解密未来病毒组研究之五大挑战
Projecting the transmission dynamics of SARS-CoV-2 through the post-pandemic period41.037
Science . 2020 May 22;368(6493):860-868. doi: 10.1126/science.abb5793. Epub 2020 Apr 14.
Abstract
It is urgent to understand the future of severe acute respiratory syndrome-coronavirus 2 (SARS-CoV-2) transmission. We used estimates of seasonality, immunity, and cross-immunity for human coronavirus OC43 (HCoV-OC43) and HCoV-HKU1 using time-series data from the United States to inform a model of SARS-CoV-2 transmission. We projected that recurrent wintertime outbreaks of SARS-CoV-2 will probably occur after the initial, most severe pandemic wave. Absent other interventions, a key metric for the success of social distancing is whether critical care capacities are exceeded. To avoid this, prolonged or intermittent social distancing may be necessary into 2022. Additional interventions, including expanded critical care capacity and an effective therapeutic, would improve the success of intermittent distancing and hasten the acquisition of herd immunity. Longitudinal serological studies are urgently needed to determine the extent and duration of immunity to SARS-CoV-2. Even in the event of apparent elimination, SARS-CoV-2 surveillance should be maintained because a resurgence in contagion could be possible as late as 2024.
“病毒组”或许可以为我们找到答案。
在过去的十年中，许多研究已经建立了微生物组与健康和疾病状态之间的联系。相比之下，病毒组的疾病关联性研究已经大大落后了。近年来，由于诸如HIV感染、炎性肠病、营养不良、移植物抗宿主疾病和I型糖尿病等疾病，人们越来越认识到病毒组研究的重要性。
未来最关键的挑战是确定病毒在相关疾病中是否起因果作用。此外，病毒组分析还存在其他固有挑战，这使其比细菌微生物组更难处理。
1). 由于缺乏通用的病毒序列而无法识别所有病毒：病毒“暗物质”的挑战
相比真菌和细菌而言，病毒中缺乏16s rRNA和ITS这类保守序列，这就为系统地定义给定标本中存在的病毒集提出了重大挑战。同时为了获取样本中的代表病毒序列，不仅需要针对病毒的特征靶点进行扩增和测序，还需要对样品进行宏基因组测序，但这样也就增加了测序成本。当前研究依赖与已知参考序列比对，然而大多数病毒学研究中，超过50％的序列与任何已知参考序列都没有序列相似性。这些无法比对的序列称为病毒“暗物质”，可能包含高度分化无法识别的新型病毒。
通过实验，扩大可培养病毒的范围将提供参考序列，这些参考序列会减少病毒暗物质的数量。同时通过对数据挖掘策略的改进，也能够在一定程度上解决暗物质问题。
2). 采样策略偏向DNA病毒，不易识别RNA病毒
迄今为止，病毒学研究仍偏好于DNA测序。主要是由于细菌微生物组是许多研究的主要驱动力，导致在取样时偏向于提取DNA，而没有试图保留或回收RNA。因此无法评估病毒组中的RNA成分。然而，人类肠道中大多数已知的病毒都是RNA病毒；在噬菌体方面，虽然已知的绝大多数为DNA噬菌体，但近期研究结果表明，RNA噬菌体的丰度和多样性要高得多。
因此，为了更全面地了解病毒，设计病毒研究使RNA病毒保留在标本中，并将RNA片段纳入测序和分析至关重要。
3). 缺乏传播病毒成分的培养系统
宏基因组学的出现大大增强了我们检测已知和新型病毒序列以及建立这些序列与各种疾病的新型关联的能力。基于科赫的假设仍然是微生物病因果关系的金标准，建立与目标疾病相关的病毒的培养系统是弄清病毒组是否在疾病中扮演重要角色的依据。
然而现有研究手段缺乏鉴定真核病毒和噬菌体病毒的培养系统，成为了病毒研究的一大障碍。
4). 对实验动物感染模型的需求
对于大多数复杂疾病，体外系统不足以评估病毒对致病性的影响，因此需要适当的动物疾病模型来反映与宿主、细菌和真核微生物的潜在复杂相互作用。
构建动物模型的先决条件在于需要探明病毒对模式动物的传染模式，同时需要评估病毒的多种潜在感染途径，克服免疫应答以及跨物种的传播障碍以及在不同遗传背景的潜在影响，这些增加了建立模型的难度。
值得注意的是，最近的一些研究表明，噬菌体也可能与真核宿主细胞直接相互作用。总体而言，需要花费大量的精力和资源来建立适合定义病毒作用的稳健的动物感染模型。
5). 割裂的真核病毒与噬菌体研究
区分研究真核病毒和噬菌体病毒是当下病毒学领域取得进展的障碍。如今，很少有科学家同时具有两类病毒的专业知识。当真核病毒病毒学家在一项病毒学研究中发现疾病与噬菌体有关时，这也就给真核病毒研究学者带来了挑战。当要探明噬菌体、细菌、真核病毒和真核细胞间的相互联系时，这就迫切需要将这些不同的研究领域聚集在一起，以共同解决与病毒有关的问题。
未来几年无疑将会有更多的病毒与各种疾病相关的研究，因此需要开发出显著降低病毒暗物质比例的数据挖掘策略，同时也需准备新的细胞培养系统和新型病毒的动物模型。理想情况下，将有一些研究探明疾病和病毒间关联。病毒学研究也可能成为促进整合真核病毒和噬菌体研究。
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