在美国各地，冠状病毒正在撤退。注意，大流行仍在肆虐，每天仍有7万多例新病例报告。但自1月中旬的假期后峰值以来，7天平均新增病例下降了近64%。住院率也大幅下降。随着疫苗接种速度的加快，人们有一线希望认为，这种下降趋势可能是Covid长期滑向遏制的开始，至少在美国和其他抢占疫苗的富裕国家是这样。
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由夏娃斯奈德
但退却并不总是意味着失败。一些令人担忧的新型冠状病毒变种的出现，它们具有更快传播或逃避免疫反应的新技巧，这带来了另一种可能性:目前的缓解只是暂时的。公共卫生专家敦促各国政府做好准备，应对由B.1.1.7等变种驱动的可能的新一波感染。根据美国疾病预防与控制中心(US Centers for Disease Prevention and Control)的数据，美国已经发现了1200多例B.1.1.7变种感染病例，几乎每个州都发现了这种病毒。
这一数字是两周前报告的两倍多。但实际数字可能要高得多。高了多少?没有人知道。这是因为，要知道是哪种冠状病毒引起了感染，唯一的方法就是对其基因组进行排序。在这个国家，这应该很容易——美国是一个排序超级大国。它拥有数十个学术机构和庞大的商业实验室，有能力快速制造出基因组。但联邦政府在应对大流行的很多方面都没有包括一项计划，即动员美国的dna绘制人员组成一个协调的冠状病毒监测团队。SARS-CoV-2的监控，好吧，糟透了。
去年年底，美国疾病控制与预防中心终于获准推出旨在改变这一状况的额外项目和资金。自那以来，美国已将病毒基因组测序从每周约3000个提高到7000多个。但科学家表示，这还远远不够。我们没时间叙旧了。因为当国会在辩论一项法案时，该法案可能会提供必要的资金注入，以建立美国本应一直拥有的基因组监测系统，基因变体——科学家们知道要担心的和他们还没有发现的——正在扩大他们的领域。
加州拉霍亚市斯克里普斯研究所的计算生物学家Karthik Gangavarapu说:“目前在美国，我们看到B.1.1.7的数量每10天翻一番。”他是一个研究团队的成员，该团队一直在跟踪超传染性谱系的快速传播，这种谱系有时仍被称为“英国变体”，
在本月早些时候发布在网上的一项研究中，该团队分析了从全国各地收集的200多个B.1.1.7谱系的病毒基因组，他们发现，这种变体最有可能于去年11月抵达美国，比在美国首次发现早一个月。然后，他们计算了这种变种在12月和1月间传播的速度:比现有的美国菌株快35%到45%。尽管该研究尚未发表在同行评议的期刊上，但该数据为美国疾病控制与预防中心(CDC) 1月份发布的预测提供了首个确凿证据，该预测预测，到3月底，B.1.1.7将成为美国的主要基因变体。
“我们在过去几周看到的是，事情基本上是按照我们认为的方式发展的，”威廉·李(William Lee)说，他是Helix的科学副总裁，也是这项研究的合著者。位于圣地亚哥的DNA检测实验室Helix与Illumina合作，是与美国疾病控制与预防中心签订合同进行SARS-CoV-2基因组监测的三家商业实验室之一。从技术上讲，Illumina公司进行测序，而Helix公司提供从该公司用于检测冠状病毒的鼻拭子中提取的病毒物质。由于测试设计上的一个怪处，Helix可以很容易地标记出最有可能含有B.1.1.7的样本。
这并不是一个独特的怪癖，但像许多其他Covid-19测试一样，Helix寻找病毒基因组的三个片段。其中一个片段位于S基因上，该基因编码病毒的感染激活刺突蛋白。B.1.1.7突变体碰巧在S基因的那个部分有一个六个字母的缺失。因此，对感染者的检测仍然是阳性的，但缺少S基因信号。科学家将其称为“S基因缺失”或“S基因靶向失败”，简称SGTF。这可能是估算B.1.1.7在一个地区的传播范围有多广的一个有用的捷径，但由于其他无害的变种也有相同的缺失，唯一确定的方法是测序。
