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Nature:恢复40年前样本RNA寻找艾滋病北美起源

2016/10/28 来源:生物探索
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导读
美国亚利桑那大学和英国的剑桥大学的研究者们从四十多年之久的血清样本中恢复遗传物质,重建了艾滋病的起源RNA。研究结果于10月26日在线发表在Nature上。


美国亚利桑那大学和英国的剑桥大学的研究者们以前所未有的细节重建了艾滋病的起源。

分子生物学技术让这项发现成为可能,使得研究人员从四十多年之久的血清样本中恢复遗传物质RNA,破译了从上个世纪七十年代开始在北美大陆爆发的HIV亚型的基因序列。对1970年左右开始出现在美国HIV的系统发育分析显示美国最古老的HIV病毒始于纽约,这明显地显示了这一步是HIV横扫美洲大陆的关键枢纽。

从本研究中获得的见解可以帮助研究人员和卫生官员更好地了解病原体如何在人群中扩散。这能导致控制或消除病原体的更多有效策略。

研究结果于10月26日在线发表在Nature上。他们证实了病毒进入和在美国散布的路线,消除了以前认为加勒比地区是HIV侵入的关键踏脚石的疑问。这篇文章也报道了对来自“零号病人”的完整的HIV-1基因组的首次复原。在生物或历史上都不具备证据证实这位“零号病人”像普遍认为的那样是北美洲艾滋病疫情的主要起因。这也证实了在艾滋病被确认的1981年前,HIV就已经在美国感染人群了。

新技术恢复40年前样本RNA

病毒进化方面的专家Michael Worobey和公共卫生学专家Richard McKay领导了一个跨学科的科学家团队来揭开围绕艾滋病流行的未解之谜。他们尝试用新的分子生物学技术,来从那些年代和条件以现有的分析方法难以分析的样品中恢复遗传物质。

亚利桑那大学的Worobey教授说:“标准方法如抗体血清学检测血液测试会告诉你,一个人是否感染了艾滋病病毒,但是你可能不会得到任何的HIV基因序列。你要序列的话则需要病毒的RNA。该病毒的RNA是一个非常易损的分子,包含10000个核苷酸,会很快分解。”

上世纪七十年代的血清样本中RNA均已降解,以短片段的方式存在。所以Worobey的实验室开发了一种新方法称为RNA jackhammering。这种新方法可以灵敏地检测到病毒RNA阳性的样本,并能从中恢复HIV-1的全基因组序列。

他解释说:“我们非常小心地放大了病毒的RNA,而不让背景RNA进入。”

Worobey说,该技术可能会带给其他医疗健康方面的应用潜力,如更敏感的生物测定——筛选肿瘤标志物或病毒的血液样本,包括Zika。

艾滋病如何征服北美洲

通过筛选美国男性从1978年到1979年的2000多个血清样本,这个技术让研究人员从这些降解的样本中恢复出8个近乎全长的病毒RNA基因组序列,代表了北美洲最古老的HIV基因组。这些早期的、全基因组“快照”揭示了美国HIV-1在上世纪70年年代就表现出令人惊讶的丰富的遗传多样性,也提供了在加勒比地区流行前疫情就已存在的证据。

拥有完整的基因组信息让作者解决了困扰研究人员已久的问题,比如病毒在不同的地点不同时间传播得有多快。一旦HIV从非洲跨越大西洋,很久就席卷了加勒比地区并从那里进入美国。然而,直到它侵入纽约疫情并没有被察觉,纽约就成为HIV在美国最关键的枢纽。新的基因组测序表明病毒大约在1970左右入侵纽约,从那里HIV传播到三藩和加利福尼亚的其他地方。于是艾滋病患者首次在1981在加州被确认。在加利福尼亚的爆发第一次让人们敲响了警钟导致了对艾滋病的发现,但这只是在纽约早期爆发的一个分支而已。


根据基因数据,该团队能够构建各种艾滋病毒菌株的进化树,以及它们如何在美国传播,他们透露,到20世纪70年代末,艾滋病毒在遗传多样性方面和我们今天看到几乎相同的。

研究人员说能够及时回顾一下历史上发生的艾滋病病毒大流行是令人鼓舞的。大家期待将来即使病毒没能清除,也能够看到在世界大范围内没有新的传输。

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