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《科學》刊發美國研究:紐約新冠病毒主要由歐洲和美洲引入

發布時間:2020-05-31來源:科學網阅读 > 4512

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最新研究顯示,美國疫情最嚴重的地區——紐約的新冠病毒主要由歐洲和美洲多次獨立引入。

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。 對84個不同的SARS-CoV-2基因組的系統發育分析表明,紐約的新冠病毒主要來自歐洲和美國其他地區的多個相互獨立的引入。此外,研究者還發現了SARS-CoV-2的社區傳播證據,這與居住在城市不同社區的患者中發現的相關病毒群集有關。

新冠病毒(SARS-CoV-2)是一種新型病毒病原體,在過去幾個月中新冠病毒在全球迅速蔓延,世界衛生組織(WHO)于2020年3月11日宣布大流行。美國于2月2日對中國、3月2日對伊朗、3月13日對歐洲大陸國家、3月16日對英國和愛爾蘭實施了旅行限制,以防範國際輸入病例。

盡管采取了這些措施,紐約州的第一例新冠確診病例還是于2月29日出現在了紐約市。在3月的頭幾周,隨著篩查能力的擴大,紐約新冠病例數迅速增加。截至5月2日,紐約州共有312977例新冠確診病例,其中紐約市172354例(占紐約州55%)。紐約市已成爲美國SARS-CoV-2感染的主要中心之一,其大都市地區超過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。

研究者利用現有的PSP基礎設施調查了在紐約市傳播的SARS-CoV-2毒株的來源,並分析了該病毒在人口密集的大都市地區的傳播情況。該研究展示了90個SARS-CoV-2分離毒株的基因組多樣性,這些毒株來自于2020年2月29日至2020年3月18日在西奈山衛生系統尋求治療的84名患者。

這些基因組表明:2020年3月的頭幾周,是多個獨立的來源將SARS-CoV-2引入紐約市。基于對全長病毒基因組序列的遺傳相似性和系統發育分析,在紐約州首次報告新冠病例後的18天內診斷的大多數病例似乎與未追蹤的傳播和潛在的旅行相關暴露有關。值得注意的是,大多數的病毒引入都來自歐洲和美國。研究者還確定了兩個病毒簇,共21個密切相關的病例,表明社區傳播已經存在。

這些觀察結果也得到了這些病例在城市內地理分布的支持,對應紐約市的4行政區中的3個,以及紐約州的5個縣。數據表明,一旦SARS-CoV-2由多個獨立來源引入並發生社區傳播,再對前往紐約實施旅行限制對預防大都市地區傳播作用有限。

疫情開始時,個人要獲得SARS-CoV-2的測試必須符合美國CDC的一套嚴格的篩選標准,並且需要獲得當地衛生部門的批准,這對紐約市的新冠測試是極大的限制。3月9日至3月14日間,情況發生了轉變,紐約西奈山醫療系統(MSHS)的新冠篩選能力得到大大擴展,于是新冠確診病例激增。這一周內,每天的SARS-CoV-2陽性檢測數量是流感病毒陽性檢測數量的5倍多。

研究者對臨床分離出的90個SARS-CoV-2基因組進行了測序,這些病毒來自截至3月18日確診84個患者(當時紐約周已有超過800確診病例),共産生了72个完整的和18个部分(覆盖率> 95%)的新冠病毒基因組。這些病例來自紐約市4個行政區(曼哈頓、布朗克斯、皇後區和布魯克林區)的21個社區,以及韋斯切斯特縣的兩個城鎮。

樣本來自44名女性(52.4%)和40名男性(47.7%)的鼻咽拭子,年齡在20-44歲(16%)、45-64歲(33%)、65-79歲(27.4%)和>80歲(16.7%)之間。其中,68名患者有詳細的醫院就診信息,分別是:出院12例(17.6%),入院53例(80%),初次出院後再次入院3例(2.4%)。

研究者對84個獨立的新冠患者分離出來的病毒株進行了系統發育分析,並對截至2020年4月1日在GISAID中保存的2363個序列進行了系統發育分析。紐約市的新冠病毒分離株分布于整個系統發育樹上;並與多個獨立的引入相一致。

