庞大的病毒家族之HIV演化史
艾滋病检测中心2019-09-23
艾滋病作为一种危害性极大的传染病，在上世纪80年代被首次鉴别、诊断出来。为了解HIV的演化史，一个研究团队从一份1966年保存的组织样品中重建了病毒的基因组，发现其与现存的HIV有着千丝万缕的联系。尽管在1966年，还没有人知道HIV的存在，科学家现在正在设法弥补这一空缺，找到HIV的起源。
1966年，一位38岁的刚果男性拜访了当地的一家医院。他的名字、患病症状等一切其他的信息都已经无从查起。但是，当时收集的一份淋巴结切片被保存至今。亚利桑那大学的Michael Worobey团队，通过对这一小块样品进行检测，确认了这位刚果男性感染了HIV。而在当时，他本人和接诊他的医生都不清楚HIV是什么，因为直到80年代HIV才被科学家发现。
Worobey的研究团队通过提取切片组织中已经碎片化的基因片段，几乎重建了该病例样本中的HIV基因组。他的这项工作有助于我们认识人类历史上最严重的流行病之一——艾滋病的起源历史。Worobey曾花了大约5年的时间来拼接样本中的微小基因组，他表示：“我们只能用这种方式来验证那些有关艾滋病起源历史的推断。为了回溯这个过程，我们可能会再将这些小的基因碎片拼接一次，但其中包含了巨大的工作量。”
HIV在上个世纪80年代首次被发现，当时，美国的一些男性患上了一种未曾见过的综合征。这种病毒在当时被认为是凭空出现，但现在看来，它在美国被发现的几十年前时就已经在另一个大洲出现了。病毒在传播时，其基因会发生改变。因此，科学家能比较HIV变化的基因及其发生的频率，并根据它的演化过程中来追溯起源。
以目前的证据来看，非洲喀麦隆南部最有可能是HIV的起源地点，起源时间大约在20世纪20年代。当时，该地区的一些人不幸感染了一种在黑猩猩中传染的病毒，随后这种病毒传播到了刚果首都和最大的河港金沙萨。在这个人口众多且不断扩大的城市，这种病毒在人类宿主中不断发展，最终它们的子代传播到了世界各地。
HIV在鉴定前已经肆虐
这段漫长的历史也意味着，早在人们了解自己为什么生病之前，就有许多人感染了艾滋病。许多病人的组织样本被病理学家收集起来，进行化学固定后，再用蜡进行密封。他们可能会在显微镜下进行一下检测，但一般是检测不出任何结果的，这些切片最终都被储存了起来。
但是由于HIV此前一直没有被鉴定出来，因此科学家也很难说这些历史样本中哪一个含有HIV。想要从切片中寻找HIV的踪迹，无异于大海捞针。经过20多年的搜寻，科学家只在刚果的金沙萨发现过两次80年代之前的 HIV组织样品。第一份病毒样品，是洛克菲勒大学的David Ho在1959年的一份血液样品中发现的。第二份病毒样品，则来自Worobey研究中1960年的淋巴结样品。
图片来源：Wikipedia图片来源：Wikipedia
在这两次发现中，病毒留下的RNA都只剩1%。但这些样品足以证明HIV被发现之前，已经在金沙萨流行了数十年的时间。研究人员基于这些发现，描绘出了病毒传播的大致历史框架。但考虑到这些碎片化的证据可能具有误导性，Worobey 一直想得到一个完整的、早于80年代之前的HIV基因组。
他的同事Sophie Gryseels和Tom Watts设计了一种对RNA提取十分敏感的工具，并用它来提取金沙萨大学中1600多个组织样品的RNA。结果他们发现，其中只有一个样品含有少量的HIV。之后研究团队花费了5年的时间，从样品中提取出了任何一段可以得到的RNA片段。Gryseels说：“我们可以应用非常复杂的演化模型去追踪HIV的演化路径，但这样获得的结果终究只是模型中的结果。但如果有过去的基因材料信息，我们就可以看到事件真实的样子。”
Worobey发现的这个旧病毒类型最接近现在的HIV-C亚型，HIV-C属于目前传播率最广的一类HIV，并且集中在非洲南部地区流行。但这个1966年存在的病毒，虽然接近HIV-C，但也不完全属于这个类群，它更像是HIV-C的“远房表亲”。这个结果暗示，现今发现的HIV类型，可能只是当时在金沙萨存在的多种HIV 的一小部分。这些病毒中只有一小部分在后来暴发，并导致了困扰全球的公共健康问题。
