使用基因组和人类流动数据绘制病原体传播和进化图

一种绘制病原体传播和进化以及它们对疫苗和抗生素的反应的新方法将提供关键见解，帮助预测和预防未来的疫情。该方法将病原体的基因组数据与从匿名手机数据中获取的人类旅行模式相结合。

来自威康桑格研究所、威特沃特斯兰德大学和南非国家传染病研究所、剑桥大学的研究人员以及全球肺炎球菌测序项目的合作伙伴整合了近 7,000 份 肺炎链球菌 （肺炎球菌） 他们收集了南非采集的样本，并附上了详细的人类流动数据。这使他们能够了解这些导致肺炎和脑膜炎的细菌如何在地区之间传播并随着时间的推移而进化。

研究结果于今日（7 月 3 日）发表于 自然这表明，与 2009 年肺炎球菌疫苗相关的抗生素耐药性的初步降低可能只是暂时的，因为对青霉素等抗生素具有耐药性的非靶向菌株获得了 68% 的竞争优势。

这是研究人员首次能够精确量化不同肺炎球菌菌株的适应度（即其生存和繁殖能力）。这一见解可以为疫苗开发提供参考，以针对最有害的菌株，并可能适用于其他病原体。

许多传染病，如结核病、艾滋病毒和新冠肺炎，都以多种菌株或变体同时传播，这使得研究起来很困难。肺炎球菌是全球范围内导致肺炎、脑膜炎和败血症的主要原因，它就是一个典型的例子，全球有 100 多种类型和 900 种遗传菌株。仅肺炎每年就导致约 74 万名五岁以下儿童死亡，是儿童死亡的最大传染病原因。

肺炎球菌多样性阻碍了控制工作，因为针对主要菌株的疫苗为其他菌株留下了空间来填补空缺。这些细菌如何传播、疫苗如何影响它们的生存以及它们对抗生素的耐药性仍然知之甚少。

在这项新研究中，研究人员分析了 2000 年至 2014 年间在南非收集的 6,910 个肺炎球菌样本的基因组序列，以追踪不同菌株随时间的变化。他们将这些数据与 Meta 收集的人类旅行模式匿名记录相结合。

研究团队开发的计算模型表明，肺炎球菌菌株需要大约 50 年的时间才能在南非人口中完全混合，这主要是由于局部的人类运动模式所致。

他们发现，虽然 2009 年推出的针对某些细菌类型的肺炎球菌疫苗减少了由这些细菌引起的病例数量，但也使这些细菌的其他非目标菌株获得了 68% 的竞争优势，其中越来越多的菌株对青霉素等抗生素产生了耐药性。这表明疫苗相关的抗生素耐药性保护作用是短暂的。

这项研究的第一作者、前威康桑格研究所博士生、现西班牙巴塞罗那超级计算中心施密特科学研究员索菲·贝尔曼博士说：“虽然我们发现肺炎球菌通常传播缓慢，但疫苗和抗菌药物的使用可以迅速显著地改变这种动态。我们的模型可以应用于其他地区和病原体，以便在耐药性和疫苗有效性的背景下更好地理解和预测病原体的传播。”

南非约翰内斯堡国家传染病研究所的 Anne von Gottberg 博士是这项研究的作者，她表示：“尽管开展了疫苗接种工作，但肺炎仍然是南非五岁以下儿童死亡的主要原因之一。通过持续的基因组监测和灵活的疫苗接种策略来对抗这些病原体的强大适应性，我们或许能够更好地采取干预措施，以限制疾病负担。”

肺炎球菌的多样性使我们无法了解任何特定菌株如何从一个地区传播到另一个地区。这种使用细菌基因组和人类旅行数据的综合方法最终使我们能够突破这种复杂性，首次以高清分辨率揭示隐藏的迁徙路径。这可以让研究人员预测新出现的高风险菌株下一步可能在哪里扎根，让我们领先一步预防潜在的疫情。”

威康桑格研究所这项研究的资深作者斯蒂芬·本特利教授