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麻疹疑早於公元前三世紀感染人類 與人口稠密大城市出現有關

2019/12/31 — 16:22

1912 年 6 月 3 日,一個兩歲女孩因感染麻疹引致肺炎,在德國夏里特醫院逝世。當時的醫生將她的肺部取出,並浸在福爾馬林 (Formalin) 保存,成為病理學之父 Rudolf Virchow 去世前成立的解剖收藏系列其中一個樣本。

該個肺部樣本連同大部份解剖收藏現時都收納於柏林醫學歷史博物館的地庫,直至 Robert Koch 研究所演化生物學家 Sebastien Calvignac-Spencer 最近在地庫尋找歷史樣本研究麻疹, 100 多年來都未有人研究過該個小女孩肺部組織。

Calvignac-Spencer 的團隊從樣本抽取出有用的 RNA 排序出古老麻疹基因組,並再將之與其他已知麻疹基因組作對比,發現麻疹可能在公元前四世紀已感染人類,比此前所估計的早 1,500 年;報告現時已上載至預印期刊 bioRxiv 

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據估計,麻疹在 2017 年引致全球 14.2 萬人死亡,是現代感染能力最高的人類傳染病。不過,麻疹何時何地如何變成可感染人類的病原體則仍在學界有激烈爭論。麻疹其中一個近親是牛瘟病毒,該種病毒在 2011 年被撲滅前可感染牛與鹿等動物,而學界相信麻疹與牛瘟病毒有一個共同祖先感染牛隻,但問題是學界無法在麻疹基因組上找到清楚歷史標記確認說法。

亦由於麻疹快速傳播, 受感染者痊癒後有終生免疫力,因此學界估計,麻疹最初需要 25–50 萬人口的城市才可繼續生存。據現時歷史資料,公元前四世紀左右全球最大的城市人口已達到這個規模。不過, 2010 年發表、利用麻疹和牛瘟病毒得出的麻疹演化樹的日本研究卻顯示,公元 11 或 12 世紀才出現感染人類的麻疹

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新研究與日本學者發現的差異源於人類缺乏麻疹歷史基因組排序。現時人類只有 3 個來自 1990 年代前的麻疹病毒基因組,此前最古老一個基因組來自 1954 年,並應用於第一種麻疹疫苗的製作。因此 Calvignac-Spencer 才會到博物館尋找可用的樣本更了解麻疹歷史。

福爾馬林透過將蛋白質和包括組成麻疹病毒 RNA 的大分子交叉鏈接 (cross-link) ,令保存的組織變得穩定。為了抽取當中的病毒 RNA ,團隊使用了十年前已出現的技術,將這些與蛋白的鏈接以高溫破壞。雖然做法同時破壞 RNA ,但現時已有方法將 RNA 碎片重新拼湊。

除了這個來自 1912 年的麻疹基因組,團隊亦從另一收藏的 1960 年樣本取得基因組,並將兩者拼砌出新的演化樹。該演化樹顯示,麻疹可能早在公元前 345 年已傳至人類,這個時期人類最大的城市也達到之前預測麻疹持續生存所需的規模。

無參與研究的德國漢諾威獸醫大學著名病毒學家 Albert Osterhaus 指,雖然機會很微而且有蹄類動物種群早比人類社會密度變高,但團隊仍無法排除麻疹病毒首先在人與人之間傳播,然後跳到牛隻身上。

亞利桑那大學演化生物學家 Mike Worobey 補充,類似的研究也顯示隨著人口結構有重大變化,人類免疫缺乏病毒 (HIV) 以及其他病原體也同步流行起來,換言之人類生態變化與這些病毒變得成功有重要關係。

團隊未來希望在更多天然木乃伊或冰封的屍體上找到有用的基因組進行研究,而 Calvignac-Spencer 亦已在柏林醫學歷史博物館的館藏貼上橙色貼紙,希望日後進行更多不同的病理研究。博物館負責人 Thomas Schnalke 對此表示歡迎,並希望學界因這個研究對 Virchow 的收藏品重燃興趣。

來源:
Science, Measles may have emerged when large cities rose, 1500 years earlier than thought, 30 December 2019

報告:
Duex, A., Lequime, S., Patrono, L.V. & et al. (2019). The history of measles: from a 1912 genome to an antique origin. bioRxiv 2019.12.29.889667; doi: 10.1101/2019.12.29.889667

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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