《科学家首次从7000年的牙齿中获得乙肝病毒DNA》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-05-14
  • 七千年前,在德国中心的一个小村庄里,一位年轻男子在地上静静地躺着,已经没有了呼吸。他大约25到30岁,可能是一位农夫。当时的人们并不知道他为什么这么年轻就去世了。多亏现代强大的基因技术,能为七千年后的我们还原事情的真相--乙肝病毒感染了他的肝脏,终结了一段生命。

    科学家们是如何穿越时空找到死因的呢?就在本周,科学家们用测序技术得到了迄今为止最古老的病毒DNA--乙肝病毒的一段序列;而这段序列就取自这位年轻死者的牙齿。这顿时在学界引起轰动,要知道,虽然过去几十年来,人们逐渐能通过牙齿和骨头测得人类的DNA,近几年来,人们又能从牙齿和骨头中提取出麻风和疟疾等细菌DNA,但因为病毒的基因序列小而易降解,人们最多只能得到几百年前的基因序列,更别说是七千年前的了。这一发现,可以说在测序史上立下了一个里程碑。

    更有趣的是,这个序列是同时被两个研究小组测得,原材料来自不同的地理位置——这让流行病学家跃跃欲试,因为他们可以借此机会调查这个古老的病毒在欧亚大陆的传播特征了!

    第一个小组由来自德国的Ben Krause-Kyora和Johannes Krause领导。他们得到了三段分别来自7000年前、5000年前和1000年前的乙肝病毒序列,把结果先刊登在了bioRxiv上。

    另一个小组来自哥本哈根大学,由Eske Willerslev领导。他们得到了12段跨越铜器时代(公元前2500年)至中世纪的乙肝病毒序列,并把结果发表在了《Nature》杂志上。

    DT君在这里补充一句,之所以科学家们能够通过牙齿和骨肉测的病毒序列,是因为乙肝病毒进入人体后能通过血液循环到达全身各处,并在骨头中沉积。这就使得病毒序列能“侥幸”保存下来,被我们所发现。

    但是,科学家们测得的乙肝病毒好像有些奇怪,它们的序列更接近现如今能感染黑猩猩和大猩猩的亚种,而不太像如今能感染人类的亚种。科学家们在五段序列中都发现了上述结果,这些序列来自两个研究组,在空间和时间上都有较大的差异性,分布于德国到波兰,7000前到3800年前。这种病毒几千年前在人类群体中肆虐,后来却像是突然间转移了目标,把其功力对准了猩猩们。未解的谜题是,到底是人类感染了猩猩,还是猩猩感染了人类?这个病毒传播范围有多大?与此同时,科学家们却在亚洲中部找到了与现如今感染全人类的乙肝病毒相似的古老的亚种。这个亚种和当时欧洲流行的亚种又有何区别的?这些都是个谜。

    来自多尔蒂研究所的病毒学家Margaret Littlejohn对此评论道,“这项研究很有趣,但是感觉随之而来的是更多的谜团。”Margaret的研究领域即为乙肝病毒的起源和进化。

    这个发现也让人们联想到了原始人类DNA。过去的“走出非洲”理论,是说人类起源于非洲,并从非洲迁移到世界各处;但是随着测序技术的发展,人们发现不仅只有一群“走出非洲”的人,而是在非洲源源不断的产生了一波波不同的人种,不断地向外迁移,甚至有些人会再迁移回非洲。而这些由非洲向外“发散”的种族们,在世界各地不断的被新的种族所“取代”,最终的最终活下来并繁衍的便是现在的我们,而大部分种族面临的是灭亡。听起来,是不是很像乙肝病毒的种族进化史呢?

