1918年6月27日，兩名年輕的德國士兵(分別為18歲和17歲)死于當年早些時候出現(xiàn)的一種新流感病毒。100多年來，他們的肺被柏林醫(yī)學歷史博物館收藏，并浸泡在福爾馬林溶液中?，F(xiàn)在，研究人員對兩人感染的病毒進行了測序，從而讓人們得以管窺20世紀最具破壞性的疫情的早期情況。部分基因組提供的線索表明，這種聲名狼藉的流感毒株可能在第一波和第二波疫情之間適應(yīng)了人類的免疫機制。
研究人員還成功對1918年死于慕尼黑的一名年輕女性的病原體進行了全基因組測序。作者在近日發(fā)表于預印文本庫bioRxiv的一項研究中寫道，這只是引發(fā)那次大流行的病毒的第三個全基因組，也是第一個來自北美以外的研究成果。
“這絕對是了不起的工作。”加拿大麥克馬斯特大學古代DNA實驗室負責人Hendrik Poinar說，“研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了從檔案材料中提取RNA病毒的目標。而在不久前，這就像很多古代DNA研究一樣，只是一種幻想。”
病毒基因組測序已經(jīng)成為慣例。對目前正在發(fā)生的新冠疫情，研究人員積累了一個包含100多萬個新冠病毒基因組的數(shù)據(jù)庫，使他們能夠觀察舊變異的消失以及新變異的出現(xiàn)和傳播。但導致1918~1919年疫情的甲型H1N1流感病毒的序列卻很少。
21世紀初，美國科學家從一名掩埋在阿拉斯加凍土里的女性身上提取樣本，煞費苦心地拼湊出一個基因組。2013年，他們展示了來自美國的流感死亡病例的第二個基因組，該基因組是從武裝部隊病理學研究所保存在福爾馬林中的尸檢組織中提取出來的。
薩斯喀徹溫大學疫苗和傳染病研究組織病毒學家Angela Rasmussen說，這兩項研究都是耗時、昂貴的努力，很少有人試圖效仿它們。
亞利桑那大學進化生物學家、新預印本研究作者之一Michael Worobey說，追蹤存檔的組織樣本本身就是一個挑戰(zhàn)。“為尋找樣本，我們的團隊搜索了很多不同的地方，找到它們很困難。”
羅伯特·科赫研究所進化生物學家Sebastien Calvignac-Spencer和同事現(xiàn)在研究了柏林醫(yī)學博物館和奧地利維也納收藏的1900年至1931年的13個肺組織樣本。他們在其中3個樣本中發(fā)現(xiàn)了流感病毒的RNA片段，這些樣本可以追溯到1918年。
盡管RNA被分解成小片段，但它們足以重建這名17歲女子的病毒全基因組，以及導致兩名士兵死亡的近90%和60%的病毒基因組。Calvignac-Spencer說，對福爾馬林固定組織中的遺傳物質(zhì)進行測序仍然比其他種類的樣本更難，“但并非是不可能的工作”。
1918年的流感疫情是20世紀最致命的呼吸道疾病大流行，并決定了人類后來的流感A病毒(IAV)基因組構(gòu)成。
兩名士兵的部分病毒基因組來自第一次較溫和的流感大流行，接踵而至的是1918年秋季席卷全球的一場更嚴重的大流感。科學家推測，該病毒起源于鳥類，在第一波和第二波疫情之間變得更適合人類。其發(fā)生的一種可能性是，血凝素(病毒表面的一種重要蛋白)的基因產(chǎn)生氨基酸交換突變，將一種常見于禽流感病毒的特定甘氨酸，替換為更具有人類病毒特征的天冬氨酸。然而，兩名德國人的病毒序列都在這個位置上攜帶了一個天冬氨酸，使得這種情況不太可能發(fā)生。
研究人員確實在病毒核蛋白(有助于確定病毒能感染哪個物種)的基因中發(fā)現(xiàn)了進化線索。此前報道的1918年流感毒株都來自大流行的后期，其基因中攜帶兩個突變，可幫助流感避開人體固有的抗病毒防御;而德國士兵的病毒基因組序列則更像感染了鳥類的病毒。
“這可能是病毒在大流行的頭幾個月里進化以更好地避免人類免疫反應(yīng)的一個跡象。”Calvignac-Spencer說。另一位慕尼黑女性的流感病毒株也攜帶著更像感染鳥類的核蛋白，但鑒于其死亡日期尚不確定，無法得出關(guān)于該病毒株進化的任何結(jié)論。
不過，來自這名女性的病毒全基因組也提供了其他線索。研究人員用它來恢復病毒的聚合酶復合體，這是由3種蛋白質(zhì)組成的一種結(jié)構(gòu)，它們一起復制病原體的基因組。在細胞培養(yǎng)實驗中，他們發(fā)現(xiàn)，來自慕尼黑菌株的復合物的活性大約是來自阿拉斯加菌株的聚合酶復合物的一半。
這項工作還表明，病理學檔案是一個“寶庫”，時至今日仍然可以提供關(guān)于1918年大流感的更多信息。“如果說過去18個月我們證明了什么，那就是應(yīng)該在努力預防大流感的同時，好好記住過去的教訓。”Rasmussen說。