研究者根據氨基酸和核苷酸取代以及最大似然(ML)和貝葉斯方法的統計支持,將源自西奈山衛生系統尋求治療的患者的每個SARS-CoV-2分離株分配到主要的進化枝上。這些突變僅用于分類,因爲其功能影響仍然未知。作爲參考,研究團隊采用了來自NextStrain工具的進化枝命名法。

對于每個指定的分支,他們根據紐約的序列位置和可用的流行病學信息確定了不同類型的輸入事件。第一個病毒分離株來自于一位有中東旅行暴露史的患者(A3支,節點5),第二個分離株來自于一位有歐洲旅行史的患者(B支,節點6)。其余的分離株,絕大多數(87%)聚集在A2a枝上。這一分支主要由來自歐洲的新冠患者分離毒株組成(72%),這表明來自歐洲的病毒引入是3月第一周在紐約暴發的病毒主體。

進化枝A2a內的大多數紐約分離株都呈分散分布,未觀察到按國家或地理區域分組的情況。盡管起源各異,但該進化枝中的許多序列非常相似或相同,這使得在沒有其他流行病學數據的情況下無法解決病例之間的直接關系或方向性。接下來,研究者使用ML和貝葉斯系統動力學分析來推斷與紐約市相關的新冠傳播事件的時間。

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。

值得注意的是,這兩個簇之一包含位于進化枝A2a中的72個紐約市分離毒株中的64個,提示社區擴散的發生。

與進化枝A2a中情況相似,進化枝A1a中的SARS-CoV-2分離株(6%)散布在方向性未知的多個區域中。該進化枝也主要由歐洲來源的??分離株組成(82%)。

對于其余的進化枝(B,B1和B4),研究者鑒別在2月至3月初推斷被引入紐約的4種SARS-CoV-2毒株。值得注意的是,其中兩個引入毒株根據其與美國其他分離株的密切關系,可以推斷爲來自于美國國內,其中就包括在華盛頓州引發主要社區傳播的分離株(進化枝B1,節點9)。最近有報道稱,該進化枝上的毒株被引入了美國東海岸(紐約位于東海岸)。

前述測序分離株和進化枝在地理空間上,分布在紐約市所有的行政區和21個社區中。這與紐約其他醫院中的測序分離株和進化枝時空分布相似。

綜上所述,研究結果表明,紐約的SARS-CoV-2流行病主要來自美國和歐洲之間的無追蹤傳播。

盡管在2020年4月上旬可用的SARS-CoV-2基因序列數量相對較少,但該研究還是發現了位于進化枝A2a內的兩個單系病毒簇,它們幾乎完全包含來自紐約的分離株(圖2B)。一簇包括進化枝A2a中23%(17個)的分離株和總測序分離株的20%。根據郵政編碼信息,該集群的病例分布在五個縣,包括一個來自韋斯特切斯特縣新羅謝爾的樣本,該樣本是紐約市以北的大都市區的一部分,並報告了紐約州第一個記錄在案的社區獲得性感染群,報告時間是2020年3月3日。該簇的特征是ORF1b基因中的氨基酸取代A1844V。這些病毒簇的基礎是來自明尼蘇達州、華盛頓州和加利福尼亞州的分離株。紐約分離株和美國其他分離株之間的相關性表明,本地傳播的病毒可能已經通過國內途徑被引入紐約。

第二病毒簇是一個較小的群,其中包含來自曼哈頓的四個分離株和來自皇後區的一個分離株。郵編信息可用于曼哈頓的三個病例,這些病例對應三個不同的社區,進一步支持紐約發生了社區傳播。盡管大多數紐約市病例主要與歐洲的病毒進化枝混雜在一起,但這些結果表明,在紐約市內,國內引進的病毒株也可能是早期社區傳播的來源。

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《紐約時報》也報道稱,最新的基因研究表明,新冠病毒早在2月中旬就開始在紐約地區傳播,也就是第一個確診病例出現之前的幾周,主要是來自歐洲的旅行者帶來了這種病毒,而不是來自亞洲。

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”。

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