1918年6月27日，兩名年輕的德國士兵(分別為18歲和17歲)死于當(dāng)年早些時候出現(xiàn)的一種新流感病毒。100多年來，他們的肺被柏林醫(yī)學(xué)歷史博物館收藏，并浸泡在福爾馬林溶液中?，F(xiàn)在，研究人員對兩人感染的病毒進(jìn)行了測序，從而讓人們得以管窺20世紀(jì)最具破壞性的疫情的早期情況。部分基因組提供的線索表明，這種聲名狼藉的流感毒株可能在第一波和第二波疫情之間適應(yīng)了人類的免疫機(jī)制。
研究人員還成功對1918年死于慕尼黑的一名年輕女性的病原體進(jìn)行了全基因組測序。作者在近日發(fā)表于預(yù)印文本庫bioRxiv的一項(xiàng)研究中寫道，這只是引發(fā)那次大流行的病毒的第三個全基因組，也是第一個來自北美以外的研究成果。
“這絕對是了不起的工作。”加拿大麥克馬斯特大學(xué)古代DNA實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Hendrik Poinar說，“研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從檔案材料中提取RNA病毒的目標(biāo)。而在不久前，這就像很多古代DNA研究一樣，只是一種幻想。”
病毒基因組測序已經(jīng)成為慣例。對目前正在發(fā)生的新冠疫情，研究人員積累了一個包含100多萬個新冠病毒基因組的數(shù)據(jù)庫，使他們能夠觀察舊變異的消失以及新變異的出現(xiàn)和傳播。但導(dǎo)致1918~1919年疫情的甲型H1N1流感病毒的序列卻很少。
21世紀(jì)初，美國科學(xué)家從一名掩埋在阿拉斯加凍土里的女性身上提取樣本，煞費(fèi)苦心地拼湊出一個基因組。2013年，他們展示了來自美國的流感死亡病例的第二個基因組，該基因組是從武裝部隊(duì)病理學(xué)研究所保存在福爾馬林中的尸檢組織中提取出來的。
薩斯喀徹溫大學(xué)疫苗和傳染病研究組織病毒學(xué)家Angela Rasmussen說，這兩項(xiàng)研究都是耗時、昂貴的努力，很少有人試圖效仿它們。
亞利桑那大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家、新預(yù)印本研究作者之一Michael Worobey說，追蹤存檔的組織樣本本身就是一個挑戰(zhàn)。“為尋找樣本，我們的團(tuán)隊(duì)搜索了很多不同的地方，找到它們很困難。”
羅伯特·科赫研究所進(jìn)化生物學(xué)家Sebastien Calvignac-Spencer和同事現(xiàn)在研究了柏林醫(yī)學(xué)博物館和奧地利維也納收藏的1900年至1931年的13個肺組織樣本。他們在其中3個樣本中發(fā)現(xiàn)了流感病毒的RNA片段，這些樣本可以追溯到1918年。
盡管RNA被分解成小片段，但它們足以重建這名17歲女子的病毒全基因組，以及導(dǎo)致兩名士兵死亡的近90%和60%的病毒基因組。Calvignac-Spencer說，對福爾馬林固定組織中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行測序仍然比其他種類的樣本更難，“但并非是不可能的工作”。
1918年的流感疫情是20世紀(jì)最致命的呼吸道疾病大流行，并決定了人類后來的流感A病毒(IAV)基因組構(gòu)成。
兩名士兵的部分病毒基因組來自第一次較溫和的流感大流行，接踵而至的是1918年秋季席卷全球的一場更嚴(yán)重的大流感?？茖W(xué)家推測，該病毒起源于鳥類，在第一波和第二波疫情之間變得更適合人類。其發(fā)生的一種可能性是，血凝素(病毒表面的一種重要蛋白)的基因產(chǎn)生氨基酸交換突變，將一種常見于禽流感病毒的特定甘氨酸，替換為更具有人類病毒特征的天冬氨酸。然而，兩名德國人的病毒序列都在這個位置上攜帶了一個天冬氨酸，使得這種情況不太可能發(fā)生。
研究人員確實(shí)在病毒核蛋白(有助于確定病毒能感染哪個物種)的基因中發(fā)現(xiàn)了進(jìn)化線索。此前報道的1918年流感毒株都來自大流行的后期，其基因中攜帶兩個突變，可幫助流感避開人體固有的抗病毒防御;而德國士兵的病毒基因組序列則更像感染了鳥類的病毒。
“這可能是病毒在大流行的頭幾個月里進(jìn)化以更好地避免人類免疫反應(yīng)的一個跡象。”Calvignac-Spencer說。另一位慕尼黑女性的流感病毒株也攜帶著更像感染鳥類的核蛋白，但鑒于其死亡日期尚不確定，無法得出關(guān)于該病毒株進(jìn)化的任何結(jié)論。
不過，來自這名女性的病毒全基因組也提供了其他線索。研究人員用它來恢復(fù)病毒的聚合酶復(fù)合體，這是由3種蛋白質(zhì)組成的一種結(jié)構(gòu)，它們一起復(fù)制病原體的基因組。在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，來自慕尼黑菌株的復(fù)合物的活性大約是來自阿拉斯加菌株的聚合酶復(fù)合物的一半。
這項(xiàng)工作還表明，病理學(xué)檔案是一個“寶庫”，時至今日仍然可以提供關(guān)于1918年大流感的更多信息。“如果說過去18個月我們證明了什么，那就是應(yīng)該在努力預(yù)防大流感的同時，好好記住過去的教訓(xùn)。”Rasmussen說。
