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病毒狙击猎人!Nature:科学家利用大数据追踪病原体足迹,为疫苗设计开辟新途径

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发表于 2024-7-9 23:01 |显示全部帖子
病毒狙击猎人!Nature:科学家利用大数据追踪病原体足迹,为疫苗设计开辟新途径. e! k+ x  [; ], p, K
来源:生物谷原创 2024-07-09 11:08
: Y! B4 X# j% u1 N7 L, a7 g本研究不仅揭露了肺炎链球菌缓慢传播的奥秘,还警示了疫苗最初降低抗生素耐药性的效果可能只是短暂的现象。# F9 p- H# o* O, @5 j( w
近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Geographic migration and fitness dynamics of Streptococcus pneumoniae”的研究报告中,来自Wellcome Sanger研究所等机构的科学家们创新性地构建了一套方法,旨在追踪病原体的传播轨迹及其进化历程,同时评估其对疫苗和抗生素的响应,为预测和防范未来的疾病大流行提供了有力工具。该方法巧妙融合了病原体基因组数据与基于匿名移动电话记录的人口流动模型,展现了前所未有的洞察力。
- E7 U) ?; B' i  R, Z4 Q文章中,研究人员通过联合研究,将在南非收集的7000分肺炎链球菌样本中的基因组数据与详细的人类流动性数据结合在一起进行分析,这使得他们得以窥探这些引发肺炎与脑膜炎的致病菌是如何随时间推移,在不同区域间迁徙与演化的。6 N8 k0 u3 ^7 U/ R' g% b# y6 B& e
研究结果揭示,尽管2009年推出的肺炎链球菌疫苗一度降低了抗生素耐药性,但这一效果似乎只是昙花一现。非目标菌株展现出了高达68%的生存竞争优势,尤其是那些对青霉素等抗生素具有抵抗力的菌株。这是首次能够精确衡量不同肺炎链球菌菌株的适应性——即其存活与繁衍的能力。这一发现不仅为设计针对最危险菌株的新型疫苗铺平了道路,还为其他病原体的研究提供了模板。
* y- {! w) G, `诸如结核病、HIV和COVID-19等多种传染病同时会存在多种菌株或突变体,这也是造成病毒研究、疫苗研发的最大难点之一。这些病毒中,肺炎链球菌作为全球肺炎、脑膜炎和败血症的主要元凶,其多样性令人咋舌——超过100种类型,近900种遗传变异。每年约有74万名5岁以下儿童因肺炎丧生,使之成为儿童死亡的头号传染病杀手。
1 V7 k0 q8 [9 a+ p+ m5 ?" v肺炎链球菌的多样性阻碍了预防其感染的控制措施,因为针对主要菌株的疫苗往往会促使其它菌株突变,使得原本的疫苗失去作用。目前,我们对这种细菌的传播方式、疫苗如何影响其生存以及其抗生素耐药性的形成机制仍知之甚少。
/ Y# S+ a4 C- |0 {& _在本项研究中,研究团队分析了2000年至2014年间在南非采集的6910份肺炎链球菌样本,对其基因组进行了深度测序,以追踪不同菌株随时间的分布变化。他们将这些数据与Meta公司提供的匿名人口流动记录相融合。研究发现,肺炎链球菌需要半个世纪才能在整个南非人群充分混合,这主要归因于地方性的人口移动模式。; ~$ i" e# q3 z/ {) I) C, w( s2 D3 G" o
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科学家利用手机数据追踪病原体的扩散和进化机制 有望提前预测人类疫情爆发
  u4 S( T" v9 _图片来源:Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07626-3
: @$ x/ ?$ c) @- F4 x  a研究者发现,尽管2009年引入的针对某些类型肺炎链球菌的疫苗减少了相应细菌所引起的病例数量,但未被疫苗覆盖的菌株却获得了显著的竞争优势,其中部分菌株对青霉素等抗生素的耐药性日益增强,提示疫苗对耐药性的抑制可能是暂时的。
' f% S0 G# S+ ?- w0 Z研究的第一作者Sophie Belman博士指出:“尽管我们观察到肺炎链球菌的扩散速度较为缓慢,但疫苗与抗生素的应用能迅速且显著地改变这一局面。我们研发的模型有望在更广泛的地域和病原体中应用,有助于在抗生素耐药性和疫苗效力的背景下,更准确地理解并预测病原体的传播。”6 }6 s& c! B3 e5 B
尽管大规模疫苗接种已实施,肺炎依然是南非5岁以下儿童死亡的重要原因。通过持续的基因组监测和灵活的疫苗策略,对抗这些病原体的适应性,研究人员能够更精准地实施干预,以减轻疾病负担。肺炎链球菌的多样性往往掩盖了细菌跨区域传播的真实图景。此项研究采用的综合方法,结合细菌基因组与人类旅行数据,最终可能破解这一复杂谜题,首次以高清晰度揭示了细菌隐匿的迁移路径。这将使研究人员能够预判高风险菌株的出现和潜在疫情,为公共卫生策略提供关键信息。+ G8 ~8 W0 {6 b
总之,本研究不仅揭露了肺炎链球菌缓慢传播的奥秘,还警示了疫苗最初降低抗生素耐药性的效果可能只是短暂的现象。(生物谷Bioon.com)/ M& j% G2 N  N7 U5 G) M
参考文献:
5 \9 H2 j3 z+ A% k: V3 i9 k' ]5 PBelman, S., Lefrancq, N., Nzenze, S. et al. Geographical migration and fitness dynamics of Streptococcus pneumoniae. Nature (2024). doi:10.1038/s41586-024-07626-3
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