Как коронавирус распространился в Северной Америке и Европе
Новое исследование сочетает в себе эволюционную геномику из образцов коронавируса с компьютерно-смоделированными эпидемиями и подробными записями о поездках, чтобы реконструировать распространение коронавируса по всему миру с беспрецедентными подробностями.
Результаты, опубликованные в журнале Science , свидетельствуют о продолжительном периоде упущенной возможности, когда интенсивное тестирование и отслеживание контактов могли помешать распространению SARS-CoV-2 в Северной Америке и Европе.
В документе также оспариваются предложения, которые связывают самые ранние известные случаи COVID-19 на каждом континенте в январе со вспышками, обнаруженными неделями позже, и предоставляет ценную информацию, которая может информировать общественное здравоохранение и помочь в прогнозировании и предотвращении будущих вспышек COVID-19 и других зоонозные заболевания.
«Мы стремились разработать и применить новую мощную технологию для проведения окончательного анализа того, как пандемия развивалась в пространстве и времени по всему миру», — сказал исследователь из Университета Аризоны Майкл Воробей, возглавлявший междисциплинарную группу ученых из 13 исследовательских институтов. в США, Бельгии, Канаде и Великобритании: «Раньше в мешанине науки, социальных сетей и беспрецедентном количестве препринтов, все еще ожидающих рецензирования, было множество возможностей».
Команда основала свой анализ на результатах усилий по секвенированию вирусного генома, которые начались сразу после того, как вирус был идентифицирован. Эти усилия быстро переросли в беспрецедентные по масштабу и темпам всемирные усилия, в результате чего были получены десятки тысяч последовательностей генома, общедоступных в базах данных.
Исследователи обнаружили, что, вопреки широко распространенным рассказам, первые задокументированные прибытия инфицированных людей из Китая в США и Европу не вызвали снежного кома в континентальных вспышках.
Вместо этого быстрые и решительные меры, направленные на отслеживание и сдерживание этих первоначальных вторжений вируса, были успешными и должны служить образцом ответных мер, определяющих будущие действия и политику правительств и агентств общественного здравоохранения, заключают авторы исследования.
Как вирус попал в США и Европу
Гражданин Китая, прилетевший в Сиэтл из Ухани, Китай, 15 января, стал первым пациентом в США, у которого было выявлено заражение новым коронавирусом, и первым, у кого был секвенирован геном SARS-CoV-2. Этот пациент был обозначен как «WA1». Лишь шесть недель спустя в штате Вашингтон было обнаружено еще несколько случаев.
«И пока все это время проходит, все пребывают в темноте и задаются вопросом:« Что происходит? »- сказал Воробей. «Мы надеемся, что у нас все в порядке, мы надеемся, что других случаев не будет, а затем из замечательной программы взятия проб вирусов в Сиэтле станет ясно, что в Вашингтоне больше случаев, и они генетически очень похожи на вирус WA1».
Воробей и его сотрудники проверили преобладающую гипотезу, предполагающую, что у пациента WA1 был установлен кластер передачи, который оставался незамеченным в течение шести недель. Хотя геномы, отобранные в феврале и марте, имеют сходство с геномами WA1, они достаточно различаются, так что идея WA1, устанавливающего последующую вспышку, очень маловероятна, определили они. Выводы исследователей показывают, что скачок из Китая в США, скорее всего, произошел 1 февраля или около того.
Эти результаты также развеивают предположения о том, что эта вспышка, самый ранний значительный кластер передачи в США, могла быть косвенно инициирована распространением вируса из Китая в Британскую Колумбию, Канада, к северу от штата Вашингтон, а затем распространилась из Канады в Множественные геномы SARS-CoV-2 в США, опубликованные Центром контроля заболеваний Британской Колумбии, оказались предками вирусных вариантов, взятых в штате Вашингтон, что убедительно свидетельствует о канадском происхождении эпидемии в США. Однако настоящее исследование выявило ошибки секвенирования в этих геномах, что исключает этот сценарий.
Вместо этого новое исследование предполагает, что источник вспышки в США был прямым из Китая, примерно в то время, когда администрация США ввела запрет на поездки для путешественников из Китая в начале февраля. Национальность «индексного случая» вспышки в США неизвестна, поскольку десятки тысяч граждан США и владельцев виз приехали из Китая в США даже после того, как запрет вступил в силу.
Подобный сценарий знаменует собой первое известное занесение коронавируса в Европу. 20 января сотрудник автомобильной компании в Баварии, Германия, прилетел на деловую встречу из Шанхая, Китай, бессознательно являясь носителем вируса, что в конечном итоге привело к заражению 16 сотрудников. И в этом случае впечатляющая реакция в виде быстрого тестирования и изоляции предотвратила дальнейшее распространение вспышки, говорится в исследовании. Вопреки предположениям, эта вспышка в Германии не была источником вспышки в Северной Италии, которая в конечном итоге широко распространилась по Европе и, в конечном итоге, в Нью-Йорке и остальной части США.
