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《科学》刊发美国研究:纽约新冠病毒主要由欧洲和美洲引入

《科学》刊发美国研究:纽约新冠病毒主要由欧洲和美洲引入

2020年05月31日 08:49 来源:澎湃新闻参与互动参与互动

  最新研究显示,美国疫情最严重的地区——纽约的新冠病毒主要由欧洲和美洲多次独立引入。

  以上结论来自美国西奈山卫生系统(Mount Sinai Health System)于当地时间5月29日刊发在国际权威期刊《科学》杂志上的研究。该研究题为《SARS-CoV-2在纽约市的引入及早期传播》(Introductions and early spread of SARS-CoV-2 in the New York City area)。

  纽约市已成为当前SARS-CoV-2大流行的中心之一。为了确定病毒在纽约市区的早期快速传播事件,研究者对在西奈山卫生系统(Mount Sinai Health System)寻求治疗的新冠患者病毒进行了基因测序。对84个不同的SARS-CoV-2基因组的系统发育分析表明,纽约的新冠病毒主要来自欧洲和美国其他地区的多个相互独立的引入。此外,研究者还发现了SARS-CoV-2的社区传播证据,这与居住在城市不同社区的患者中发现的相关病毒群集有关。

  新冠病毒(SARS-CoV-2)是一种新型病毒病原体,在过去几个月中新冠病毒在全球迅速蔓延,世界卫生组织(WHO)于2020年3月11日宣布大流行。美国于2月2日对中国、3月2日对伊朗、3月13日对欧洲大陆国家、3月16日对英国和爱尔兰实施了旅行限制,以防范国际输入病例。

  尽管采取了这些措施,纽约州的第一例新冠确诊病例还是于2月29日出现在了纽约市。在3月的头几周,随着筛查能力的扩大,纽约新冠病例数迅速增加。截至5月2日,纽约州共有312977例新冠确诊病例,其中纽约市172354例(占纽约州55%)。纽约市已成为美国SARS-CoV-2感染的主要中心之一,其大都市地区超过13300人死亡。

  位于西奈山伊坎医学院的病原体监测项目(PSP)是一个多学科、机构性的基础设施,旨在产生高分辨率、近乎实时的病原体遗传信息,这些病原体在来自那些在纽约西奈山卫生系统寻求治疗的大量、多样的患者。基于Illumina公司和Pacific Biosciences公司的新一代测序技术,通过生物pecimen编码、核酸提取和qPCR定量,PSP提供了病原体基因组的信息。

  研究者利用现有的PSP基础设施调查了在纽约市传播的SARS-CoV-2毒株的来源,并分析了该病毒在人口密集的大都市地区的传播情况。该研究展示了90个SARS-CoV-2分离毒株的基因组多样性,这些毒株来自于2020年2月29日至2020年3月18日在西奈山卫生系统寻求治疗的84名患者。

  这些基因组表明:2020年3月的头几周,是多个独立的来源将SARS-CoV-2引入纽约市。基于对全长病毒基因组序列的遗传相似性和系统发育分析,在纽约州首次报告新冠病例后的18天内诊断的大多数病例似乎与未追踪的传播和潜在的旅行相关暴露有关。值得注意的是,大多数的病毒引入都来自欧洲和美国。研究者还确定了两个病毒簇,共21个密切相关的病例,表明社区传播已经存在。

  这些观察结果也得到了这些病例在城市内地理分布的支持,对应纽约市的4行政区中的3个,以及纽约州的5个县。数据表明,一旦SARS-CoV-2由多个独立来源引入并发生社区传播,再对前往纽约实施旅行限制对预防大都市地区传播作用有限。

  疫情开始时,个人要获得SARS-CoV-2的测试必须符合美国CDC的一套严格的筛选标准,并且需要获得当地卫生部门的批准,这对纽约市的新冠测试是极大的限制。3月9日至3月14日间,情况发生了转变,纽约西奈山医疗系统(MSHS)的新冠筛选能力得到大大扩展,于是新冠确诊病例激增。这一周内,每天的SARS-CoV-2阳性检测数量是流感病毒阳性检测数量的5倍多。

  研究者对临床分离出的90个SARS-CoV-2基因组进行了测序,这些病毒来自截至3月18日确诊84个患者(当时纽约周已有超过800确诊病例),共产生了72个完整的和18个部分(覆盖率> 95%)的新冠病毒基因组。这些病例来自纽约市4个行政区(曼哈顿、布朗克斯、皇后区和布鲁克林区)的21个社区,以及韦斯切斯特县的两个城镇。

  样本来自44名女性(52.4%)和40名男性(47.7%)的鼻咽拭子,年龄在20-44岁(16%)、45-64岁(33%)、65-79岁(27.4%)和>80岁(16.7%)之间。其中,68名患者有详细的医院就诊信息,分别是:出院12例(17.6%),入院53例(80%),初次出院后再次入院3例(2.4%)。

  研究者对84个独立的新冠患者分离出来的病毒株进行了系统发育分析,并对截至2020年4月1日在GISAID中保存的2363个序列进行了系统发育分析。纽约市的新冠病毒分离株分布于整个系统发育树上;并与多个独立的引入相一致。

