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科学家如何找到大流行病的零号病人

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-07-16 13:00:41 来源:新浪科技
科学家如何找到大流行病的零号病人

  新浪科技讯 北京时间7月16日消息,病毒大流行发生时的“零号病人”指的是第一个感染这种疾病的人。科学家们试图用一系列遗传、进化和流行病学模型来找到这第一位患者。

  这两年,“大流行”一词已家喻户晓;每个人都在谈论大流行。这不奇怪,因为我们身处于新冠病毒大流行已经有一年半之久。但,究竟什么是大流行病呢?

  大流行病是传播到不同国家和大陆的疾病,导致大量人口广泛感染。

  我们对大流行病的实时体验对我们而言可能比较新奇。但实际上,大流行病在人类历史中时有发生。其中一些历史性大流行病包括十四世纪中期的腺鼠疫、十九世纪的霍乱大流行、1918年的西班牙流感以及二十一世纪,由H1N1、H2N2和冠状病毒(SARS和MERS)等病毒引起的大流行。

  科学家正不知疲倦地研究这些病毒的成因和影响,以及尝试治疗这些病毒引起的感染。关于这些病毒的一个十分重要的信息就是追踪病毒起源的第一个病例。

  为什么追踪首例发病病例十分重要?

  我们都至少问过这样一个问题:“这种病毒来自哪里?”除了好奇心,追踪病毒爆发的第一个病例,可以为科学家提供不少关于某些要素的事实信息,这些信息最终有助于缓解病毒的传播。这些要素包括:

  ·查明感染源;

  ·针对如何预防类似性质的传染病进一步爆发,提供信息;

  ·防止疾病的立即传播(这对于发生在相对较小区域——比如建筑物内——的感染十分重要);

  但在深入探讨如何追踪首例病例之前,我们先来熟悉一下相关的术语。

  在僵尸末日电影中,当局遇到的第一个僵尸从来都不是第一个变成僵尸的人。在这种情况下,第一个被科学家确诊为受感染的人,叫做“指示病例”,而触发僵尸末日的第一个受感染者被称为“原发病例”。

  这第一个受感染者,即“原发病例”,有时候也被称为“零号病人”。“零号病人”这个说法源自艾滋病毒流行期间,一开始其实是翻译的乌龙。第一个被认为感染了艾滋病毒的人在纸上被记录为“病人o”(Patient o),却被误读成“零号病人”(Patient Zero)。

  新冠病毒大流行爆发以来,我们经常遇到一种假设,认为SARS-CoV-2感染可以追溯到华南海鲜市场。这很有可能是指示病例,但科学家认为这未必是原发病例。新冠病毒的原发病例仍在搜索中。

  如何追踪病毒大流行的首个病例?

  发生病毒性传染病时,科学家们的首要任务之一就是寻找原发病例。找寻原发病例需要根据引起疾病的病原体类型来进行。

  人畜共患病是一种由从动物宿主传播到人类宿主的病原体引发的病毒性疾病。导致病原体从动物宿主转移到人类宿主的原因有很多,包括气候变化、人类的饮食习惯以及人类不断侵占自然栖息地等;任何增加人类与野生动物接触机会的事件等等。人畜共患病的一些例子包括SARS和MERS(冠状病毒)、猪流感、埃博拉、禽流感、寨卡病毒、尼帕病毒和艾滋病毒。

  科学家通常会使用DNA比较,来确定动物宿主如何以特定病毒感染人类。

  DNA由称为核苷酸的小模块构成。我们不妨把核苷酸想象成四种乐高积木:A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)和G(鸟嘌呤),它们随机堆叠形成DNA。这四种核苷酸在所有生物体(包括人类、动物甚至病毒)内的排列都不一样。

  科学家从人类和动物体内分离出病原体(引发疾病的有机体),然后比较它们的DNA。核苷酸的排列相似度越高,DNA序列的相关性就越紧密。DNA序列的接近程度(由DNA核苷酸排列的相同程度定义)可以让科学家知道是哪一类动物宿主将病毒传染给人类。

  科学家在蝙蝠体内发现和SARS-CoV-2冠状病毒匹配度最高的病毒(匹配度为96%)。但是,仅仅知道病毒可能的动物宿主并不能解答原发病例的问题,因为动物与其他动物接触的可能性,显然比与人类接触的可能性大许多。

  以蝙蝠为例。蝙蝠是上面提到的大多数病毒病原体的宿主。假如被病毒感染的蝙蝠咬了一口掉落在街边的水果。另一种动物,比如猫,碰巧看到了这掉落的水果,出于好奇心尝了一口。接着,猫又跟人接触,使人类接触到病毒。这里,猫就成了中间宿主动物。

  这一系列事件让科学家更难追踪病毒感染的起源。就新冠病毒疫情而言,考虑到蝙蝠携带的冠状病毒和感染人类的冠状病毒之间的相似程度并不高,科学家们相信,病毒感染的起源确实很难追踪。

  从宿主动物到中间宿主动物再到人类的每一次转移,病毒都会发生随机突变。突变会导致病毒结构发生变化,例如冠状病毒每次从一个生物传播到另一个生物时,都会形成一种新的突刺。新的突刺可以让冠状病毒感染蝙蝠以外的其他生物。随着新突刺的形成,病毒的核苷酸排列也会发生变化。

  因此,即便是同一种病毒,从蝙蝠到猫再到人类,其DNA的核苷酸排列也不一样。

  科学家需要跟踪病毒在所有这些动物之间的传播路径。他们借助谱系图来完成这项工作。

  科学家把从蝙蝠身上分离出来的病毒放在谱系图的最顶端祖父母的位置。接着,他们把传播到猫身上的变异病毒放在祖父母位置的下方,也就是父母的位置。最后,谱系图中位于父母之下的最后一个位置,留给感染我们人类的病毒。

  以上是谱系图外观的简化表示。实际上,这些谱系图要复杂得多,由许多从原发宿主中分离出来的病毒分支出来的病毒组成。这种连接DNA相关性的谱系图被称为“系统发生树”。系统发生树可以帮助科学家了解不同生物体内存在的病毒之间的相似程度。

  但是,寻找原发病例依旧困难重重。

  即使科学家已经缩小了病原体的动物来源,寻找疾病的原发病例依旧困难重重。原因有几个:

  ·由于安全问题和科学家或被感染的风险,从野生动物身上采集病毒十分困难;

  ·即便科学家缩小了病毒从哪些特定物种传染给人类的范围,病毒在人类中间的感染率依旧很高。因此,疾病爆发之初,不是只有一个人生病,而是必然有一群人表现出发病症状,这使得定位零号病人变得更加困难;

  ·就算病毒在人类之间传播,病毒的变异也十分之快(比如形成新的突刺,改变核苷酸的排列),这也会让追踪病毒的起源变得越来越困难。

  到现在,科学家仍然在寻找SARS-CoV-2病毒以及其他如埃博拉等病毒的“零号病人”。(匀琳)

原标题:科学家如何找到大流行病的零号病人

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