重建HIV演化史
来自佩雷尔曼医学院、从事HIV演化研究的Beatrice Hahn说：“科学家之所以对化石这么感兴趣，是因为它们能讲出一个故事。HIV的样品也正是如此，它是完善演化历程中重要的一部分。”
Worobey和同事利用这个样品，核查了以现在流行的HIV推测出来的HIV演化史。令人开心的是，目前推测的大部分HIV演化史都是准确的。他们估计这种病毒最早在 1896年到1905年间首次感染人类的，比其他研究者预测结果要更早一点，不过仍在误差区间内。这个结果表明，我们可以从现在的HIV中去研究它的过去，不过，这种容易追根溯源的属性在病毒研究中并不常见。
研究人员发现乙肝病毒首次出现在青铜时代（公元前4000年至公元初年），但演化速度远低于之前的设想，到目前为止只演化了100次。这个结果彻底改变了关于乙肝病毒起源的预估。另一个例子是猴免疫缺陷病毒（SIV），它是HIV的表亲，主要感染黑猩猩。这种病毒在过去和近代完全以不同的速率演化，这使得很难弄清楚它是什么时候首次产生的。相比来说，HIV的演化更加连续和线性化。Worobey说：“这使得研究者可以更确信HIV的起源结果。”
将大量的时间花用于判断事情的准确性上，似乎听起来很无聊，但科学的“大厦”就是基于这样的工作方式建造起来的。如果不这样做，整个“大厦”可能建在根本不存在的基础之上，随时可能坍塌。
洛斯阿拉莫斯国家实验的Bette Korber率先进行了HIV起源的重建工作。她表示，“HIV的出现和传播过程的重建是十分重要的。”她利用和其他研究者，包括Worobey团队一起不断更新的数据库，第一个提出了HIV起源的合理时间。她表示，可能已有6000万到1亿人感染了HIV，其中2500万到5000万人已经死亡了，这个数量级已经和世界大战导致的人口死亡数相当。她说：“HIV在人类社会中留下了一道最令人悲痛的伤口。这是人类历史的一部分，我们需要去理解它。”
Worobey补充道：如果没有刚果病理学家在几十年前收集的这些组织样本，这项研究也是不可能完成的。他们的名字无人知晓，而现代研究HIV的科学家也是默默无闻。“他们的工作经常无人赏识，但他们不仅直接帮助了和患者沟通的医生，在保存样品上也发挥了十分关键的作用。他们的工作让我们在现在真正了解了HIV的演化历史。”
1966年，一位38岁的刚果男性拜访了当地的一家医院。他的名字、患病症状等一切其他的信息都已经无从查起。但是，当时收集的一份淋巴结切片被保存至今。亚利桑那大学的Michael Worobey团队，通过对这一小块样品进行检测，确认了这位刚果男性感染了HIV。而在当时，他本人和接诊他的医生都不清楚HIV是什么，因为直到80年代HIV才被科学家发现。
Worobey的研究团队通过提取切片组织中已经碎片化的基因片段，几乎重建了该病例样本中的HIV基因组。他的这项工作有助于我们认识人类历史上最严重的流行病之一——艾滋病的起源历史。Worobey曾花了大约5年的时间来拼接样本中的微小基因组，他表示：“我们只能用这种方式来验证那些有关艾滋病起源历史的推断。为了回溯这个过程，我们可能会再将这些小的基因碎片拼接一次，但其中包含了巨大的工作量。”
HIV在上个世纪80年代首次被发现，当时，美国的一些男性患上了一种未曾见过的综合征。这种病毒在当时被认为是凭空出现，但现在看来，它在美国被发现的几十年前时就已经在另一个大洲出现了。病毒在传播时，其基因会发生改变。因此，科学家能比较HIV变化的基因及其发生的频率，并根据它的演化过程中来追溯起源。
以目前的证据来看，非洲喀麦隆南部最有可能是HIV的起源地点，起源时间大约在20世纪20年代。当时，该地区的一些人不幸感染了一种在黑猩猩中传染的病毒，随后这种病毒传播到了刚果首都和最大的河港金沙萨。在这个人口众多且不断扩大的城市，这种病毒在人类宿主中不断发展，最终它们的子代传播到了世界各地。
HIV在鉴定前已经肆虐
这段漫长的历史也意味着，早在人们了解自己为什么生病之前，就有许多人感染了艾滋病。许多病人的组织样本被病理学家收集起来，进行化学固定后，再用蜡进行密封。他们可能会在显微镜下进行一下检测，但一般是检测不出任何结果的，这些切片最终都被储存了起来。
