研究人員表示,這肯定低估了實際數字,因為標準的流感測試無法檢測到變異病毒的感染。大多數感染在沒有進一步的人際傳播的情況下失敗,可能是因為人類對類似的流感病毒具有很強的免疫力。
但是,如果豬病毒出現並且很容易在人中傳播,則可能會引發大流行。「它和任何人畜共患威脅一樣真實,」美國國立衛生研究院(NIH)的進化生物學家瑪莎尼爾森說,他與鮑曼合作了7年。
疫情以前發生過。尼爾森在美國國立衛生研究院國家生物技術信息中心工作,也研究高致命禽流感,他是一個團隊的一員,該團隊發現了有說服力的證據,證明2009年流感大流行感染了全球數億人,始於一種新的流感病毒從墨西哥中部農場的商業豬中跳出來。
儘管許多流行病學家認為來自鳥類的病毒引發了20世紀的三次流感大流行 , 包括1918年開始並造成約5000萬人死亡的臭名昭著的流感大流行 - 但有些人認為豬可能是鳥類和人類之間的關鍵中介。
「雖然人們想淡化它,但我認為豬到人的流感大流行的風險比禽流感大得多,」德克薩斯大學醫學分部的流行病學家格雷戈里格雷說。
對下一次流感大流行的擔憂通常集中在亞洲,那裡的市場出售活禽和外來動物,如棕櫚果子狸、浣熊狗和竹鼠。
為了評估這種風險,鮑曼和他的同事已經成為全國各地展會和博覽會的常客。為了贏得有時警惕的組織者和參賽者的信任,研究人員訪問了大約1000場活動,並從大約40,000頭豬身上收集了樣本,分析它們以尋找新型流感病毒如何通過表演電路傳播的線索以及豬和人之間的穿梭。
從他們的二十多項研究中,「我們已經了解了很多關於豬流感如何在那個特定的利基中傳播的信息,」聖裘德兒童研究醫院的病毒學家理乍得韋比說。
鮑曼和尼爾森也在設計一些簡單的步驟,可以保護豬和人,包括測試進入者和限制豬與人之間的接觸。「我們的目標是嘗試弄清楚如何在整個系統中進行小的調整,這將產生超大的下游影響,」尼爾森說。
豬在流感生態中佔有特殊的地位。兩種類型的流感病毒,A和B,使人類患病,在糟糕的一年中,全球多達65萬人死亡。乙型流感病毒只在人體內傳播,但A型可以感染許多物種。
水禽擁有最多的多樣性,有16個品種,一種表面蛋白血凝素和九種另一種神經氨酸酶,導致研究人員得出結論,水禽是主要的甲型流感宿主。
今天經常感染人類的季節性甲型流感病毒僅限於H1N1和H3N2亞型的變體。但其他A型病毒經常傳播到家禽,馬,狗和豬。
隨着病毒的傳播,它會發生變化,不斷給免疫系統帶來新的挑戰。變化的一個來源是其高度可變的RNA基因組,允許在每一輪病毒複製期間「漂移」。但流感還有另一種加速自身進化的策略。病毒RNA被分成八個片段,可以在相關亞型之間交換。
因此,如果一種A型病毒進入已經感染了另一種病毒的人類細胞,它們的兩個基因組在複製時可以混合。這種重組或「轉移」用來自兩種菌株的RNA片段產生病毒後代。
Drift迫使疫苗開發商每年推出一種新疫苗,以對抗季節性流感的傳播。當轉移的病毒從動物宿主中出現時,這些變化有時會大大增強傳播並增加免疫逃逸,甚至可能引發大流行。「流感是一種雜技演員,」尼爾森說。「你必須從八個維度來思考。
豬是這些雜技的主要場所。當感染豬時,禽流感病毒可以與豬中已有的更容易感染人的病毒重新分類。結果可能是一種新的菌株,與人體免疫系統無關,比原始的鳥類病毒更容易在人體內傳播。
這樣的一連串麻煩始於1979年,當時一種禽流感H1N1病毒在歐洲從野鴨傳播到豬。幾十年後,在2009年3月左右從墨西哥豬跳到人類之後,在引發2009年大流行的H1N1中發現了它的一些基因。
在被稱為pH1N1的病毒浮出水面僅5個月後,明尼蘇達州博覽會上展示豬的鼻拭子通過顯示12%的動物感染了病毒,強調了跨物種傳播的威脅。這一次,人類感染了豬。噹噹時的農業部長湯姆·維爾薩克(Tom Vilsack)在展會上報告豬感染時,豬肉價格暴跌。
「業界對我們非常生氣,」格雷說,他當時在佛羅里達大學領導這項研究。「我們只是在做科學,但它在政治上變得非常迅速。」
具有大流行潛力的流感病毒通過被鳥類感染的豬傳播給人類的風險仍然像以往一樣真實。但是,飼養數千頭生豬的大型商業農場可能不是最大的威脅。
