为了阻止人类病毒疫情,研究者在美国猪展上寻找流感病毒

2022年10月29日23:26:12 科学 1936

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研究人员表示,这肯定低估了实际数字,因为标准的流感测试无法检测到变异病毒的感染。大多数感染在没有进一步的人际传播的情况下失败,可能是因为人类对类似的流感病毒具有很强的免疫力。

但是,如果猪病毒出现并且很容易在人中传播,则可能会引发大流行。“它和任何人畜共患威胁一样真实,”美国国立卫生研究院NIH)的进化生物学家玛莎尼尔森说,他与鲍曼合作了7年。

疫情以前发生过。尼尔森在美国国立卫生研究院国家生物技术信息中心工作,也研究高致命禽流感,他是一个团队的一员,该团队发现了有说服力的证据,证明2009年流感大流行感染了全球数亿人,始于一种新的流感病毒从墨西哥中部农场的商业猪中跳出来。

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尽管许多流行病学家认为来自鸟类的病毒引发了20世纪的三次流感大流行 , 包括1918年开始并造成约5000万人死亡的臭名昭著的流感大流行 - 但有些人认为猪可能是鸟类和人类之间的关键中介。

“虽然人们想淡化它,但我认为猪到人的流感大流行的风险比禽流感大得多,”德克萨斯大学医学分部的流行病学家格雷戈里格雷说。

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对下一次流感大流行的担忧通常集中在亚洲,那里的市场出售活禽和外来动物,如棕榈果子狸、浣熊狗和竹鼠

为了评估这种风险,鲍曼和他的同事已经成为全国各地展会和博览会的常客。为了赢得有时警惕的组织者和参赛者的信任,研究人员访问了大约1000场活动,并从大约40,000头猪身上收集了样本,分析它们以寻找新型流感病毒如何通过表演电路传播的线索以及猪和人之间的穿梭。

从他们的二十多项研究中,“我们已经了解了很多关于猪流感如何在那个特定的利基中传播的信息,”圣裘德儿童研究医院的病毒学家理查德韦比说。

鲍曼和尼尔森也在设计一些简单的步骤,可以保护猪和人,包括测试进入者和限制猪与人之间的接触。“我们的目标是尝试弄清楚如何在整个系统中进行小的调整,这将产生超大的下游影响,”尼尔森说。

猪在流感生态中占有特殊的地位。两种类型的流感病毒,A和B,使人类患病,在糟糕的一年中,全球多达65万人死亡。乙型流感病毒只在人体内传播,但A型可以感染许多物种。

水禽拥有最多的多样性,有16个品种,一种表面蛋白血凝素和九种另一种神经氨酸酶,导致研究人员得出结论,水禽是主要的甲型流感宿主。

今天经常感染人类的季节性甲型流感病毒仅限于H1N1和H3N2亚型的变体。但其他A型病毒经常传播到家禽,马,狗和猪。

随着病毒的传播,它会发生变化,不断给免疫系统带来新的挑战。变化的一个来源是其高度可变的RNA基因组,允许在每一轮病毒复制期间“漂移”。但流感还有另一种加速自身进化的策略。病毒RNA被分成八个片段,可以在相关亚型之间交换。

因此,如果一种A型病毒进入已经感染了另一种病毒的人类细胞,它们的两个基因组在复制时可以混合。这种重组或“转移”用来自两种菌株的RNA片段产生病毒后代。

Drift迫使疫苗开发商每年推出一种新疫苗,以对抗季节性流感的传播。当转移的病毒从动物宿主中出现时,这些变化有时会大大增强传播并增加免疫逃逸,甚至可能引发大流行。“流感是一种杂技演员,”尼尔森说。“你必须从八个维度来思考。

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猪是这些杂技的主要场所。当感染猪时,禽流感病毒可以与猪中已有的更容易感染人的病毒重新分类。结果可能是一种新的菌株,与人体免疫系统无关,比原始的鸟类病毒更容易在人体内传播。

这样的一连串麻烦始于1979年,当时一种禽流感H1N1病毒在欧洲从野鸭传播到猪。几十年后,在2009年3月左右从墨西哥猪跳到人类之后,在引发2009年大流行的H1N1中发现了它的一些基因。

在被称为pH1N1的病毒浮出水面仅5个月后,明尼苏达州博览会上展示猪的鼻拭子通过显示12%的动物感染了病毒,强调了跨物种传播的威胁。这一次,人类感染了猪。当当时的农业部长汤姆·维尔萨克(Tom Vilsack)在展会上报告猪感染时,猪肉价格暴跌。

“业界对我们非常生气,”格雷说,他当时在佛罗里达大学领导这项研究。“我们只是在做科学,但它在政治上变得非常迅速。”