    这还不是最令人吃惊的。Krause-Kyora说,现在乙肝病毒的遗传多样性,相比古老的乙肝病毒真是九牛一毛。而Willerslev则表示,我们可以利用这种多样性来预测未来乙肝病毒的进化。“这些数据提供了过去病毒可能的变异型,而在未来这些变异型可能再度出现。”乙肝病毒的传染率,在全球范围内从英国的0.01%到南苏丹的22.38%不等,但是加在一起,一年之内就能夺走90万人的性命,预测其变异对治疗该疾病至关重要。

    古DNA研究专家Hendrik Poinar则为实验提供了进一步的设想,他表示人们也许可以复活这些不同基因型的病毒,并进行动物实验来测试其分别是如何影响机体的。这些病毒亚种是毒性更强,还是更温和?它们是否有周期性,或能导致特定的疾病?

    两个团队都选择乙肝病毒作为研究对象是有原因的。首先,乙肝病毒的遗传信息储存在DNA中,这样人们就可以用成熟的古DNA测序技术来得到序列,而相比之下RNA易降解,目前没有很好的古RNA测序技术。其次,乙肝病毒导致的是慢性感染,这样就可以让病毒有充分的时间跑到人体的骨头中储存起来。

    但是科学家们也在考虑其他病毒,比如疱疹病毒、能导致感冒的腺病毒、痘病毒等。重新从骨骼中提取病毒DNA很困难,但幸好,人们可以从“废弃产物”中翻翻看。DNA并非直接从已经分离的病毒、细菌、人体组织中提取的,而是多种来源的DNA混杂在一起,被“一视同仁”的切成小段。如果我们最后需要的是人类DNA,就像拼图一样,把来自人的DNA片段拼接到一起。这个过程中,没有用到的DNA材料,就叫做“废弃产物”,而这些废弃产物中或许隐藏着大量的信息。如果人类DNA能告诉我们死者是谁,病原体DNA能还原死者死前经历了什么、他们的死因,那么或许也可以通过病原传播揭露两个不同种族的关系,即便这两个种族间没有杂交过。

    Willerslev说,他们现在的工作是把过去样本重新拿出来,这一次不是分析其中人类的DNA,而是各种病毒的。“我能说至少10%的样本中含有病原微生物,并且光看牙齿样本,至少50%有各种各样的口腔感染。这些感染并非致死性的,但显然它们对人体没有什么好处,”他说。“这背后隐含的,是过去人们在饱受着各种疾病的折磨。这着实打破了我对铜器时代浪漫的幻想。”

