美国科学促进会年会纵论新冠病毒:数据开放,科学战“疫”

2019年12月,武汉发生冠状病毒肺炎疫情,逐渐发展为一场严重的公共卫生事件。到目前为止,实验室确诊病例近4.7万(注:原文如此,中国病例超7万,但中国根据疫情变化,湖北按临床标准而非实验室标准进行确诊。),死亡病例已有2000多人。全球应对这一新型病毒的过程中,基因组学一直发挥着关键作用。武汉爆发的新型冠状病毒已被命名为SARS-CoV-2。全球研究人员通力合作,该病毒的基因组的序列迅速测定,大大便利追踪病毒的传播路径。

1月10日,复旦大学的研究人员公布第一个新型冠状病毒基因组,中国疾病控制中心很快提供了4个基因组。美国西雅图弗莱德·哈奇森癌症研究中心的计算生物学家特雷弗·贝德福德(Trevor Bedford)和同事们发现,这5个基因组几乎无变异,从中可研究新冠病毒传播的早期动态。

贝德福德和同事们正在利用基因序列数据重建这种病原体在武汉、中国以及其他国家的传播路径。他们已经能够绘制出SARS-CoV-2的特殊变异,然后重建出这些变异的族谱关系,这对于搞清楚病毒传播非常重要。

贝德福德在西雅图召开的美国科学促进会(AAAS)年会上报告了自己的发现。

在西雅图召开的美国科学促进会(AAAS)年会上,贝德福德称,他的工作得益于上海复旦大学的研究人员在1月10日公布的第一个新型冠状病毒基因组,中国疾控中心很快提供了该病毒的另外四个基因组。这些遗传信息使研究人员得以研究这种流行病传播的早期动态,他们首先注意到的现象是遗传几乎无变异。


特雷弗·贝德福德(Trevor Bedford),计算生物学家,根据中国科学家的数据,提供了很多有价值的洞见。

病毒只有一个来源

中国公布的最早的5个基因组中,有三个基因组完全相同,另两个只有三处不同,还可能有测序误差。

贝德福德解释说:“显然,这五个病例之间有密切的联系。”因为冠状病毒通常每个月每个基因组有一到两个突变,很明显,疫情发生的最初的前两周到一个月发作的新冠病毒肺炎,都有一个共同的起源。“我最初的想法是,‘这并不可怕……这五个人去过武汉海鲜市场,都接触到了类似的感染源,’”他回忆道。

然而,几天后,泰国曼谷的两名游客的感染的新型冠状病毒基因组发布,情况就变了。这两个人都没有去过武汉海鲜市场,但是从他们身上分离出来基因组完全相同的病毒。随后又公布5个新冠病毒的基因组仍然没有变异。情况迅速变得更加令人担忧。

贝德福德回忆道:“我吓坏了,我意识病毒在11月中旬到12月中旬之间传给了人,而且从那以后就一直在传播。”他在1月20日的那一周时间,向多个公共卫生官员发出预警,并从那时起与同事一起更新Nextstrain——一个对新出现的流行病进行实时分子流行病学和进化分析的开源项目。

应对这一病毒传播的重大和协调的国际努力表明,科学界和公共卫生界无比重视。比尔·盖茨经营的慈善基金会比尔及梅琳达·盖茨基金会(Bill and Melinda Gates Foundation)传染病专家斯科特·道尔(Scott Dowell)在美国科学促进会的年会上说,这是我职业生涯中看到的最具威胁性的疫情之一。

美国科学促进会(AAAS)估计,由于冠状病毒旅行限制,数十名已注册参加年会的中国科学家(其中一些是报告人和分会场主持人)无法参加。


比尔·盖茨在美国科学促进会年会上发表演讲,称如果新冠病毒扩散到撒哈拉以南非洲和南亚等地区,情况将更加难以收拾。

强劲的传播力

研究人员测量了每个病例感染的平均人数,以确定病毒的传染能力。病毒传染能力用参数$R_0$表示,$R_0=1$表示疫情保持稳定,低于1表示疫情得到控制。武汉新冠病毒的$R_0$大约是2.5,也有专家估计这个数字高达3-4,甚至达到5。所以,毫无疑问,新冠病毒传染力很强。

真正令人担心的是这种病毒的死亡率,用死亡人数除以病例数来计算。传染病专家道尔说:“昨天(2月19日)的数据显示,在46,997例实验室确诊病例中,有1369例死亡,死亡率约为3%,这一数字令人担忧。”他指出,这一数字已经从本月早些时候稳定的2%有所上升。

然而,死亡人数和病例数可能都被低估了。在疫情迅速扩大的现阶段,绝大多数病例是近期感染。道尔说:“直白地说,有很多人只是还未到死期。”他指出,早期死亡病例的中位死亡时间为18天。

然而,我们有理由保持谨慎乐观。对从中国到其他地方旅行的167名感染者的检查显示,他们中的大多数人没有继续传播病毒,其中147人没有感染其他人,20人只是短暂地传播了这种疾病,而其中13人仍然令人担忧。他说:“这些火星造成的小火灾现在还在增加,但167个火星只引起20个火灾。大约每8个火星中就有1个导致火灾,大约每12个火花中就有1个火星导致严重火灾。”


bioRxiv是生物论文预印本网站。新冠病毒疫情中,诸多论文及时发表在bioRxiv上,而不是投稿给学术期刊。

开放数据蔚然成风

这场公共卫生危机的一个积极方面是,来自世界各地的研究人员参与了一场令人印象深刻的公开数据共享运动。自1月10日起,中国境内外公共卫生机构、大学、中国疾病预防控制中心、中国省级疾病预防控制中心、美国疾病预防控制中心和世界各地的大学公开共享了100多个新冠病毒变异序列。

贝德福德说,值得注意的是,围绕此次疫情的科学交流有了诸多全新的面貌。“现在一切都完全颠倒了——论文第一时间发布在生物论文预印本网站bioRxiv上,而不是学术期刊上,建模小组通过开源项目托管平台GitHub和其他线上机制发布实时分析。”

贝德福德还指出并揭穿了冠状病毒中一些论文中潜在阴谋论的危险性。1月21日,bioRxiv上一篇论文称新冠病毒可能人造的。贝德福德说这篇文章“相当可怕”,文章的论证“在很多层面上都是错误的”。这篇论文很快遭到科学家的质疑并被撤回。

除了学术研究人员和公共卫生组织外,慈善机构也加快了步伐。本月早些时候,盖茨基金会承诺捐助1亿美元。

在美国科学促进会的年会上,比尔·盖茨称新冠病毒的流行是“一个巨大的挑战”。盖茨说,关于这次疫情还有很多未知之处,但迄今为止的各种信息显示,情况还可能会恶化,特别是如果扩散到撒哈拉以南非洲和南亚等地区。


美国科学促进会主席朱棣文在年会上致辞,警告流感病毒可能使疫情雪上加霜。

与此同时,一个潜在的更严重的健康威胁可能正在酝酿之中。美国科学促进会主席朱棣文警告说,中国本月初又爆发更致命的H5N1禽流感病毒。朱棣文还提到,流感病毒不能掉以轻心,H1N1流感病毒死亡率远高于新冠病毒,1918年流感导致世界5%-6%的人口死亡——即5千万至1亿人。相对而言,这次新冠病毒在全球致死的人数预计不会超过3千人。

朱棣文警告说,人要是感染了H5N1病毒,死亡概率是60%。“如果它碰巧进入人体,然后被人持续传播,我们就有大麻烦了。”

原文链接:Open data and genomics are at the forefront in battle to control coronavirus

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