具有大流行潜力的流感病毒通过被鸟类感染的猪传播给人类的风险仍然像以往一样真实。但是,饲养数千头生猪的大型商业农场可能不是最大的威胁。

在美国和许多其他国家的大型农场,生物防护措施限制了人与猪之间的接触,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的猪兽医James Lowe说,他研究商业猪群中的流感。相反,他担心像博览会这样的节目,年轻的驯兽师争夺皮带扣、横幅和丝带,因为他们养育了最好看的杜洛克汉普郡、兰德雷斯、伯克希尔或杂交猪。

2009 年,鲍曼俄亥俄州担任执业猪兽医已有 2 年。鲍曼就读于兽医学校的俄勒冈州立大学的一位教授联系了他,询问他是否考虑回来攻读博士学位,专注于在博览会上测试流感的展示猪。

鲍曼犹豫是否要回到学术界,但挑战吸引了他。“我们不知道流感和这些猪发生了什么,”他说。

最初,他在猪展上采集鼻拭子的要求遭到了很多怀疑。“担心我们会使用这些信息并关闭它们,”鲍曼说。其他人担心拭子会以某种方式伤害猪,并导致评委“向他们展示大门”——显示被淘汰出局的行话。

“我们当然有过,'我的猪会赢,直到你擦拭它的鼻子,'”鲍曼说。早期,他在半夜进行采样,以避免发生冲突。

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猪鼻子携带流感病毒

但这项工作的科学价值是无可争议的。2012年,疾病预防控制中心记录了307例人类感染变异流感毒株的病例,这是单年最高数字,其中大多数与农业博览会有关。

“突然间,我拿着所有这些来自县集市猪的样本,我们让所有这些孩子在我们参加的同一个集市上感染了猪谱系流感,”鲍曼说。“这是我在正确的时间出现在正确的地点的情况。

2012年,印第安纳州发生了许多人类病例,第二年,该州博览会的组织者要求鲍曼擦拭进入的猪的鼻子,以更好地了解一开始有多少猪被感染。组织者还测量了猪的直肠温度,减缓了进入展览会场的速度,并激怒了参展商,他们错误地指责鲍曼。投诉到达了印第安纳州州长和国家猪肉委员会。

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尽管如此,鲍曼还是慢慢地说服了越来越多的展会组织者和参展商,他们对展示猪的热爱与他的研究之间并没有太大的距离,他的研究旨在教育人们并减少动物、处理者和参观者的疾病。“他们是一种祝福,”哥伦布的一名教师凯利摩根说,她组织了头奖表演,并与她的家人一起饲养了大约三十几只展示猪。

鲍曼是“一个扎实的兽医,一个坚实的科学家,一个猪人,所以他能够弥合这个差距,”洛说。“他所取得的成就,与人群建立关系,让他可以访问网站并进行这些数据收集,这简直就是一个奇迹。

鲍曼和尼尔森在2015年由NIH国家过敏和传染病研究所(NIAID)组织的流感研究网络会议上首次交谈。“在最初的几分钟里,我们意识到我们的兴趣就像手套一样合适,”尼尔森回忆道。

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她一直在研究导致2012年展会上人类大爆发的变异病毒的进化起源,但她只有商业猪的样本。“当我发现有人亲自品尝表演猪时,我垂涎三尺,”她说。

从那以后,鲍曼在猪采样方面的实践专业知识与尼尔森对他们发现的病毒的进化生物学的核心关注相结合。正如洛所说,“玛莎做不到安迪做的事情,安迪也不能做玛莎做的事情。

由此产生的人类和猪之间传播的研究是“完全不同的水平”,在NIAID进行寄生虫基因组研究的Elodie Ghedin说。“这些都是非常重要的研究,可以了解动态并了解每年发生的事情。

Bowman和Nelson的第一项研究于2016年1月发表在《传染病杂志》上,该研究使用Nelson从Bowman的病毒样本中创建的华丽家谱来追踪猪和人之间病毒移动的四个季节周期。

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它始于冬季,当时季节性流感病毒在人群中传播,偶尔会感染猪。在小型农场,人猪感染很快就会消失。但是,当人类感染商业畜群时,尽管做出了生物防护措施,但这种情况仍在发生,病毒在整个春季都在动物之间移动并重新分类。

然后,它们可以传播到在同一财产的不同猪舍中的猪,甚至可以通过风传播到邻近的农场。到了夏天,当展示猪聚集在展览中时,人类的流感季节已经结束。但猪很容易相互感染,导致新的重组病毒和偶尔的人类感染变异流感病毒。

