一种新的病毒。“当然,你有动物模型,但越来越多的使用瀑样研究一些基本性质。我们的实验室和其他正在开发瀑样使用关键组织动物物种筛选可能的病毒易感性或其他特征迅速。我也亲自支持多路复用抗原血清学分析主机响应传入的病毒跨物种,有不同类型的平台的开发。也可用替代检测技术,如宏基因组测序和virome测序”来形容任何样品。但是你需要决定哪些数据是有关你的问题。所以bioinformaticians谁理解的需求增加与临床医生和流行病学家合作。我们需要这些技能的混合动力车。”

的一个挑战与病毒流行病学,库普曼斯解释说,是它基本上还是被动。“我真的认为我们需要更聪明。我们知道我们有很多不同类型的病原体在流通,所以我们怎么能捡起潜在的问题比我们现在该怎么办?我感兴趣的一个问题是,我们是否可以建立警报系统基于可用病毒监测数据,如果我们看到一个高密度的动物种群的病毒在某些地区,我们可以在宏基因组的工具箱,找出发生了什么。我认为这是智能监视。”

应对不断出现的小说SARS-CoV-2突变体

尽管大多数突变产生最小影响病毒的特点,它可能会影响一些遗传性,相关疾病的严重程度和诊断的功效,预防和治疗。下载这个白皮书了解更多关于SARS-CoV-2变异如何影响疫苗的发展,抗体药物和诊断试剂。

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利用流行病学理解病毒机制

加里·惠塔克康奈尔大学的病毒学教授,是一名病毒学家正在努力把流行病学融入机械的研究病毒的功能。他的研究集中在非典、中东呼吸系统综合症即在猫冠状病毒,但最近他已经将他的注意力转向跟踪监测和病毒进化数据SARS-CoV-2和使用这个预测机械新的突变的影响。

他的实验室是特别感兴趣的重要性furin蛋白酶裂解位点的SARS-CoV-2基因组——一个特色,在融合被认为是重要的病毒与宿主细胞膜糖蛋白飙升。²惠塔克报道,在最近的一篇论文的裂解位点突变(导致氨基酸替换P681H)产生α变体在2020年末,非常类似于一个Alpha的弟弟ο创建的,但是有不同结果的疾病严重程度。³

“的一个挑战是跟上的速度突变,随着新数据新兴变体不仅发表或在预印本服务器共享,但越来越多的社交媒体上公布它的原始状态,”惠塔克表示。“因此,我们淹没在数据,很难解释它很快,鉴于湿实验室科学是缓慢的,耗时的和昂贵的。每个人都在谈论严密性和再现性,但一切都被推出以难以置信的速度。”

惠塔克和他的同事们有他们的结果在α,全是新三角洲变种,然后突然ο走了过来。“相同的点突变,我们研究在阿尔法已经再次出现在买卖。”

“这不是一个不寻常的情况。有这么多不同的变体出现全球大流行,很难预测哪些功能非常重要,”惠塔克表示。

“什么人不能意识到是有两个非常不同的血统SARS-CoV-2——血统和B初始武汉爆发源于血统B,尽管这两种血统出现几乎在同一时间,血统B收到所有的关注,因为它真的在武汉,把流行到意大利和欧洲其他国家。然而,一个家族永远不会消失。这是出现在口袋,包括乌干达的。”

在一个星期六的2021年2月下旬,惠塔克从他的晨跑回来,检查了他的手机,发现一个同事通过推特发布了一个新变种在乌干达P681R氨基酸替换他们的研究预测功能。他们用基因序列创建合成的基因变异,然后回到乌干达实验室与他们合作在某些机械的实验。“我们发现,如果我们把基因突变导致P681R替代移植到原武汉1变种,就失去了这些功能的变化。新的突变只在正确的突变背景环境。的病毒已经算出正确的进化路径突变真正起飞。”

这个最新的研究,现在发表前印刷,^4*表明P681R变异出现在乌干达大约6个月前三角洲变体(源于血统B)出现在其他国家。关键基因突变,使三角洲的行为就像——增加传输,导致更严重的疾病——出现了六个月前在乌干达,但在天堂a .虽然接管很快在乌干达,没有相同的全球影响。

“这是一个非常有趣的问题:为什么这个关键突变导致当地,不是全球性的,在乌干达病毒爆发而当同样的突变发生在δ,它成为全球,”惠塔克表示。“病毒是本质上不同,或有不同的环境因素,如公共卫生干预措施(例如,类型和程度的面具戴),公共交通系统是什么样的,什么航班被取消,医院或医疗结构是否发挥了作用,特别是如果你有无症状的人们之间移动的位置。”

这表明,预测SARS-CoV-2的下一步是具有挑战性的,即使是最有经验的病毒监测小组。“有很多谈论SARS-CoV-2现在成为一个流行病毒,但是病毒如流感流行的标志是,当你看到一个系统发育树,你会看到他们在逐步的方式进化。相反,SARS-CoV-2仍抽样突变的空间,让这些进化,然后回落,尝试另一种路线。这种阶段的前进势头不太会成为流行。这显然不是坚定的主机;它的时间来适应。”

问题是,我们会得到一个病毒或多个病毒?δ也可能消失,认为惠塔克,但不完全,所以我们也许最终分开的三角洲,Omicron-like血统,继续向前,就像我们看到与流感A和B。

有一件事是肯定的,如果我们正在寻找一个积极的COVID-19大流行,它表明病毒监测的重要性。“人们很温和,小规模的冠状病毒监测但现在是完全开放”,惠塔克说。“我们了解病毒进化的能力确实是来自花了几十年研究艾滋病毒的人。现在信息已被翻译成这个领域,这绝对是一件好事。”

引用

1。陆L, Sikkema RS, Velkers FC, et al .适应、传播和传播SARS-CoV-2养殖水貂和相关的人类在荷兰。Nat Commun。2021;12 (1):6802。doi:10.1038 / s41467 - 021 - 27096 - 9

2。孔雀TP, Goldhill DH,周J, et al。furin SARS-CoV-2突起蛋白的裂解位点在雪貂需要传输。Nat Microbiol。2021;6 (7):899 - 909。doi:10.1038 / s41564 - 021 - 00908 - w

3所示。鲁宾斯基B,费尔南德斯MHV,弗雷泽L, et al .功能性评估P681H突变的蛋白水解激活SARS-CoV-2变体B.1.1.7(α)飙升。iScience。2022;25 (1):103589。doi:10.1016 / j.isci.2021.103589

4所示。鲁宾斯基B,弗雷泽勒,表象测试,Bugembe DL,唐T,丹尼尔,棉花,jaime是的,惠塔克cleavage-activation GR。突起蛋白介导的SARS-CoV-2 P681R突变:一个案例研究从它第一次出现在感兴趣的变体(VOI)在乌干达A.23.1确认。bioRxiv。2021.06.30.450632;doi:10.1101 / 2021.06.30.450632*预印本。