锁定"毒源"的利器：基因组时代的病原检测技术（二）

准确追踪疫情的重要工具

　　在去年三四月后全国的疫情逐渐归于稳定平静。北京在6月10日之前已经有连续56天没有本地新发的新冠肺炎病例。6月11日却突然发现一个病例，引出了新一波小范围疫情。这次疫情通过全市的筛查和防控措施的实施等一系列的努力，到8月初被成功终止，有力地维护了首都的安全。但是在疫情应对的过程中，有这样几个为题需要准确回答：疫情是什么时候发生的，是从哪儿来的，源头在哪里，是怎么传播的等等，这样才能为此后防控提供有效的指导。

　　6月11日的病例发现以后，通过对患者轨迹的追溯，北京有关部门对他的密切接触者和接触的环境样本进行了检测。由此发现了两份来自新发地农贸市场的样本是新冠病毒的核酸检测阳性。在这个基础上，对新发地进行了扩大检测，在538份样本当中检测出45份是阳性。这说明新发地是疫情发生过程中的重点场所。因此，北京市有关部门在6月13日果断的关闭了新发地市场。市场关闭以后，在全市采取了严格的管控措施，病例的数量迅速下降，到7月初，基本上没有新发的病例，疫情得到了有效的控制。

　　新发地是北京最大的农贸市场，有超过5千以上的摊位，每天的客流量有5万以上，所以它的疫情备受重视。北京市有关部门对新发地的员工进行了筛查，发现在3300多位员工当中有169位是新冠病毒核酸阳性。

　　与此同时，流调结果显示，在关闭市场之前，从5月底到关闭市场之前的10多天中，有55万顾客到访过新发地。通过对他们的追踪，发现有103例是新冠病毒阳性。在这个基础上，对全市1000万人进行了筛查，发现96人是阳性。截止到7月10日，总共发现了368名感染者，距离6月11日发现病例刚好过去了一个月的时间。

　　确定感染路径之后就有这么几个问题需要解答。首先，病毒是什么时候进入新发地市场的？我们将所有的病例做了一个时间的分布。由于新冠病毒感染的潜伏期一般在14天以内，所以从6月初的病例往前推，应该病毒是在5月底侵入到了市场中。不论是员工、顾客，还是没有市场接触史的感染者，他们基本上都和新发地有直接或间接的关系，所以新发地是这次疫情唯一的来源。

　　确定了新发地是疫情的来源，那么它的源头又在哪里？北京市有关部门对新发地内环境样本和从业人员进行了检测，包括交易大厅的负一层，检测了584个人，其中有122人是阳性，阳性率高达20.9%。市场上的其他厅检测了2727人，47人阳性，阳性率只有1.7%。所以交易大厅引起了高度的关注。交易大厅分为海鲜区、展柜区、豆制品区和牛羊肉区，其中海鲜区的检出率最高，高达50%以上。

　　摊位的环境样本和人员样本的监测结果还显示，有14个摊位的工作人员和环境样本都是阳性的。因为北京当时没有疫情传入，而且在这之前也没有发现感染者，所以病毒极有可能是从新发地的环境当中来的，所以这14个摊位被列为重点研究对象。对5月下旬到6月12日之前到访的这14个摊位的3200多名顾客进行了抗体的检测后，我们发现有5位顾客的抗体是阳性的，而恰好这5位顾客在5月30日和31日都到访过S14这个摊位，而且这5个人和他的密切接触者，在14天内都没有到访过其他的中高风险地区，也没有接触过来自中高风险地区的人员，基本可以排除是外来的感染。

　　在此基础上，对这些病例到访的摊位进行了研究，显示S14摊位感染的比例是最高的，7个员工全部都感染了，而且抗体的阳性率也是最高的。另外，从发病的时间来看，他们的发病时间在发病的感染者当中也是比较早的。这个摊位的所有工作人员14天以内都没有到访过其他的中高风险地区，也没有接触过来自中高风险地区的人员。据此可以判断，S14摊位很可能就是感染的源头。

　　形成检测技术体系，更快更便宜更智能

　　锁定了S14摊位，且可能是环境样本造成暴露，那么病毒又是从哪儿来的呢？结合流行病学和测序技术的基因组流行病学，是追踪传染的来源的一个非常有用的工具。但在环境样本中，病毒的含量是特别低的，样本量又非常大，通过高通量测序有一定困难。在北京大学谢晓亮教授的支持下，清华大学王建教授的团队开发了一种基于SHERRY的Minerva技术。通过这个技术可以把文库构建的速度缩短到5个小时以内，测序的速度更加快捷；另外，还能建立了基因组富集的方法，使载量很低的样本能够得到有效测序。

　　基于这样一个技术体系，我们通过合作，对110份新冠病毒阳性的感染者和环境样本进行了病毒基因组测序，得到了72条高质量的全基因组序列，包括56条感染者的基因组序列和16条环境样本的基因组序列。通过这样的方法我们也得到了环境样本的全序列。对这个序列进行分析发现，每一条序列上都有8个突变的位点，有53%的序列只有这8个突变，其余的序列还有其他一些突变。这就说明这些突变是单一的来源，从病毒基因组的层面也证明新发地的感染是单一来源的。

　　这个过程是对病毒进化树分析的前提，之后的工作就像我们排家谱一样，看看那些病毒系列的相似度更高。新发地发生疫情时，在吉林和黑龙江也有疫情，比对后我们发现，来自北京新发地的病毒序列和2020年3月前在京流行的毒株、彼时在黑龙江和吉林流行的毒株都不一样，却和在国外，特别是在欧洲等地流行的毒株突变位点是相同的。这就说明这个毒株来自于境外。

　　那么怎么从境外传进来的呢？除了S14摊位，市场只有一个摊位也是售卖三文鱼的，这个摊位没有病例，而S14摊位是自己在市场内切割，其员工全部感染。且S14所卖的商品中只有三文鱼是从境外进口的。

　　为了进一步追溯感染的来源，我们对三文鱼进行了检测。S14在5月30日曾经购入了一家公司从境外进口的三文鱼，但由于这批三文鱼已经卖完，所以很遗憾，我们未能得到鱼的样本。但是我们从一份没有开封的鱼体表面，通过测序得到了覆盖55%的基因组序列。通过比对发现这个序列，和我们前面在新发地测得的流行毒株的序列是一致的，也有这些相同的基因突变的位点。所以这就提示，尽管我们因为样本原因没有分离到这个病毒，无法证明它的感染性，但是可以提示进口的冷链食品可能是病毒的传播载体。这也是第一次提出了这样的一个发现。

　　而市场内所有的三文鱼的供应商仓库的3000多份三文鱼经过检测后，有6份结果是阳性，而其中5份是来自X公司。随后在国内多个地区也都发现在冷链食品表面检测出新冠病毒核酸，并且中国疾控中心在青岛在冷链食品的表面分离出新冠病毒。所以这也从另一个方面提示冷链食品在新冠病毒传播中的重要性。

　　通过疫情初期和北京这次小范围疫情就能看出，基于宏基因组检测技术对于病原的发现和溯源以及追踪具有非常重要的作用。所以，未来要针对临床和疾控的需求，使测序的速度更快、成本更低，通过自动化、智能化的技术，使它的使用更加便捷，而且能够适应变异和耐药分析等多样化功能的需求，从而能实现走向普及应用，为随时应对可能发生的疫情提供有力的支撑。

　　注：本文根据王建伟教授在未来科学大奖周演讲内容整理而来，有删改。