病毒的傳播必須仰仗媒介，人類活動是病毒傳播的途徑之一，鳥類、蝙蝠等活動也是病毒的傳播途徑。通過捕捉媒介的活動途徑，是否可以摸清病毒的行動路線，為病毒畫出一張可視的“航班網(wǎng)絡(luò)”？日前召開的2018世界流感大會上，有學(xué)者匯報了相關(guān)研究，通過對候鳥、家禽的追蹤，獲得病毒的傳播途徑，并推測出病毒界的“親緣”關(guān)系，即如何變異的，進(jìn)而預(yù)測疫情的暴發(fā)。

病毒自帶遷徙“時間戳”

“遷徙的過程中病毒同步在進(jìn)行梯狀進(jìn)化。”北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院研究員田懷玉表示，病毒家族的遷徙、傳播和進(jìn)化是在同時進(jìn)行的。

病毒的衍化給病毒傳播打上了“時間戳”。根據(jù)基因分析獲得不同病毒的“親疏”，可以反推它們傳播的路徑。因此病毒的親緣性，可用來判斷不同的“支”在進(jìn)化中走了哪條路。

通過對近年流行的2.3.2分支H5N1禽流感病毒的追蹤，田懷玉所在團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，東亞遷徙帶內(nèi)采集到的病毒親緣性較高；同時中亞遷徙帶也出現(xiàn)相同情況；而蒙古的病毒又與上述兩種病毒同時存在親緣性，采樣地點(diǎn)也正好是這兩個遷徙帶交叉地區(qū)。

打個比方，根據(jù)病毒親緣關(guān)系畫出的“朋友圈”與地理科學(xué)上長久以來的遷徙帶的范圍高度重疊了。這不會僅僅是個巧合，團(tuán)隊(duì)開始猜測禽流感病毒的傳播有著特定的“航班網(wǎng)絡(luò)”。

候鳥通道與病毒基因流向吻合

由于在長距離的禽流感擴(kuò)散上，野鳥一年兩次的遷徙會造成病毒的快速傳播。團(tuán)隊(duì)開始追蹤遷徙鳥類來證實(shí)自己的猜測。

“依據(jù)種群數(shù)量、生存能力，我們選擇了4類野鳥。”田懷玉說，“我們用GPS設(shè)備為56只鳥進(jìn)行遷徙行為記錄。目前的記錄數(shù)據(jù)表明，候鳥遷徙的速度與不同國家之間疫情的暴發(fā)和傳播速度高度相關(guān)。”

同時，團(tuán)隊(duì)對該病毒的8個片段分別溯源，利用“時間戳”，給出了地點(diǎn)間的連接關(guān)系。“在亞洲，病毒傳播并非隨機(jī)傳播，東西向是很少傳播的，主要存在于南北向傳播。”田懷玉說，而且病毒傳播的時間空間與遷徙通道一致。

更細(xì)致的研究表明，每一組候鳥遷徙通道上，遷徙時間、空間、順序都能最好地解釋病毒基因流的流向。

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)病毒基因組序列構(gòu)建了1000組網(wǎng)絡(luò)模型，并與候鳥遷徙路徑匹配。“相當(dāng)部分的模型表明，病毒遷徙順序與候鳥遷徙在時間、空間、順序上相當(dāng)吻合。”田懷玉說。

但并非所有的禽流感病毒遷徙都和候鳥遷徙高度一致，田懷玉解釋道：“野鳥中分離的禽流感毒株只有20%，還存在其他的驅(qū)動力驅(qū)動病毒傳播。”

準(zhǔn)確預(yù)測病毒進(jìn)化路徑

“H7N9一度被認(rèn)為在長三角和珠三角區(qū)域流行。”田懷玉說，但是模型預(yù)測它會向西部和北部擴(kuò)散。2014年在陜西西安等地發(fā)現(xiàn)H7N9，證實(shí)了田懷玉所在團(tuán)隊(duì)的準(zhǔn)確預(yù)測。

“我們的家禽流向分3個層次，包括生產(chǎn)者、零售、消費(fèi)者。”依據(jù)家禽貿(mào)易的流向圖，北京師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用系統(tǒng)發(fā)生學(xué)分析、地理空間技術(shù)和時間序列模型等方法對禽流感暴發(fā)的時空模式和疫苗對病毒進(jìn)化的影響進(jìn)行了研究。

“我們捕捉到的往往是病毒進(jìn)化樹中的某一個分支，衍化過程中的一個瞬間。”田懷玉說，以往的研究方法，由于采樣有疏漏，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)之間不夠連續(xù)，難以看到病毒的全部傳播過程。而利用系統(tǒng)發(fā)生學(xué)分析、地理空間技術(shù)和時間序列模型等方法能夠?qū)⒁粋€瞬間，通過納入其他因素，還原出一個過程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)病毒的動態(tài)移動網(wǎng)絡(luò)。

100年前，被稱為“全球性世紀(jì)瘟疫”的世紀(jì)大流感致使5000萬人死亡。流感不是普通感冒，而是嚴(yán)重傳染病，人類同時面臨季節(jié)性流感、流感大流行和動物流感的威脅和危害。預(yù)測流感暴發(fā)一直是未解難題，地理信息學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù)手段的全新結(jié)合，可通過對傳播載體的研究，從點(diǎn)連成線再聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)，有望幫助人類摸清病毒的“航班網(wǎng)絡(luò)”。