2019 年 8 月 6 日,在美国华盛顿州林登市,一名机器人挤奶工在 Twin Brook Creamery 的挤奶厅里为泽西奶牛挤奶。

一头奶牛在华盛顿州挤奶。图片来源:美国农业部照片/Alamy

根据对基因组数据的初步分析,一种高致病性禽流感病毒株已经在美国牛中悄悄传播了几个月。疫情很可能始于病毒从受感染的鸟类跳到牛身上时,可能是在12月底或1月初左右。这意味着该病毒的传播时间旷日持久,未被发现,这表明美国各地甚至邻近地区的牛感染禽流感的牛可能比目前报告的要多。

这些结论是基于研究人员在本周早些时候将基因组数据转储到公共存储库之后进行的快速和总结分析。但令科学家沮丧的是,公开发布的数据并不包括能够揭示疫情起源和演变的关键信息。研究人员还表示担心,基因组数据直到宣布爆发近四周后才发布。

速度对于有可能引发大流行的快速传播的呼吸道病原体尤为重要,南非斯泰伦博斯大学的生物信息学家Tulio de Oliveira说。预计牛的爆发不会让病毒获得在人与人之间传播的能力,但研究人员表示,保持警惕很重要。

“在疫情应对中,你获得数据的速度越快,你就能越早采取行动,”马里兰州贝塞斯达国家生物技术信息中心(NCBI)的基因组流行病学家玛莎·尼尔森说。尼尔森补充说,随着时间的流逝,控制疫情的窗口正在缩小。“对我们来说,我们是否还不算太晚,这是一个价值百万美元的问题。

单次溢出

联邦官员于3月25日宣布,在奶牛中发现了一种高致病性禽流感菌株。此后,美国农业部已确认在九个州的34个奶牛群中感染了名为H5N1的菌株。3月底和4月初,美国农业部在广泛使用的存储库GISAID上发布了一些来自德克萨斯州奶牛样本的病毒序列和来自人类病例的序列。

4月21日,美国农业部在NCBI维护的序列读取档案库(SRA)上发布了更多测序数据。最新上传的数据包括来自239种动物的约10千兆字节的测序信息,包括牛、鸡和猫,拉霍亚斯克里普斯研究公司的计算生物学家Karthik Gangavarapu说,他处理了原始数据。

 

对基因组的分析表明,牛的爆发可能始于12月或1月初的一次野生鸟类引入。“好消息是,到目前为止,我们只能辨别出一次跳跃。但坏消息是,在许多方面,它可能已经传播了几个月,“亚利桑那大学图森分校的进化生物学家迈克尔·沃罗比(Michael Worobey)说,他分析了基因组。

“这种病毒显然以某种方式在奶牛之间传播,”费城宾夕法尼亚大学的进化病毒学家路易丝·蒙克拉(Louise Moncla)说,他研究了基因组数据。

正在分析数据的尼尔森说,她对感染牛的病毒的遗传多样性程度感到最惊讶,这表明该病毒已经有几个月的进化时间。她说,这些突变包括病毒蛋白部分的变化,科学家们认为这种变化可能与在哺乳动物中传播的适应有关。

数据还显示,偶尔会从受感染的奶牛跳回鸟类和猫。“这是一次多宿主爆发,”尼尔森说。

阿拉斯加大学安克雷奇分校(University of Alaska Anchorage)的病毒学家埃里克·博尔茨(Eric Bortz)说,几个月前的一次跳跃是“你能得出的最可靠的结论”。但一个重要的警告是,目前尚不清楚样本代表了受感染奶牛的百分比,他说。

填空题

这只是众多数据差距之一。科学家们缺乏关于每个样本的确切收集日期和收集状态的信息。尼尔森说,这种差距“非常不正常”。

缺少的“元数据”使得回答许多悬而未决的问题变得更加困难,例如病毒如何在奶牛和牛群之间传播,并且很难确定病毒何时跳到奶牛身上。这些见解可能有助于控制病毒的进一步传播,并保护养牛场的工人,“他们最不能承受暴露,”Worobey说。

Worobey、Gangavarapu和他们的同事们现在正在竞相分析法国国家科学研究中心(CNRS)的进化生物学家弗洛伦斯·德巴雷(Florence Débarre)通过在线侦查发现的一些元数据。甘加瓦拉普说,239个样本中152个样本的日期和地理信息是从4月26日美国农业部在YouTube上发布的演示文稿中提取的。

 

研究人员还希望对牛和野生鸟类进行更多的拭子检测,以更深入地了解疫情的确切起源,并破译另一个谜题。基因组数据显示,从感染者身上测序的病毒基因组不包括在牛身上观察到的一些特征突变。“这对每个人来说都是一个谜,”尼尔森说。

一种可能性是,该人被一个单独的病毒谱系感染,该谱系感染了未擦拭过的牛。尼尔森说,另一种不太可能的情况是,这个人直接被一只野鸟感染了。“这引发了一大堆问题,即我们缺少什么黑匣子样本。

美国农业部公共事务专家希洛·威尔(Shilo Weir)表示,该机构决定在SRA上发布未经分析的序列数据,以尽快将其公开。Weir表示,该机构将“尽快工作”,在GISAID上发布包含相关流行病学信息的精选文件,并将继续在SRA上滚动提供原始数据。