利用基因組和人類流動(dòng)數(shù)據(jù)繪制病原體傳播和進(jìn)化圖

一種繪制病原體傳播和進(jìn)化及其對(duì)疫苗和抗生素反應(yīng)的新方法，將為幫助預(yù)測(cè)和預(yù)防未來疫情提供關(guān)鍵見解。該方法將病原體的基因組數(shù)據(jù)與從匿名手機(jī)數(shù)據(jù)中獲取的人類旅行模式結(jié)合起來。

來自惠康桑格研究所、威特沃特斯蘭德大學(xué)和南非國(guó)家傳染病研究所、劍橋大學(xué)的研究人員以及全球肺炎球菌測(cè)序項(xiàng)目的合作伙伴，將在南非收集的近7000個(gè)肺炎鏈球菌(肺炎球菌)樣本的基因組數(shù)據(jù)與詳細(xì)的人類流動(dòng)性數(shù)據(jù)整合在一起。這使他們能夠看到這些導(dǎo)致肺炎和腦膜炎的細(xì)菌是如何在不同地區(qū)之間移動(dòng)并隨著時(shí)間進(jìn)化的。

今天(7月3日)發(fā)表在《Nature》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)表明，與2009年肺炎球菌疫苗相關(guān)的抗生素耐藥性的初步下降可能只是暫時(shí)的，因?yàn)閷?duì)青霉素等抗生素具有耐藥性的非靶向菌株獲得了68%的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

這是科學(xué)家們第一次能夠精確地量化不同肺炎球菌菌株的適應(yīng)性——它們生存和繁殖的能力。這一發(fā)現(xiàn)可以為針對(duì)最有害菌株的疫苗開發(fā)提供信息，并且可能適用于其他病原體。

許多傳染病，如結(jié)核病、艾滋病毒和COVID-19，同時(shí)存在多種菌株或變體，使其難以研究。肺炎球菌是一種細(xì)菌，是全球肺炎、腦膜炎和敗血癥的主要原因，是一個(gè)典型的例子，全球有100多種類型和900多種遺傳菌株。僅肺炎每年就導(dǎo)致約74萬5歲以下兒童死亡，使其成為兒童死亡的最大單一傳染性原因。

肺炎球菌的多樣性阻礙了控制工作，因?yàn)獒槍?duì)主要菌株的疫苗為其他菌株填補(bǔ)空缺留下了空間。這些細(xì)菌如何傳播，疫苗如何影響它們的生存，以及它們對(duì)抗生素的耐藥性仍然知之甚少。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員分析了2000年至2014年在南非收集的6910份肺炎球菌樣本的基因組序列，以追蹤不同菌株隨時(shí)間的分布。他們將這些數(shù)據(jù)與Meta收集的人類旅行模式的匿名記錄相結(jié)合。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的計(jì)算模型顯示，肺炎球菌菌株需要大約50年的時(shí)間才能在南非人口中完全混合，這主要是由于局部的人類運(yùn)動(dòng)模式。

他們發(fā)現(xiàn)，雖然2009年引入的針對(duì)某些類型的這些細(xì)菌的肺炎球菌疫苗減少了由這些類型引起的病例數(shù)量，但它也使這些細(xì)菌的其他非靶向菌株獲得了68%的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其中越來越多的菌株對(duì)青霉素等抗生素產(chǎn)生耐藥性。這表明疫苗對(duì)抗生素耐藥性的保護(hù)作用是短暫的。

該研究的第一作者、惠康桑格研究所前博士生、西班牙巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心施密特科學(xué)研究員索菲·貝爾曼博士說:“雖然我們發(fā)現(xiàn)肺炎球菌細(xì)菌通常傳播緩慢，但疫苗和抗菌劑的使用可以迅速而顯著地改變這些動(dòng)態(tài)。我們的模型可以應(yīng)用于其他地區(qū)和病原體，以便在耐藥性和疫苗有效性的背景下更好地了解和預(yù)測(cè)病原體的傳播?！?/p>

南非約翰內(nèi)斯堡國(guó)家傳染病研究所的研究作者Anne von Gottberg博士說:“盡管努力接種疫苗，肺炎仍然是南非五歲以下兒童死亡的主要原因之一。通過持續(xù)的基因組監(jiān)測(cè)和適應(yīng)性強(qiáng)的疫苗接種策略來對(duì)抗這些病原體的顯著適應(yīng)性，我們可能能夠更好地進(jìn)行有針對(duì)性的干預(yù)，以限制疾病負(fù)擔(dān)?！?/p>

Wellcome Sanger研究所這項(xiàng)研究的資深作者Stephen Bentley教授說：“肺炎球菌的多樣性模糊了我們對(duì)任何特定菌株如何從一個(gè)地區(qū)傳播到另一個(gè)地區(qū)的看法。這種利用細(xì)菌基因組和人類旅行數(shù)據(jù)的綜合方法最終使我們能夠突破這種復(fù)雜性，首次以高清方式揭示隱藏的遷徙路徑。這可以讓研究人員預(yù)測(cè)新出現(xiàn)的高風(fēng)險(xiǎn)菌株接下來可能在哪里出現(xiàn)，使我們?cè)跐撛诘囊咔楸l(fā)之前領(lǐng)先一步。

來源：Nature

異丁醛（也稱為2-丁醛，化學(xué)式：C4H8O）是一種有機(jī)化合物，屬于醛類化合物。以下是異丁醛的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 功能團(tuán)：異丁醛分子中含有一個(gè)醛基（─CHO功能團(tuán)），即碳氧雙鍵和一個(gè)氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機(jī)溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應(yīng)的酸。

4. 反應(yīng)活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生以下反應(yīng)：

   - 還原反應(yīng)：可以被還原劑還原為相應(yīng)的醇。

   - 加成反應(yīng)：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應(yīng)，形成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。

   - 導(dǎo)入反應(yīng)：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應(yīng)，發(fā)生導(dǎo)入反應(yīng)，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，由于異丁醛易燃，應(yīng)避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。