研究表明華南海鮮市場的新型冠狀病毒是從其他地方傳入，在市場中發生快速傳播蔓延到市場之外的；新冠病毒在2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張，估計2次擴張的時間分別為2019年12月8日和2020年1月6日；現擴散的病例至少來自于3個途徑；新型冠狀病毒基因組尚未發生重組事件。
 

標題：Decoding the evolution and transmissions of the novel pneumonia coronavirus (SARS-CoV-2) using whole genomic data

研究單位：中國科學院西雙版納熱帶植物園與華南農業大學以及北京腦科中心
來源: 中國科學院科技論文預發布平臺http://www.chinaxiv.org/abs/202002.00033


研究背景

2019年12月中旬，一種由新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染導致的新冠肺炎（COVID-19）在中國中部城市武漢爆發。截至2020年2月19日，SARS-CoV-2已在中國和五大洲的另外25個國家感染了7.5萬人。追溯至12月1日第一例確診的COVID-19患者，SARS-CoV-2已在人體中傳播兩個多月。然而，目前仍不清楚武漢華南海鮮市場是否是病毒的誕生地，以及病毒是如何演化和傳播的。所以，尋找病毒的來源，以及確定中間宿主，對疫情的控制和避免再次爆發具有至關重要的意義。
本研究通過基因組數據解析，發現SARS-CoV-2基因組變異較低，基因組并沒有發生明顯的重組事件；2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張；單倍型研究發現，93個樣本得到58個單倍型，武漢華南海鮮市場獲得的單倍型H1由H3單倍型衍生而來，并非原始單倍型，說明華南海鮮市場的新型冠狀病毒是從其他地方傳入，在市場中發生快速傳播蔓延到市場之外的。SARS-CoV-2在武漢的傳播處于早期階段，其他地區輸入性感染的來源較復雜。


研究方法

作者使用了來自GISAID EpiFlu^TM數據庫中覆蓋12個國家的93個SARS-CoV-2基因組數據（截止2月12日）。通過編碼區序列比對，構建單倍型網絡，進行單倍型進化分析。同時，對種群大小變化和種群擴張時間進行估計。


主要研究結果：

SARS-CoV-2的基因變異

SARS-CoV-2的基因組大小從29782 bp到29903 bp不等。基于120個變異位點得到58種單倍型。這120個突變位點與119個密碼子關聯，其中79個非同義密碼子(65.83%)，40個同義密碼子(33.61%)。有42個非同義替換(53·17%)改變了氨基酸的理化特性。但是，暫時不清楚這些非同義替換和氨基酸的理化屬性的改變是否會改變SARS-CoV-2的傳染活性。與已發表的SARS-CoV和MERS-CoV比較發現SARS-CoV-2基因組變異較低，基因組并沒有發生明顯的重組事件，仍在經歷穩定的進化。來自中國的54個基因組編碼31個單倍型，而來自其他11個國家39個基因組樣本也編碼31個單倍型，且來自其他國家的單倍型多樣性明顯高于中國，這可能與采樣時間或長途航運過程中的低水平輻射有關。

120個變異位點在8個編碼區的分布情況

統計類型包括替換或替代（左上角），密碼子位置1-3（右上角），同義突變或非同義突變（左下角），和氨基酸性質（右下角）
 

SARS-CoV-2的種群擴張

對SARS-CoV-2的種群大小研究發現，SARS-CoV-2的種群規模發生了迅速的擴張。在2月12日之前發生過2次明顯的種群擴張，估計2次擴張的時間分別為2019年12月8日和2020年1月6日，該結果表明病毒可能在12月初，甚至11月下旬即已經開始有人際傳播，隨后在華南海鮮市場加快了人際傳播。而1月6日的種群擴張，可能與元旦假期有關，而當天國家疾控中心發布了2級應急響應。


SARS-CoV-2單倍型的進化關系

研究構建了SARS-CoV-2的58個單倍型進化網絡，以bat-RaTG13-CoV（蝙蝠冠狀病毒）作為外類群。單倍型演化關系顯示，單倍型H13和H38是比較古老的單倍型，通過一個中間載體（mv1，可能是一個祖先單倍型，可能是來自中間宿主或者“零號病人”）與bat-RaTG13-CoV（蝙蝠冠狀病毒）關聯，并通過單倍型H3衍生出了單倍型H1。與華南海鮮市場有關聯的患者樣品單倍型都是H1及其衍生的單倍型H2，H8-H12。而衍生出H1的單倍型H3來自一份與華南海鮮市場無關武漢樣品。可見，華南海鮮市場并非SARS-CoV-2的原始來源地，而是從其他地方傳入，在市場中發生快速傳播的。

H13和H38單倍型在現有武漢樣本中沒有檢測到，而是分別在深圳的病患（廣東首例）和美國華盛頓州的病患（美國首例）中發現，其均有武漢接觸史。這可能與現有武漢樣品的采樣點和時間的局限性有關。如果能在武漢其他醫院早期的病患檢測到這兩種單倍型，將對于尋找病毒來源非常有幫助。

 

新型冠狀病毒單倍型的樣品采集時間情況

紅色圈的樣品是確認與華南海鮮市場有關；藍色圈的樣本確認與海鮮市場無關

 

新型冠狀病毒58種單倍型的演化關系和地理分布格局（A，B），單倍型之間的可能演化關系（C），以及新型冠狀病毒的可能傳播和擴散路線(D)。A和B圓圈中的數據是樣本數量。

 

SARS-CoV-2在世界范圍內的傳播

湖北(武漢)2019年12月24日至2020年1月5日的樣本編碼了13個單倍型，屬于C組(H1和11個單倍型)和B組(只有H3)。這些關系表明，SARS-CoV-2在武漢的傳播處于早期階段。而廣東的病毒可能有三個來源（A、C、E組），重慶（B、C）和臺灣（B、D）的病毒有兩個來源。中國境外的其他國家，澳大利亞、法國、日本和美國，他們的患者感染源至少有兩個，尤其是美國包括了五個來源，輸入性感染的來源很復雜。


研究意義

本研究提到單倍型演化關系分析方法可以結合到傳染病學研究中，對于尋找傳染源，以及精確的傳播和擴散方向能提供非常重要的信息。