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100年前得过麻疹的人帮助科学家追踪病毒的起源

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一个患病的人类肺被固定在防腐剂福尔马林中100多年,帮助科学家追溯了麻疹病毒的历史,并将其起源追溯到公元前6世纪
 
多年来,这只肺一直被放在柏林医学历史博物馆(Berlin Museum of Medical History)的地下室里,与它一起被保存的还有数百个其他肺标本,它们都是在19世纪70年代至30年代之间收集和保存的。为了寻找保存完好的呼吸道病原体,罗伯特·科赫研究所的病毒学家Sebastien Calvignac-Spencer和他的研究团队走进地下室,沐鸣平台仔细观察了每一个罐子。卡尔维尼亚克-斯宾塞说:“这是一个偶然的发现”,研究小组发现了1912年死于麻疹的两岁患者的肺。
 
该小组成功地从108岁的肺部组织中提取了病毒样本,并利用遗传物质——迄今为止最古老的麻疹基因组测序——来进一步了解病原体的来源。在今天(6月18日)发表在《科学》杂志上的一项新研究中,他们估计麻疹可能早在公元前528年就与它最近的亲属,现在已经被根除的牛病毒分离
 
卡尔维尼亚克-斯宾塞告诉《生活科学》杂志,新的估计表明该病毒可能“比以往任何估计都要古老1000多年”。
 
一种罕见的发现
 
根据2011年发表在《分子生物学与进化》(MBE)杂志上的一份报告,之前的研究预测麻疹和已灭绝的牛病毒(牛瘟)在11世纪到12世纪从它们最近的共同祖先中分离出来。然而,波斯医生穆罕默德·伊本·扎卡里亚·阿尔-拉兹(Muhammad ibn Zakariya al-Razi)在10世纪写了一篇关于麻疹的临床描述,所以有些东西不合情理。
 
“麻疹和牛瘟的区别显然被低估了,”MBE报告的作者、加州大学圣地亚哥分校的医学助理教授Joel Wertheim说,他没有参与《科学》杂志的这项新研究。韦特海姆告诉《生活科学》杂志,这些低估源于两个关键问题:缺乏古老的麻疹样本,以及对病毒如何随时间变异的错误假设,这使得进化模型倾向于“可笑的最近日期”。
 
韦特海姆和他的合作者建立了一个新的模型来解释这些因素,并将其起源日期推后到九世纪末,沐鸣平台但“我们认为我们是错的,”他说。现在,卡尔维纳克-斯宾塞和他的团队已经得到了一个更现实的估计,部分原因是他们把1912年新发现的标本也包括在分析中,韦特海姆说。
 
作者指出,在1912年发现样本之前,最早的麻疹基因组测序可追溯到1954年。科学家通过比较在不同时间收集的样本,并追踪它们遗传密码的差异,来估计进化变化的速度,或者病毒变异的程度和速度。卡尔维尼亚克-斯宾塞说,我们检测的样本越古老,变化的速度就越清楚。
 
但是麻疹病毒的主干是RNA,这是一种遗传物质,与它更坚固的表亲DNA相比,可以迅速降解。1912年的样本逃过了这一厄运,因为肺被固定在福尔马林中,福尔马林是一种阻止化学反应的防腐剂,否则会降解RNA。福尔马林还将保存下来的RNA“粘合”在附近的分子上,使其难以提取,卡尔维尼亚克-斯宾塞说。
 
为了分离RNA,研究小组从肺中切下0.007盎司(200毫克)的组织,然后煮沸小样本,在不破坏RNA的情况下使其中的粘性分子分离。他们写道,该团队随后从获救的RNA中构建了“一个几乎完整的”基因组。为了进一步丰富他们的进化模型,研究小组在德国国家参考实验室中收集了遗传样本,并发现了1960年收集的两个麻疹样本,以增加他们的分析。
 
建立更好的模型
 
该团队根据1912年的样本、1960年的样本和127个额外样本建立了他们的进化模型,这些样本大多数收集于20世纪90年代或之后。第二个模型比较了大约50个麻疹病毒序列,牛瘟病毒于2011年被宣布根除,而它的近亲小反刍兽疫病毒(PPRV)则感染山羊和绵羊。
 
卡尔维尼亚克-斯宾塞说,杏3沐鸣平台在这两个模型中,研究小组都考虑了一种被称为“净化选择”的现象,这是之前许多研究忽略的。虽然一些进化压力会给基因组添加有益的突变,并使其在一段时间内保持稳定,但所谓的“净化选择”会在有害突变积累之前将其从基因组中清除。韦特海姆说,这些互补的力量有助于确定进化变化的步伐,因此在估计麻疹最初出现的时间时,必须将提纯选择因素考虑进去。
他说:“你可以通过将筛选因素考虑在内来改变(你的估计)一个数量级。”他补充说,在某种程度上,纯化选择导致基因组的某些片段容易且经常发生突变,而其他片段几乎不会发生任何变化。calvignak - spencer说:“你会有几个突变一次又一次地发生在相同的位置。”但是由于你只有有限的样本,你可能会错过一些突变。这个团队设计了他们的模型来捕捉这些可能被遗漏的突变。
 
根据牛瘟和麻疹的不同时期,最早出现麻疹的时间大约是在公元前6世纪尽管病毒首次感染人类的确切日期仍不清楚。
 
这组作者指出,大约在2000年到2500年前,人类开始建造足够大的定居点,以维持麻疹的爆发,这为麻疹病毒提供了自我发展的机会。他们写道,麻疹在人口不足25万人的社区逐渐消失,因为居民很快对这种疾病产生免疫力,或死于这种疾病,所以“少数人只能作为终端宿主”。
 
韦特海姆说:“当我看到他们能够从肺组织中提取出一种100多年前的病毒时,我非常惊讶。”他还说:“我认为,随着人们对这些结果的雄心和鼓舞,越来越多的病毒学家将开始使用越来越老的病毒。”