Авторы также показывают, что этот маршрут распространения из Китая в Италию-США зажег кластеры передачи на Восточном побережье немного позже в феврале, чем движение вируса из Китая в США, вызвавшее вспышку в штате Вашингтон. Кластер передачи в Вашингтоне также предшествовал небольшим кластерам передачи в сообществе в феврале в Калифорнии, что сделало его самым ранним в Северной Америке.
Ранние работы по сдерживанию
Авторы говорят, что интенсивные вмешательства, включающие тестирование, отслеживание контактов, меры изоляции и высокую степень соблюдения режима инфицированными людьми, которые сообщили о своих симптомах органам здравоохранения и своевременно изолировались, помогли Германии и Сиэтлу сдержать эти вспышки в Январь.
«Мы считаем, что эти меры привели к ситуации, когда первые искры могут быть успешно подавлены, предотвращая дальнейшее распространение в обществе», — сказал Воробей. «Это говорит нам о том, что меры, принимаемые в этих случаях, очень эффективны и должны служить планом для будущих ответных мер на возникающие болезни, которые могут перерасти в мировые пандемии».
Чтобы реконструировать развитие пандемии, ученые запустили компьютерные программы, которые тщательно моделировали эпидемиологию и эволюцию вируса, другими словами, как SARS-CoV-2 распространялся и мутировал с течением времени.
«Это позволило нам повторно запускать запись того, как развивалась эпидемия, снова и снова, а затем проверять сценарии, возникающие при моделировании, на соответствие шаблонам, которые мы видим в действительности», — сказал Уоробей.
«В случае с Вашингтоном мы можем спросить:« А что, если этот пациент WA1, прибывший в США 15 января, действительно начал эту вспышку? » Что ж, если он это сделал, и вы снова и снова запускаете эту эпидемию, а затем отбираете инфицированных пациентов из этой эпидемии и развиваете вирус таким образом, вы получите модель, которая будет похожа на то, что мы видим в действительности? ответ был отрицательный », — сказал он.
«Если вы заразите эту раннюю итальянскую вспышку вспышкой в Германии, вы увидите закономерность, которую вы получаете в эволюционных данных? И снова ответ — нет», — сказал он.
«Повторно запустив внедрение SARS-CoV-2 в США и Европу посредством моделирования, мы показали, что очень маловероятно, что первые задокументированные вирусные интродукции в этих местах привели к продуктивным кластерам передачи», — сказал соавтор Джоэл Вертхайм. Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Молекулярные эпидемиологические анализы невероятно эффективны для выявления моделей передачи SARS-CoV-2».
Затем другие методы были объединены с данными виртуальных эпидемий, что дало исключительно подробные и количественные результаты.
«Фундаментом в этой работе является наш новый инструмент, сочетающий подробную информацию об истории путешествий и филогенетику, который создает своего рода« генеалогическое древо »того, как разные геномы вируса, взятые у инфицированных людей, связаны друг с другом», — сказал соавтор Марк Сушард. Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Более точные эволюционные реконструкции с помощью этих инструментов представляют собой важный шаг для понимания того, как SARS-CoV-2 распространился по всему миру за такое короткое время».
«Мы должны помнить, что мы изучали только краткосрочную эволюцию этого вируса, поэтому у него не было много времени для накопления множества мутаций», — сказал соавтор Филипп Лемей из Университета Левена, Бельгия. Добавьте к этому неравномерную выборку геномов из разных частей мира, и станет ясно, что можно получить огромные выгоды от интеграции различных источников информации, комбинируя геномные реконструкции с дополнительными подходами, такими как отчеты о полетах и общее количество COVID. -19 случаев в различных регионах мира в январе и феврале ».
«Наше исследование показывает, что, если вы хорошо проводите раннее вмешательство и обнаружение, это может иметь огромное влияние как на предотвращение пандемий, так и на их контроль по мере их развития», — сказал Воробей. «Хотя эпидемия в конечном итоге ускользнула, были достигнуты первые победы, которые показывают нам путь вперед: всестороннее тестирование и выявление случаев заболевания — мощное оружие».
Источниками финансирования этого исследования являются Фонд Дэвида и Люсиль Паккард, Национальные институты здравоохранения, Европейский исследовательский совет, Wellcome Trust и Программа быстрого реагирования на коронавирус канадских институтов здравоохранения.
Источник истории:
Материалы предоставлены Университетом Аризоны . Оригинал написан Даниэлем Столте. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Ссылка на журнал :
- Майкл Вороби, Джонатан Пекар, Брендан Б. Ларсен, Марта И. Нельсон, Верити Хилл, Джеффри Б. Джой, Эндрю Рамбо, Марк А. Сушард, Джоэл О. Вертхайм, Филипп Лемей. Появление SARS-CoV-2 в Европе и Северной Америке . Science , 10 сентября 2020 г .; DOI: 10.1126 / science.abc8169
