本文利用基因组学、进化学和系统地理学方法,揭示了猪流行性腹泻病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)的源群体、基因重组、起源时间、进化速率和传播历史等重要的进化和流行病学方面的信息,为PEDV和其他冠状病毒的控制和预防提供了依据。
具体方法和结果为:
从中国8个省市收集了11年(2011-2021年)临床上出现猪流行性腹泻(Porcine epidemic diarthea,PED)症状的猪粪便和肠道组织样本149869份。经荧光定量PCR检测发现,PEDV是主要病原体,在11年的时间里,感染阳性率一直稳定保持在>40%。猪轮状病毒(Rotavirus, RV)和猪德尔塔冠状病毒(Porcine deltacorona virus,PDCoV)的感染率较低(分别为1-20% 和0-14%)。在总样本中,3.21%的样本显示PEDV、TGEV (Transmissible gastroenteritis virus,猪传染性胃肠炎病毒)、RV、PDCOV 或SADS-CoV(Swine acute diarthea syndrome coronavirus,猪急性腹泻综合征冠状病毒)的混合感染,而31.28% 的样本仍未确诊。进一步测序了74568个确诊PEDV阳性样本,获得了65个PEDV全基因组序列。测序后的基因组根据采集样本的地理区域进行命名,并根据进化树进行初步基因分型,只有1株PEDV(GDSO9)基因型为G1,其余64株为G2基因型。
根据统计各区的毒株数量发现美国、中国、欧洲和韩国是排名前四的地区。又对来自四个地理区域(中国、韩国、美国和欧洲)的PEDV分离株序列同源性进行比较分析,结果显示中国分离株与其他三个地区分离株的序列有明显差异。鉴于中国和韩国都已上市PEDV商业化疫苗,这类疫苗的使用是否影响了两国PEDV的演变值得思考。
对疫苗上市前后GenBank中已有PEDV序列的分析显示在仅考虑G2毒株的情况下,疫苗大大提高了中国(之前:每年每个位点4.75×10−4个突变,之后:每年每个位点1.30×10−3个突变)和韩国(之前:每年每个位点1.89×10−4个突变,之后:每年每个位点6.33×10−4个突变)的病毒进化速度。总体而言,这些数据表明全球G2毒株的进化速度快于G1毒株,这一现象可能与PEDV 疫苗的使用有关。
为了探索PEDV在全球范围内的时空传播路径(见图1),使用BLAST软件分析,结果显示欧洲、亚洲和美洲是该病毒在世界范围内传播的主要枢纽,在欧洲和亚洲之间以及欧洲和美洲之间发现了很强的传播联系。其中,德国是PEDV在欧洲的输出中心,罗马尼亚是欧洲PEDV的输入中心。在亚洲,日本被认为是PEDV的输入和输出中心。连续系统统计结果显示,PEDV早期主要在欧洲传播,随后传入亚洲,并在中国、韩国等亚洲国家广泛流行。
图1 PEDV毒株在世界范围内的时空传播
对PEDV在中国随时间变化的有效种群规模的分析表明,该病毒在2010年迅速扩大。此后种群规模一直保持在较高流行水平。在中国该病毒主要由北向南传播,其中江苏及其周边省份(如广东、广西、湖南、河北和山东)的传播联系较强。湖北是全国PEDV的输入和输出中心,与11个省份的传播联系较强。综上,本文的研究结果为PEDV的流行病学、进化和传播提供了新的见解,从而为PEDV和其他冠状病毒的预防和控制奠定了基础。
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