在美國和許多其他國家的大型農場,生物防護措施限制了人與豬之間的接觸,伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的豬獸醫James Lowe說,他研究商業豬群中的流感。相反,他擔心像博覽會這樣的節目,年輕的馴獸師爭奪皮帶扣、橫幅和絲帶,因為他們養育了最好看的杜洛克、漢普郡、蘭德雷斯、伯克希爾或雜交豬。
2009 年,鮑曼在俄亥俄州擔任執業豬獸醫已有 2 年。鮑曼就讀於獸醫學校的俄勒岡州立大學的一位教授聯繫了他,詢問他是否考慮回來攻讀博士學位,專註於在博覽會上測試流感的展示豬。
鮑曼猶豫是否要回到學術界,但挑戰吸引了他。「我們不知道流感和這些豬發生了什麼,」他說。
最初,他在豬展上採集鼻拭子的要求遭到了很多懷疑。「擔心我們會使用這些信息並關閉它們,」鮑曼說。其他人擔心拭子會以某種方式傷害豬,並導致評委「向他們展示大門」——顯示被淘汰出局的行話。
「我們當然有過,'我的豬會贏,直到你擦拭它的鼻子,'」鮑曼說。早期,他在半夜進行採樣,以避免發生衝突。
豬鼻子攜帶流感病毒
但這項工作的科學價值是無可爭議的。2012年,疾病預防控制中心記錄了307例人類感染變異流感毒株的病例,這是單年最高數字,其中大多數與農業博覽會有關。
「突然間,我拿着所有這些來自縣集市豬的樣本,我們讓所有這些孩子在我們參加的同一個集市上感染了豬譜系流感,」鮑曼說。「這是我在正確的時間出現在正確的地點的情況。
2012年,印第安納州發生了許多人類病例,第二年,該州博覽會的組織者要求鮑曼擦拭進入的豬的鼻子,以更好地了解一開始有多少豬被感染。組織者還測量了豬的直腸溫度,減緩了進入展覽會場的速度,並激怒了參展商,他們錯誤地指責鮑曼。投訴到達了印第安納州州長和國家豬肉委員會。
儘管如此,鮑曼還是慢慢地說服了越來越多的展會組織者和參展商,他們對展示豬的熱愛與他的研究之間並沒有太大的距離,他的研究旨在教育人們並減少動物、處理者和參觀者的疾病。「他們是一種祝福,」哥倫布的一名教師凱利摩根說,她組織了頭獎表演,並與她的家人一起飼養了大約三十幾隻展示豬。
鮑曼是「一個紮實的獸醫,一個堅實的科學家,一個豬人,所以他能夠彌合這個差距,」洛說。「他所取得的成就,與人群建立關係,讓他可以訪問網站並進行這些數據收集,這簡直就是一個奇蹟。
鮑曼和尼爾森在2015年由NIH國家過敏和傳染病研究所(NIAID)組織的流感研究網絡會議上首次交談。「在最初的幾分鐘里,我們意識到我們的興趣就像手套一樣合適,」尼爾森回憶道。
她一直在研究導致2012年展會上人類大爆發的變異病毒的進化起源,但她只有商業豬的樣本。「當我發現有人親自品嘗表演豬時,我垂涎三尺,」她說。
從那以後,鮑曼在豬採樣方面的實踐專業知識與尼爾森對他們發現的病毒的進化生物學的核心關注相結合。正如洛所說,「瑪莎做不到安迪做的事情,安迪也不能做瑪莎做的事情。
由此產生的人類和豬之間傳播的研究是「完全不同的水平」,在NIAID進行寄生蟲基因組研究的Elodie Ghedin說。「這些都是非常重要的研究,可以了解動態並了解每年發生的事情。
Bowman和Nelson的第一項研究於2016年1月發表在《傳染病雜誌》上,該研究使用Nelson從Bowman的病毒樣本中創建的華麗家譜來追蹤豬和人之間病毒移動的四個季節周期。
它始於冬季,當時季節性流感病毒在人群中傳播,偶爾會感染豬。在小型農場,人豬感染很快就會消失。但是,當人類感染商業畜群時,儘管做出了生物防護措施,但這種情況仍在發生,病毒在整個春季都在動物之間移動並重新分類。
然後,它們可以傳播到在同一財產的不同豬舍中的豬,甚至可以通過風傳播到鄰近的農場。到了夏天,當展示豬聚集在展覽中時,人類的流感季節已經結束。但豬很容易相互感染,導致新的重組病毒和偶爾的人類感染變異流感病毒。