去年12月下旬，英国对B.1.1.7发出警报后，Helix开始将每个SGTF样本送往Illumina进行测序。当时，他们每天会发现大约100例S基因缺失。大多数人都不是B.1.1.7。但是现在，Lee说，在像佛罗里达和南加州这样的地方，所有的S基因缺失都是B.1.1.7。要对它们全部进行测序已经不可行了，因为数量太多了——至少在这两个位置上，这两个位置代表了大约50%的Helix进行的测试。“在佛罗里达州，我们看到B.1.1.7现在代表了所有新冠肺炎病例的15%，”李说。“六个星期前，这个数字还不到1%。”
佛罗里达卫生部没有回应《连线》杂志的问题。但这个州未来几周的命运可能是美国其他州未来命运的晴雨表。根据美国疾病控制与预防中心的数据，在全国范围内，B.1.1.7的流行率仍然很低——接近1%。但“螺旋”的数据表明，其他热点地区也开始出现，包括乔治亚州、德克萨斯州和宾夕法尼亚州。这意味着，这些地区的政府官员在未来几天或几周内就学校和企业重新开放做出的决定将至关重要。减缓传染性较强的变种传播的行动在传播的早期阶段最为有效。
Gangavarapu说:“因为我们发现得这么早，这给了我们宝贵的时间来努力降低目前的传播水平，并为尽可能多的人接种疫苗。”他表示，这两个指标将决定美国是否会因新血统而出现大幅增长。“这是一场与时间的赛跑，”他继续说。“如果我们不做这些事情，可能会有比我们今年冬天看到的更大的浪。如果你现在把一切都打开，这几乎肯定会发生。”
Gangavarapu说，他的合作者团队已经发现大量B.1.1.7在流通。但到目前为止，他们的测序工作还没有捕捉到两种被怀疑是最佳免疫逃避艺术家的变体——分别在南非和巴西发现的B.1.351和P.1变体。根据美国疾病控制与预防中心的数据，到目前为止，美国只报告了少数病例，大多发生在最近旅行回来的人身上。但进口并不是唯一需要担心的事情。也有国产的变种。
杰里米·卡米尔是在找他们的人之一。作为路易斯安那州立大学什里夫波特健康科学中心的病毒学家，卡米尔通常研究巨细胞病毒家族，但从去年春天开始，他与沃恩·库珀(Vaughn Cooper)联手，库珀是匹兹堡大学进化生物学和医学中心的主任，经营着一家微生物测序初创公司，在路易斯安那州建立SARS-CoV-2的基因组监测。几个月来，他们对从该州各地随机收集的数百个冠状病毒检测样本进行了测序，观察任何不寻常的情况。1月27日，卡米尔准确地注意到了这一点——一批样本都含有他以前从未见过的突变。当他仔细观察时，他发现每一种突变病毒都是密切相关的——它们都属于同一遗传谱系。虽然这个血统还很年轻，在他的数据中只能追溯到12月初，但它每天都变得越来越普遍。
卡米尔将这些基因组上传到一个名为GISAID的在线数据库，全世界的研究人员都在使用这个数据库。第二天，新墨西哥大学的科学家们联系了他。他们在他们的州也发现了同样的变异。与此同时，库珀正在搜索数据库，寻找更多具有相同突变的病毒——一种改变冠状病毒刺突蛋白中的第677个氨基酸的基因突变。他发现了更多的州，不仅在路易斯安那州和新墨西哥州，还在北卡罗来纳州、马萨诸塞州和其他八个州。研究人员意识到他们需要一个系统发育学家来整理他们的病毒谱系，所以他们向瑞士伯尔尼大学的Emma Hodcroft寻求帮助。在一周内，她的团队追踪了美国出现的7个新变种，每一个都独立进化出了相同的突变。
在周日发布的预印本中，研究人员将这种模式描述为“趋同进化”的一个例子。“这是一种适应的强烈迹象，即使我们还不知道这种适应是什么，”该研究的合著者库珀说，该研究尚未经过同行评议。
当提到导致Covid-19的病毒时，我们倾向于使用单数词“冠状病毒”。但更准确的理解SARS-CoV-2的方式是把它看成一群病毒。这个种群处于一种不断流动的状态——扩张和收缩，变异，随着它在人与人之间的传播而进化出新的谱系。遗传流行病学家可以跟踪这些微小的变化，就像跟踪家谱的分支一样，以确定相互关联的病例群。有了足够的病毒基因组，他们还可以放大来比较不同分支的生长速度。如果其中一个分支开始起飞，这表明这些病毒获得的基因变化提供了某种竞争优势。如果一群不同的分支独立地获得了相同的突变，然后它们都开始起飞，这就是趋同进化。
