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百年前兒童肺樣本助揭麻疹起源 疑早於公元前 6 世紀出現

2020/6/19 — 22:48

德國政府公共衛生機構 Robert Koch 研究所病毒學家 Sébastien Calvignac-Spencer 的團隊,在《科學》期刊發表研究,該透過研究一個在 1912 年因麻疹病死、浸在福爾馬林 (formalin)的 2 歲孩童肺樣本,追踪麻疹病毒的歷史,發現病毒最早在公元前 6 世紀出現,與其最接近的已知親屬、已滅絕牛瘟病毒 (Rinderpest morbillivirus) 分途演化,推算麻疹病毒可能早在公元前 6 世紀出現,比之前估計的早約 1,000 年。

根據 2011 年刊於《分子生物學與演化 (Molecular Biology and Evolution) 》的一份研究,麻疹病毒和已滅絕的牛瘟病毒,是在 11 世紀和 12 世紀之間,從共同祖先中演化出來,但波斯醫師拉齊 (Muhammad ibn Zakariya al-Razi) 早在 10 世紀已對麻疹有臨床描述,因此兩者有衝突。

有參與當年研究的聖地亞哥加州大學醫學助理教授 Joel Wertheim 指,麻疹和牛瘟分途演化的時間明顯被低估。他指出當中涉及兩個關鍵問題:缺少古老麻疹樣本,以及模型對病毒如何隨時間演化有錯誤假設。

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Wertheim 團隊後來以新模型推算麻疹病毒在 9 世紀出現,但他認為估算不準確;而現時 Calvignac-Spencer 的團隊終於找到 1912 年樣本,顯示出麻疹病毒更早已出現。

Calvignac-Spencer 團隊指出,在發現是次樣本之前,最古老麻疹基因組排序來自 1954 年樣本,Calvignac-Spencer 表示,科學家是通過比較不同時間收集的樣本,並跟踪病毒基因組差異,估計演化速度,因此檢查樣本越古老,演化率準確度更高。

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然而,麻疹病毒主要組成基因成分為核糖核酸 (RNA) ,相比去氧核醣核酸 (DNA) ,降解速度很快難以保存。但今次的 1912 年樣本,浸在福爾馬林中,阻止化學反應降解。 Calvignac-Spencer 補充,福爾馬林還將保存的 RNA 「黏合」到附近的分子上,使其難以被提取。

為了取到當中的 RNA ,團隊從樣本切下 200 毫克的肺部組織並煮沸,使當中黏性分子散開而不會破壞 RNA 。團隊隨後從這些 RNA 中排序出幾乎完整的基因組。為令其演化模型更準確,團隊加入了在德國國家參考實驗室找到 2 個 1960 年收集的麻疹病毒樣本,以及 127 個其他麻疹樣本進行分析,該 127 個樣本大多數來自 1990 年代後。

在第二個模型中,團隊則將約 50 個麻疹基因排序與 2011 年被宣布滅絕的牛瘟病毒,以及與其最接近的小反芻獸疫病毒 (PPRV) 進行比較,以判斷麻疹與牛瘟病毒何時從共同祖先分裂出來。 Calvignac-Spencer 指,團隊有將大部份研究無考慮的「純化選擇 (purifying selection) 」納入分析之中。雖然某些演化壓力會令基因組添加有用的基因突變,使物種保持穩定優勢,但純化選擇則在有害基因積累前將之移除,有助穩定物種的演化率,所以研究必須考慮純化選擇。

Calvignac-Spencer 續指,純化選擇導致基因組某些部分容易且經常基因變,但其他部分則可以幾乎無改變,但由於過去樣本數目有限,即使有一個位置多次出現突變,也可能會被錯過,而團隊設計的模型則可捕獲這些可能會遺漏的突變。

雖然結果最終顯示麻疹病毒最早於公元前 6 世紀出現,但其確實感染人類的年代仍是未知之數。大約在 2,000–2,500 年前,人類已開始建立足以維持麻疹爆發的定居點;隨著居民迅速免疫或死於該疾病,麻疹往往在少於 25 萬人口的社區逐漸消失,因此人口太小只會令病毒進入死胡同。

來源:
Live Science, Measles virus and rinderpest virus divergence dated to the sixth century BCE, 19 June 2020

報告:
Düx, A., Lequime, S., Patrono, L.V. & et al. (2020). Measles virus and rinderpest virus divergence dated to the sixth century BCE. Science  19 Jun 2020: Vol. 368, Issue 6497, pp. 1367-1370. DOI: 10.1126/science.aba9411

文/Alan Chiu

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