但是由于HIV此前一直没有被鉴定出来，因此科学家也很难说这些历史样本中哪一个含有HIV。想要从切片中寻找HIV的踪迹，无异于大海捞针。经过20多年的搜寻，科学家只在刚果的金沙萨发现过两次80年代之前的 HIV组织样品。第一份病毒样品，是洛克菲勒大学的David Ho在1959年的一份血液样品中发现的。第二份病毒样品，则来自Worobey研究中1960年的淋巴结样品。
图片来源：Wikipedia图片来源：Wikipedia
在这两次发现中，病毒留下的RNA都只剩1%。但这些样品足以证明HIV被发现之前，已经在金沙萨流行了数十年的时间。研究人员基于这些发现，描绘出了病毒传播的大致历史框架。但考虑到这些碎片化的证据可能具有误导性，Worobey 一直想得到一个完整的、早于80年代之前的HIV基因组。
他的同事Sophie Gryseels和Tom Watts设计了一种对RNA提取十分敏感的工具，并用它来提取金沙萨大学中1600多个组织样品的RNA。结果他们发现，其中只有一个样品含有少量的HIV。之后研究团队花费了5年的时间，从样品中提取出了任何一段可以得到的RNA片段。Gryseels说：“我们可以应用非常复杂的演化模型去追踪HIV的演化路径，但这样获得的结果终究只是模型中的结果。但如果有过去的基因材料信息，我们就可以看到事件真实的样子。”
Worobey发现的这个旧病毒类型最接近现在的HIV-C亚型，HIV-C属于目前传播率最广的一类HIV，并且集中在非洲南部地区流行。但这个1966年存在的病毒，虽然接近HIV-C，但也不完全属于这个类群，它更像是HIV-C的“远房表亲”。这个结果暗示，现今发现的HIV类型，可能只是当时在金沙萨存在的多种HIV 的一小部分。这些病毒中只有一小部分在后来暴发，并导致了困扰全球的公共健康问题。
重建HIV演化史
来自佩雷尔曼医学院、从事HIV演化研究的Beatrice Hahn说：“科学家之所以对化石这么感兴趣，是因为它们能讲出一个故事。HIV的样品也正是如此，它是完善演化历程中重要的一部分。”
Worobey和同事利用这个样品，核查了以现在流行的HIV推测出来的HIV演化史。令人开心的是，目前推测的大部分HIV演化史都是准确的。他们估计这种病毒最早在 1896年到1905年间首次感染人类的，比其他研究者预测结果要更早一点，不过仍在误差区间内。这个结果表明，我们可以从现在的HIV中去研究它的过去，不过，这种容易追根溯源的属性在病毒研究中并不常见。
研究人员发现乙肝病毒首次出现在青铜时代（公元前4000年至公元初年），但演化速度远低于之前的设想，到目前为止只演化了100次。这个结果彻底改变了关于乙肝病毒起源的预估。另一个例子是猴免疫缺陷病毒（SIV），它是HIV的表亲，主要感染黑猩猩。这种病毒在过去和近代完全以不同的速率演化，这使得很难弄清楚它是什么时候首次产生的。相比来说，HIV的演化更加连续和线性化。Worobey说：“这使得研究者可以更确信HIV的起源结果。”
将大量的时间花用于判断事情的准确性上，似乎听起来很无聊，但科学的“大厦”就是基于这样的工作方式建造起来的。如果不这样做，整个“大厦”可能建在根本不存在的基础之上，随时可能坍塌。
洛斯阿拉莫斯国家实验的Bette Korber率先进行了HIV起源的重建工作。她表示，“HIV的出现和传播过程的重建是十分重要的。”她利用和其他研究者，包括Worobey团队一起不断更新的数据库，第一个提出了HIV起源的合理时间。她表示，可能已有6000万到1亿人感染了HIV，其中2500万到5000万人已经死亡了，这个数量级已经和世界大战导致的人口死亡数相当。她说：“HIV在人类社会中留下了一道最令人悲痛的伤口。这是人类历史的一部分，我们需要去理解它。”
Worobey补充道：如果没有刚果病理学家在几十年前收集的这些组织样本，这项研究也是不可能完成的。他们的名字无人知晓，而现代研究HIV的科学家也是默默无闻。“他们的工作经常无人赏识，但他们不仅直接帮助了和患者沟通的医生，在保存样品上也发挥了十分关键的作用。他们的工作让我们在现在真正了解了HIV的演化历史。”