尽管Cooper, Kamil, Hodcroft等人发现的7种变异在最近几个月变得越来越常见——在一些发现它们的地方占传播的15%——但研究人员对它们仍有很多不了解的地方。它们最初出现在哪里?它们传播得更快，是不是因为677突变改变了病毒的行为，就像在国外首次发现的其他主要病毒变体一样?还是说，美国的假日旅行和家庭聚会比其他国内疫情传播得更远、更快?即使是关于每一种新变异的真正流行程度的基本问题也很难回答，因为美国在基因测序方面仍然远远落后。
“我们的发现只是冰山一角，”库珀说。根据《连线》杂志对GISAID数据的分析，目前美国仅对所有冠状病毒病例的0.4%进行了基因组测序。相比之下，英国只占10%左右。丹麦，世界领先的国家，已经超过了50%。
好消息是，世界其他地方正在进行的所有测序都发现，这种病毒在寻找优势的过程中，一直在寻找相同的基因变化。这表明，它偶然发现了一批好牌，但这副牌中可能没有多少更好的了。“从这个意义上说，”库珀说，“趋同实际上是我们的朋友，因为它限制了我们必须注意的突变的花名册。”这不仅有利于监测和测试，也有利于疫苗制造商试图让他们的疫苗在未来不受影响。任何对有用突变的数量和位置的限制，都将使开发一个能有效对抗任何尚未出现的变体的增强剂库变得更容易。
但这并不能改变一个事实，即美国仍灾难性地没有准备好在它们出现时发现它们。正如《连线》杂志此前报道的那样，扩大全国SARS-CoV-2监测网络涉及协调一群参与者——像卡米尔和Gangavarapu这样的学者，像Helix这样的行业参与者，以及由公共卫生部门和医院运营的前线实验室。将测序设备与病人的样本和数据连接起来需要协调——无论是在后勤方面，还是在同意以标准化的方式做事方面。
所有这些都需要时间和金钱。每个病毒序列的成本在25美元到400美元之间。到目前为止，疾控中心已经资助了七所大学总计1450万美元;与Illumina、Helix、医疗检测巨头LabCorp和Quest Diagnostics签署了1250万美元的合同;再给公共健康实验室拨款1500万美元。但本周，拜登政府宣布将提供一笔急需的现金注入——近2亿美元——旨在将美国的测序能力从每周7000个样本提高到每周25000个样本。这将使美国有望捕获约5%的新冠病毒病例，前提是它们继续下降。Illumina的科学家估计，为了在新变异病例占总病例数的1%以上之前发现它，印度需要达到这个阈值。
CDC的发言人拒绝透露该机构是否正在设定具体目标。她在给《连线》杂志的一封电子邮件中写道:“目前，在美国或全球范围内，对基因组监测的最佳频率没有共识。”白宫负责测试的官员约翰逊星期三在吹风会上说，这笔资金是帮助疾病预防控制中心渡过难关的“试点”，直到国会通过1.9万亿美元的美国救援计划。该法案的众议院版本拨出17.5亿美元用于基因组监测。
约翰·霍普金斯卫生安全中心一份新报告的合著者莱恩·瓦姆布罗德说:“国会有兴趣投资这一项目，这真的很棒。”该报告概述了有效的SARS-CoV-2监测项目应该是什么样的建议。她说，在短期内，实验室需要钱来购买试剂和测序仪，并雇佣和培训人员来运行它们。这包括在公共卫生实验室建立一个生物信息学的工作队伍，这些人可以对监测测序产生的大量基因组数据进行分类、清洁和解释。
“更大的障碍是信息方面，”瓦姆布罗德说。除了人，这还意味着计算能力。她和她的同事建议，cpu紧缺的公共卫生部门可以与在全国各地运营超级计算机的能源部合作，处理越来越多的基因组数据。“我们在这个国家有能力和专业知识，”她说。“我们只需要激励它，把资源放在最有效的地方。”
她和她的同事建议，资金应该用于协调变异的表征——哪些变异应该研究，科学家应该做什么实验。现在，旧的科学标准仍然在很大程度上被应用。谁发现了变异就能抓住它研究它。但瓦姆布罗德认为，当这些发现可能对人类健康产生如此巨大的影响时，政府可能想要介入，确保研究能够迅速、安全地进行，并在公众的视线中进行。从长远来看，她还认为，美国应该将这些国会资金中的一部分投资于一个全国性的流行病预测机构，以防范即使在新冠疫情危机消退后也会出现的威胁。
但就目前而言，以最快的方式建立测序能力应该是最优先的，瓦姆布罗德说。“我们知道这里有变体。我们知道，只要有传输，它们就会继续来。这些变体可能在任何地方出现，”她说。“而现在，在这个国家的大多数地方，一种新的变种可能会突然出现在你的后院，我们不知道，因为我们看不到它。”