“如果没有商业猪,猪中就不会有流感病毒,”尼尔森说。鲍曼庞大的序列库也让他们看到,从商业猪到展示猪的跳跃可能每年发生很多次。“在表演猪中,流感病毒的遗传多样性数量惊人,因为它们的种群如此之小,并且只会在短暂的夏季表演季节大量聚集,”尼尔森说。

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与此同时,正如Nelson和Bowman在2016年12月在《病毒学杂志》上报道的那样,在相距遥远的县和州的展览中,动物有时会携带相同的病毒。“这是一个令人头疼的时刻,我们意识到一定有其他东西在博览会之间如此迅速地传播这些病毒,”尼尔森说。

像博览会这样的大奖节目是传播这些病毒的关键,尼尔森和鲍曼意识到。县集市上的生猪必须来自该县,同样的地理限制也适用于州集市。但是头奖节目吸引了来自四面八方的参赛者。

为了了解它们如何影响病毒式传播,研究人员参加了爱荷华州的一个早期展览,该展会接待了来自17个州的参展商。他们不会为节目命名以避免羞辱它。四种不同的流感病毒在该节目中传播,其中一种占猪感染的80%。

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当节目中的猪分散到它们的家乡时,它们随身携带了病毒。通过后来的抽样,研究人员在38个县和州的集市上发现了猪流感,94%的变种在大奖中占主导地位。该变种也导致了当年90%与人类有关的流感病例。

博览会,而不是大奖节目,是猪变种最有可能跳到人类的地方。尽管鲍曼团队多年来的抽样调查仅在约30%的展会中检测到流感,但与80%的头奖节目相比,展会通常持续时间更长。因此,从受感染的猪开始的集市最终会有多达80%的猪被感染,这一流行率远远高于头奖节目。

集市上有更多的人与猪互动,增加了人畜共患跳跃的风险。“你会看到人类病例通常与博览会结束时出现有关,因为如果你有250头猪排出病毒,那将只是一团流感病毒,”鲍曼说。

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鲍曼、尼尔森和其他人说,为了降低对人的风险,对仅占美国猪群1.5%的展览猪进行定期测试应该是标准做法。但不存在这样的“主动监视”计划。相反,美国有一个被动的系统,依靠农场对病猪进行采样,然后自愿向农业部报告他们的发现。

鲍曼已经说服了几位猪展组织者,阻止孩子们在他们的动物附近睡觉。在一次表演中,孩子们把吊床挂在他们珍贵的猪身上。在今年博览会的供应商大厅里,鲍曼的团队建立了一个站,直接教育孩子们减少流感的传播。

该项目由他的合作者杰奎琳·诺尔廷(Jacqueline Nolting)于7年前发起,他拥有农业教育博士学位,鼓励孩子们加入俄勒冈州立大学的“swientist”计划,提供免费的冰棒和贴纸,上面有一只穿着实验室外套的猪。

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一场“病原体枪战”让孩子们用喷枪杀死流感,将塑料病毒从基座上击落。他们可以拿起装有肥皂、刷子、消毒剂、手套和其他必需品的生物安全桶。“我不会说服父母以不同的方式做事,但我认为我可以得到孩子,”鲍曼说。“所以这真的是一场漫长的比赛。十年后,我想我可以改变一些行为。

鲍曼的团队还招募了5至21岁的人参加一项长期研究,以跟踪他们感染的任何流感感染,这需要立即采集血液样本。

“我很想看看他们在我的血液中发现了什么,”18岁的新兵山姆·福克斯(Sam Fox)说,他住在印第安纳州,童年的大部分时间都给猪看过。“我敢打赌,在过去的8年里,我只有几周没有和猪在一起。

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摩根说,教育计划有助于平息最初对他们养猪采样的担忧。“安迪和杰奎琳除了改善猪和孩子们的健康之外,什么都不是为了做任何事情,”摩根说,他的儿子展示了猪并参加了swientist计划。

鲍曼和尼尔森更雄心勃勃的想法包括要求所有动物接种流感疫苗,如果与流通中的变异相匹配,可以减少传播。研究人员甚至提出,参加国家或地区头奖节目的猪在2周内不再出现,按下暂停按钮可以让受感染猪中的任何病毒有足够的时间在有机会传播之前烧毁。

但鲍曼说,这个想法的吸引力为零,部分原因是那些在大奖中赢得猪的人希望在未来几周内在州和县的博览会上展出,这是可以理解的。“这很难,”他说。“我们正在做出改变,这是大流行预防。但是,您如何量化这些变化的影响呢?

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鲍曼说,目前最紧迫的需求是收集足够的数据,以正确评估这一珍贵的美国传统的风险。“会是这个节目拉开序幕吗?”他问起六月举行的博览会。“我不知道,因为我们已经掌握了很长一段时间的脉搏。但外面还有什么呢?

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