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王建斌课题组合作解析新发地疫情病毒传播途径

2020/10/27

2020年6月11日,1例新冠病毒感染患者突现,打破了北京连续56天无新增病例的平静。该患者(指示病例)马上就被收治,病情也很快得到控制,但是他从何处感染了病毒,却成了一个谜。




为了进一步查清新发地疫情的病毒来源,多家单位联合攻关。2020年10月23日,清华大学、北京市疾病预防控制中心、中国医学科学院病原生物学研究所、北京大学、中国科学院北京基因组研究所的研究人员在《国家科学评论》(National Science Review)上在线发表题为“北京新冠肺炎疫情再现可能源于冷链食品污染”(Cold-chain food contamination as the possible origin of Covid-19 resurgence in Beijing)的研究论文(academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa264/5936602)。该论文通过对2020年6月北京疫情相关病例、环境与食品等样品的核酸测序和病毒基因组序列分析,结合全面的流行病学调查和大数据分析,揭示了该疫情可能源于冷链食品污染,提出冷链运输可能是新冠病毒传播的新途径。



针对指示病例的流行病学调查和大数据分析,通过对其所到地区和接触人员的排查,发现2份来自北京新发地市场的环境样本呈现新冠病毒核酸阳性。随后对该市场538名员工扩大进行病毒核酸筛查,又发现45人为阳性。新发地市场随即成为关注的焦点,北京市有关部门果断对该市场采取关闭措施,以有力遏止疫情的蔓延。6月15日,北京市启动了全市核酸筛查。通过对1000余万人口和5000余份环境样本的检测,共发现368人新冠病毒核酸阳性。这些感染者均与新发地市场有直接或者间接关联:其中169人是新发地市场的工作人员,103人于5月30日至6月12日期间去过新发地市场,其余96人均为上述人员的接触者。未发现独立于该市场的早期传播链或独立传播链,提示新发地市场是此次疫情暴发的单一源头。




新发地综合交易大厅负一层(牛羊肉厅)感染工作人员分布



结合新发地市场流行病学调查,研究人员初步确定综合交易大厅地下一层(牛羊肉大厅)水产区S14号摊位可能是感染的源头:S14号摊位的7位工作人员均为新冠确诊病例,且症状出现时间相对较早。根据流行病学模型推断的疫情开始时间范围内,共有5位顾客新冠抗体检测阳性,且这5位顾客都到访过S14号摊位。这5位顾客及其密切接触者在过去14天内都未到访过中高风险区域或接触来自中高风险区域的人员,进一步提示疫情是由新发地市场向外传播。




新发地疫情中的病例和环境样本中获得病毒基因组序列分析表明其病毒序列具有明显的突变特征,和我国之前所发现的本土及输入病例均不相同,

揭示该次疫情应为单一性的境外输入



研究团队进一步利用自主开发的低病毒载量样品处理方法,对110个病例和环境样本进行了高通量核酸测序,共获得了72条高质量的新冠病毒基因组序列。分析发现,这些序列均具有8个特征性突变位点(C241T、C3037T、C14408T、A23403G、GGG28881-28883AAC和C6026T),这些位点在我国此前的本土和输入病例中从未发现过。与新冠病毒基因序列数据库比对,发现除C6026T之外,具有其它7个突变位点的病毒主要存在于欧洲。这些结果进一步提示新发地疫情的病毒应为单一性的新发境外输入。



综合上述结果,同时确认S14号摊位的工作人员未接触过疑似或确诊新冠病毒感染者,且5月至6月初期北京也无报告新增感染病例,提示病毒极可能来源于境外输入。进一步调查显示,S14号摊位售卖的物品中冰鲜三文鱼是唯一来自境外的商品,且摊主曾于5月30日从某供应商(X公司)处采买过从存在新冠病毒疫情国家进口、包装完整的三文鱼,在市场内切割处理后零售。为此,对新发地市场内所有三文鱼供应商的冷库进行了采样检测,发现X公司有5份鱼体拭子样本呈新冠病毒核酸阳性,其中1份未开封鱼体拭子样本中测序获得的病毒基因组序列与本次疫情中人和环境样本中的病毒高度同源。



因未能从鱼体上分离获得活病毒,因此尚无法证明鱼体上的病毒活力。但是将高质量病毒基因组序列特征分析与流行病学调查结合,提示来自境外疫情高发区的冷链进口食品极有可能为本次新发地疫情病毒源头。在本文发表过程中,中国疾控中心报告从青岛获取的冷链食品中分离出新冠病毒,进一步提示冷链食品可能是新冠病毒传播的重要途径。本研究对于揭示北京新发地疫情的病毒来源提供了重要证据,为优化疫情常态化防控策略提供了重要依据。


该论文的完成,体现了多个研究机构中不同专业背景科研人员之间的精诚合作,也为今后类似复杂问题的快速解决提供了一种有效的方案。北京市疾病预防控制中心新冠病毒肺炎防控和检测组参与完成现场调查、样本采集和核酸筛查。中国医学科学院病原生物学研究所王健伟/任丽丽研究团队在P3实验室完成了样品的核酸测序前处理流程。清华大学王建斌课题组与北京大学黄岩谊课题组发展的快速基因组测序样品处理方法为新发地疫情关键样品的准确快速病毒测序提供了技术基础和实验支持。中国科学院北京基因组研究所李明锟课题组完成了对关键样品序列的分析。该工作得到了北京市政府的统筹协调和相关部门的大力支持,得到了科技部、国家自然科学基金委员会、北京未来基因诊断高精尖创新中心和北京结构生物学高精尖创新中心的资助。快速响应的高通量测序工作得到了北京大学ICG/BIOPIC高通量测序平台的积极协助。



北京市疾病预防控制中心庞星火主任医师、吴双胜主管医师,中国医学科学院病原生物学研究所任丽丽研究员和中国科学院北京基因组研究所研究生马文泰为论文共同第一作者。中国医学科学院病原生物学研究所王健伟研究员,北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心/生物医学前沿创新中心/化学学院黄岩谊教授,清华大学(北京)结构生物学高精尖创新中心/生命科学学院王建斌研究员,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)李明锟研究员,北京市疾病预防控制中心王全意研究员、潘阳副研究员为共同通讯作者。



新冠疫情发生之初,为了尽快监测新冠病毒变异的特征,进一步解析这一新型病毒的流行病学特点和潜在风险,清华大学生命学院及结构生物学高精尖创新中心王建斌课题组投入到新冠病毒全基因组测序技术的研发工作,与北京大学和地坛医院合作者联合开发出一种灵敏简单的新型冠状病毒测序手段


MINERVA(www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.25.060947v2),它建立在之前发展的SHERRY方法之上,兼容新冠病人常见的临床样本类型,并通过特异性的富集,来获取高覆盖度和高深度的新冠病毒基因组数据。除新发地疫情传播研究外,王建斌课题组还与地坛医院、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、中国科学院北京基因组研究所的科研团队合作开展多项新冠相关科研项目,部分成果已被接收待刊。