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6722067.html
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-05-11
    • 乙型肝炎病毒(HBV, 也译作乙肝病毒)感染人类的肝脏,并导致人体患上乙型肝炎(即乙肝)。目前全球有2.5多亿人感染上HBV。尽管每年有数十万HBV感染者死于HBV相关的并发症(如肝硬化和肝癌),但是这种病毒的起源仍未得到很好地理解。在一项新的研究[1]中,来自英国、丹麦、德国、哈萨克斯坦、美国、蒙古、吉尔吉斯斯坦、捷克、俄罗斯、瑞典、匈牙利、法国和荷兰的研究人员在存在了200~4500年的欧亚人遗骸(Eurasian remains)的人基因组中发现HBV存在的证据,这提示着人类与这种病毒共存了数千年。相关研究结果于2018年4月9日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Ancient hepatitis B viruses from the Bronze Age to the Medieval period”。 澳大利亚多尔蒂研究所维多利亚传染病参考实验室高级医学科学家Margaret Littlejohn(未参与这项研究)告诉《科学家》杂志,在这项研究之前,“在乙型肝炎领域,我们总是认为HBV是人类的一种古老的病原体,但是迄今为止还没有证据表明这种病毒存在了400多年。这项研究对这个领域来说无疑是一次伟大的飞跃。” 这项研究始于英国剑桥大学和丹麦哥本哈根大学进化遗传学家Eske Willerslev和同事们设计的旨在理解横跨欧洲和亚洲8000公里的人口历史的实验。这些研究人员对200多个古代人---这些古代人的遗骸已存在了500~11000年---的基因组进行了测序。 Willerslev说,“我们通过鸟枪测序法对这些基因组进行测序,而且我们获得的绝大部分DNA实际上并不是人类的。起初,这并不是我们所关注的目标。它仅是废物,但是如今我们开始研究这种废物是否可能存在病原体。”在意识到“废物”DNA可能有助深入了解HBV的起源之后,他们分析了这些基因组中的137个来寻找HBV存在的证据,与此同时还分析了2015年在Nature期刊上发表的已被测序的其他古代人类的167个基因组[2]。 Willerslev和同事们在欧亚大陆发现的12个800~4500年前的古代人基因组中鉴定出12个HBV基因组。他们发现如今在非洲和亚洲常见的HBV型别在几千年前就已存在于这个地区。他们还证实三个古老的HBV基因组与现代的大猩猩和黑猩猩HBV存在着最为密切的亲缘关系。 维多利亚传染病参考实验室高级医学科学家Lilly Yuen(未参与这项研究)说,“当人们开始试图推测HBV存在了多少年时,早期的数据表明HBV很可能存在了几百年到几千年。”但是其他的科学家们已在古代鸟类基因组中发现了禽类HBV,这提示着它可能存在了数百万年。 Willerslev测序的HBV基因组包含重组和谱系灭绝的证据,这提示着HBV肯定存在了4500多年---这是因为这种病毒需要时间来经历这些进化变化。所有的这些研究发现都表明存在一种更为古老的HBV起源。 德国马克斯普朗克人类历史科学研究所进化遗传学家Johannes Krause(未参与这项研究)说道,“我们对我们实际上能够将HBV起源追溯到这么远感到非常兴奋。在2018年5月6日,Krause和同事们在预印本在线期刊 BioRxiv上发表了一篇论文[3],描述了在人类牙齿样品中发现的三个古老的HBV基因组,其中的一个HBV基因组大约存在了7000年。 Krause说,根据他自己的研究和Willerslev团队的研究,目前仍不清楚HBV到底存在了多少年。他补充道,“它可能更加古老。它甚至可能来自非洲,这将会解释着为何黑猩猩和大猩猩一起都携带着最为古老的HBV基因组。这可能是一种解释,但是我们也在六千万年前分隔开的新大陆猴(new world monkey)和旧大陆猴(old world monkey)中发现它,因此它不太可能是那么古老。这里有很多疑问需要人们去解答。” 第一篇论文共同第一作者、剑桥大学研究生Barbara Mühlemann告诉《科学家》杂志,探究人类与病毒共存的历史的下一步就是更加深入地研究古老HBV的序列来观察这些古老序列中的变异是否揭示了这种病毒在未来可能发生的变化。 2018年5月9日在Sciece期刊上在线发表的一项相关研究[4]中,Willerslev和同事们利用古代基因组追踪马驯化对古代人类在欧亚大陆活动的影响。他们的分析揭示出人类地理迁移与利用马来拉战车和骑马时手持弓箭紧密相关联。 从过去的研究来看,Willerslev团队确定大约五千年前中欧人迁移到欧亚大陆,但是如今居住在中亚和西亚的人主要是亚洲人种。在2018年5月9日在线发表在Nature期刊上的第二项研究[5]中,Willerslev团队利用基因组分析证实随着逐渐地向西扩张,亚洲人种完成了对中欧人种的替换。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报生命健康领域集成服务门户
    • 编译者:江洪波
    • 发布时间:2019-05-22
    • 5月5日,北京大学、解放军总医院和复旦大学的研究团队首次发现5种化学小分子组合(5 compounds,5C)可在体外促进肝细胞功能的长期维持,并利用该方法建立了首个乙肝病毒感染模型。5C培养条件下的肝细胞支持乙肝病毒的高效感染,并能够长期产生cccDNA,可作为理想的药物筛选模型,对乙肝病毒的深入研究与药物研发具有重要意义。相关研究成果发表于《科学》期刊。