「如果沒有商業豬,豬中就不會有流感病毒,」尼爾森說。鮑曼龐大的序列庫也讓他們看到,從商業豬到展示豬的跳躍可能每年發生很多次。「在表演豬中,流感病毒的遺傳多樣性數量驚人,因為它們的種群如此之小,並且只會在短暫的夏季表演季節大量聚集,」尼爾森說。
與此同時,正如Nelson和Bowman在2016年12月在《病毒學雜誌》上報道的那樣,在相距遙遠的縣和州的展覽中,動物有時會攜帶相同的病毒。「這是一個令人頭疼的時刻,我們意識到一定有其他東西在博覽會之間如此迅速地傳播這些病毒,」尼爾森說。
像博覽會這樣的大獎節目是傳播這些病毒的關鍵,尼爾森和鮑曼意識到。縣集市上的生豬必須來自該縣,同樣的地理限制也適用於州集市。但是頭獎節目吸引了來自四面八方的參賽者。
為了了解它們如何影響病毒式傳播,研究人員參加了愛荷華州的一個早期展覽,該展會接待了來自17個州的參展商。他們不會為節目命名以避免羞辱它。四種不同的流感病毒在該節目中傳播,其中一種占豬感染的80%。
當節目中的豬分散到它們的家鄉時,它們隨身攜帶了病毒。通過後來的抽樣,研究人員在38個縣和州的集市上發現了豬流感,94%的變種在大獎中佔主導地位。該變種也導致了當年90%與人類有關的流感病例。
博覽會,而不是大獎節目,是豬變種最有可能跳到人類的地方。儘管鮑曼團隊多年來的抽樣調查僅在約30%的展會中檢測到流感,但與80%的頭獎節目相比,展會通常持續時間更長。因此,從受感染的豬開始的集市最終會有多達80%的豬被感染,這一流行率遠遠高於頭獎節目。
集市上有更多的人與豬互動,增加了人畜共患跳躍的風險。「你會看到人類病例通常與博覽會結束時出現有關,因為如果你有250頭豬排出病毒,那將只是一團流感病毒,」鮑曼說。
鮑曼、尼爾森和其他人說,為了降低對人的風險,對僅佔美國豬群1.5%的展覽豬進行定期測試應該是標準做法。但不存在這樣的「主動監視」計劃。相反,美國有一個被動的系統,依靠農場對病豬進行採樣,然後自願向農業部報告他們的發現。
鮑曼已經說服了幾位豬展組織者,阻止孩子們在他們的動物附近睡覺。在一次表演中,孩子們把吊床掛在他們珍貴的豬身上。在今年博覽會的供應商大廳里,鮑曼的團隊建立了一個站,直接教育孩子們減少流感的傳播。
該項目由他的合作者傑奎琳·諾爾廷(Jacqueline Nolting)於7年前發起,他擁有農業教育博士學位,鼓勵孩子們加入俄勒岡州立大學的「swientist」計劃,提供免費的冰棒和貼紙,上面有一隻穿着實驗室外套的豬。
一場「病原體槍戰」讓孩子們用噴槍殺死流感,將塑料病毒從基座上擊落。他們可以拿起裝有肥皂、刷子、消毒劑、手套和其他必需品的生物安全桶。「我不會說服父母以不同的方式做事,但我認為我可以得到孩子,」鮑曼說。「所以這真的是一場漫長的比賽。十年後,我想我可以改變一些行為。
鮑曼的團隊還招募了5至21歲的人參加一項長期研究,以跟蹤他們感染的任何流感感染,這需要立即採集血液樣本。
「我很想看看他們在我的血液中發現了什麼,」18歲的新兵山姆·福克斯(Sam Fox)說,他住在印第安納州,童年的大部分時間都給豬看過。「我敢打賭,在過去的8年里,我只有幾周沒有和豬在一起。
摩根說,教育計劃有助於平息最初對他們養豬採樣的擔憂。「安迪和傑奎琳除了改善豬和孩子們的健康之外,什麼都不是為了做任何事情,」摩根說,他的兒子展示了豬並參加了swientist計劃。
鮑曼和尼爾森更雄心勃勃的想法包括要求所有動物接種流感疫苗,如果與流通中的變異相匹配,可以減少傳播。研究人員甚至提出,參加國家或地區頭獎節目的豬在2周內不再出現,按下暫停按鈕可以讓受感染豬中的任何病毒有足夠的時間在有機會傳播之前燒毀。
但鮑曼說,這個想法的吸引力為零,部分原因是那些在大獎中贏得豬的人希望在未來幾周內在州和縣的博覽會上展出,這是可以理解的。「這很難,」他說。「我們正在做出改變,這是大流行預防。但是,您如何量化這些變化的影響呢?
鮑曼說,目前最緊迫的需求是收集足夠的數據,以正確評估這一珍貴的美國傳統的風險。「會是這個節目拉開序幕嗎?」他問起六月舉行的博覽會。「我不知道,因為我們已經掌握了很長一段時間的脈搏。但外面還有什麼呢?