  研究者根据氨基酸和核苷酸取代以及最大似然(ML)和贝叶斯方法的统计支持,将源自西奈山卫生系统寻求治疗的患者的每个SARS-CoV-2分离株分配到主要的进化枝上。这些突变仅用于分类,因为其功能影响仍然未知。作为参考,研究团队采用了来自NextStrain工具的进化枝命名法。

  对于每个指定的分支,他们根据纽约的序列位置和可用的流行病学信息确定了不同类型的输入事件。第一个病毒分离株来自于一位有中东旅行暴露史的患者(A3支,节点5),第二个分离株来自于一位有欧洲旅行史的患者(B支,节点6)。其余的分离株,绝大多数(87%)聚集在A2a枝上。这一分支主要由来自欧洲的新冠患者分离毒株组成(72%),这表明来自欧洲的病毒引入是3月第一周在纽约暴发的病毒主体。

  进化枝A2a内的大多数纽约分离株都呈分散分布,未观察到按国家或地理区域分组的情况。尽管起源各异,但该进化枝中的许多序列非常相似或相同,这使得在没有其他流行病学数据的情况下无法解决病例之间的直接关系或方向性。接下来,研究者使用ML和贝叶斯系统动力学分析来推断与纽约市相关的新冠传播事件的时间。

  对于进化枝A2a,他们估计了从1月下旬到2月中旬的一段未被追踪的全球传播时期,与流行病发展的流行病学观察结果一致(表1,节点2)。 A2a进化枝底部的最早序列包括从2月下旬开始来自意大利,芬兰,西班牙,法国,英国和其他欧洲国家的分离株,以及从3月第一周开始的一些北美分离株(加拿大和美国)。在这一进化枝中,研究者鉴定出了两个突变,以区别于纽约市和其他地区的序列簇,这表明可能至少有两个独立的病毒引入发生在2月初至2月中旬(表1,节点3至4)。

  值得注意的是,这两个簇之一包含位于进化枝A2a中的72个纽约市分离毒株中的64个,提示社区扩散的发生。

  与进化枝A2a中情况相似,进化枝A1a中的SARS-CoV-2分离株(6%)散布在方向性未知的多个区域中(图2A,节点1)。该进化枝也主要由欧洲来源的​​分离株组成(82%),详见图2B。

  对于其余的进化枝(B,B1和B4),研究者鉴别在2月至3月初推断被引入纽约的4种SARS-CoV-2毒株(表1,节点7至10)。值得注意的是,其中两个引入毒株根据其与美国其他分离株的密切关系,可以推断为来自于美国国内,其中就包括在华盛顿州引发主要社区传播的分离株(进化枝B1,节点9)。最近有报道称,该进化枝上的毒株被引入了美国东海岸(纽约位于东海岸)。尽管进化枝B中一半以上的序列是亚洲起源的(图2B),但与纽约分离株最接近的亲戚是欧洲和北美起源的。

  前述测序分离株和进化枝在地理空间上,分布在纽约市所有的行政区和21个社区中(图3)。这与纽约其他医院中的测序分离株和进化枝时空分布相似。

  综上所述,研究结果表明,纽约的SARS-CoV-2流行病主要来自美国和欧洲之间的无追踪传播,该病原是从中国直接引入的证据非常有限。

  尽管在2020年4月上旬可用的SARS-CoV-2基因序列数量相对较少,但该研究还是发现了位于进化枝A2a内的两个单系病毒簇,它们几乎完全包含来自纽约的分离株(图2B)。一簇包括进化枝A2a中23%(17个)的分离株和总测序分离株的20%。根据邮政编码信息,该集群的病例分布在五个县,包括一个来自韦斯特切斯特县新罗谢尔的样本,该样本是纽约市以北的大都市区的一部分,并报告了纽约州第一个记录在案的社区获得性感染群,报告时间是2020年3月3日。该簇的特征是ORF1b基因中的氨基酸取代A1844V。这些病毒簇的基础是来自明尼苏达州、华盛顿州和加利福尼亚州的分离株。纽约分离株和美国其他分离株之间的相关性表明,本地传播的病毒可能已经通过国内途径被引入纽约。

  第二病毒簇是一个较小的群,其中包含来自曼哈顿的四个分离株和来自皇后区的一个分离株。邮编信息可用于曼哈顿的三个病例,这些病例对应三个不同的社区,进一步支持纽约发生了社区传播。尽管大多数纽约市病例主要与欧洲的病毒进化枝混杂在一起,但这些结果表明,在纽约市内,国内引进的病毒株也可能是早期社区传播的来源。

  值得注意的是, CNN在4月连线采访美国顶级疾控专家福奇,他也表示,“根据旅行和航班记录发现,纽约新冠病毒源自意大利,而且是意大利北部。我对此并不感到意外。”

  此前《纽约时报》也报道称,最新的基因研究表明,新冠病毒早在2月中旬就开始在纽约地区传播,也就是第一个确诊病例出现之前的几周,主要是来自欧洲的旅行者带来了这种病毒,而不是来自亚洲。

  当地时间5月11日,纽约州州长科莫(Andrew Cuomo)在新冠肺炎每日简报时也再度强调,“攻击我们的病毒来自欧洲”。

  澎湃新闻记者 贺梨萍

【编辑:周驰】
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