病毒基因组：流感病毒为何这么强？

近来有幸拜读了高福院士的新书《流感病毒——躲也躲不过的敌人》，受益匪浅！该书既是对1918年全球大流感一百年的铭记，又是对新时代科技创新的瞭望。看完这本书的时候，使我重新思考这样一个问题：流感病毒基因组只有十几kb，而人的基因组有～3Gb，流感病毒为何这么强，如此的让人类猝不及防？

内容

1 流感病毒简介

2 流感病毒为什么容易发生变异

3 流感病毒基因组测序分析

4 如何预防流感

流感病毒简介

流感病毒（Influenza virus，IV）属正黏病毒科，流感病毒属。病毒基因组由8个负链的单链RNA片段组成，膜上含有血凝素和神经氨酸酶活性的糖蛋白纤突。根据抗原性的不同，可分为甲、乙、丙、丁四型。

甲型流感病毒会造成在全球范围内的大流行。过去的100年里，动物流感病毒直接或间接先后导致全球四次人流感大流行，分别是1918年的H1N1大流感、1957年的H2N2大流感、1968年的H3N2大流感和2009年的H1N1甲流。

乙型流感病毒对人类致病性也比较强，但是人们还没有发现其引起过世界性大流行。

丙型流感病毒只引起人类不明显的或轻微的上呼吸道感染，很少造成流行。

丁型流感病毒还未见感染人类。

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流感病毒结构自外而内可分为包膜、基质蛋白以及核心三部分。

核心

病毒的核心包含了存贮病毒信息的遗传物质以及复制这些信息必须的酶。

基质蛋白

基质蛋白构成了病毒的外壳骨架，实际上骨架中除了基质蛋白 (M1)之外还有膜蛋白 (M2)。

包膜

包膜是包裹在基质蛋白之外的一层磷脂双分子层膜，这层膜来源于宿主的细胞膜，成熟的流感病毒从宿主细胞出芽，将宿主的细胞膜包裹在自己身上之后脱离细胞，去感染下一个目标。

除了磷脂分子之外，还有两种非常重要的糖蛋白：血凝素和神经氨酸酶。流感病毒的特异性由核蛋白（NP）和基质（M）抗原的抗原性质决定。根据血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）的抗原特性，将甲型流感病毒分成不同的亚型。目前已知18种特异的HA亚型和11种特异的NA亚型。

甲型流感病毒的高变异性增大了人们应对流行性感冒的难度，人们无法准确预测即将流行的病毒亚型，便不能有针对性地进行预防性疫苗接种，另外，每隔十数年便会发生地抗原转变更会产生根本就没有疫苗的流感新毒株。

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图为甲型流感病毒。该病毒直径约为100nm，病毒外部包裹有一层包膜，内部含有一层基质蛋白层，将单链的RNA片段所组成的病毒基因组包裹在其中。Arranz等人与Moeller等人所获得的三维图像显示，每个病毒RNA片段经折叠后成双螺旋发夹结构。这些双螺旋发夹结构被称为核糖核蛋白复合物，在病毒装配与感染侵袭过程中发挥了重要作用。

流感病毒为什么容易发生变异

流感病毒属分节段RNA病毒，不同毒株间基因重组率很高，流感病毒抗原性变异的频率快，其变异主要以两种方式进行：抗原漂移和抗原转变。

一般来讲，流感病毒的抗原性变异就是指H和N抗原结构的改变（质变），在亚型内部经常发生小变异(量变)，称为抗原漂移。

尽管抗原漂移只是微小的变异，但可使病毒能够轻易的躲过宿主的免疫系统。而当细胞感染两种不同的流感病毒粒子时，病毒的8个基因组片段可以随机互相交换，发生基因重排。

甲型流感病毒已知的18种HA和11种NA基因，如果完全排列组合就有18x11=198种病毒亚型，由此产生的病毒血凝素和神经氨酸酶发生全新结合，而使得人群没有免疫力。

个人认为，RNA病毒之所以变异很快，是因为与DNA病毒相比，RNA病毒缺乏具有修正错误的一种聚合酶，因此RNA在复制时出现的错误无法及时修复。而且，流感病毒是一种单链RNA病毒，无法形成像双链一样稳定的双螺旋结构。此外，病毒在各种外力的作用下，例如患者的免疫力的作用下，能使变异的病毒逃避免疫而存活。综上因素，使得流感病毒容易发生变异。

流感病毒基因组测序分析

病毒全基因组测序（Virus Whole Genome Sequencing），是指基于第二代或三代高通量测序技术，对病毒全基因组进行测序，利用生物信息分析手段，得到病毒的全基因组序列，解析编码信息，并获得相应的变异信息。由于新型甲型流感病毒是不同亚型甲型流感病毒的8个基因节段重组而来，因此新型甲型流感病毒的鉴定需要确定8个片段基因序列，通过序列比对和进化分析确定病毒亚型。

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二代测序数据分析思路：

1. 使用Fastp软件对原始测序数据fastq进行过滤，去除低质量、adapter及N碱基等。

2. 使用SOAP2(version 2.21)软件比对宿主基因组进行过滤，去除宿主序列，得到clean reads。

3. 得到clean reads与NCBI的流感病毒数据库比对，选择最佳比对效果的参考基因组。

4. 使用Burrows-Wheeler Aligner (BWA version 0.5.9)和 SAMtools (version 0.1.19)进行基于参考基因组的序列组装。

5. 通过blastn在病毒库中搜索近源序列，使用RAxML等建树工具，构建进化树分析测序获得的病毒的进化关系。

最近，科学家们成功利用第三代nanopore测序技术首次通过一个微小的分子通道来读取RNA链，获得了天然病毒基因组。使流感病毒第一次以它原始 RNA 的形态被测序出来。流感病毒的基因编码储存在 RNA 中，因此若想测得其基因序列，在之前有限的技术下，只能通过测序其逆转录后的 DNA 而获得。但是，这项新发明，使用了纳米孔测序技术，当基因通过一个微小的分子泵时，能够直接读出其 RNA 序列。这也使得后续的分析更加方便。

一旦获得了流感病毒的基因组信息，就可以有针对性的做到精准医疗，对症下药。

如何预防流感

对抗流感病毒最有效的方法──流感疫苗。

流感疫苗的制造，是由世界卫生组织根据目前病毒活动状况，推测未来一年几种对人类最具威胁性的病毒株而制造出来的。

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许多人往往认为注射流感疫苗后，就不会感冒了。实际上，流感疫苗是针对流感而设计的疫苗，即使施打疫苗后，人体产生抗体，依然无法对抗一般感冒病毒。那么，施打了流感疫苗，就不会感染流感了吗？由于流感疫苗仅针对众多流感病毒的其中三种或四种病毒株，加上每个人的免疫反应不同，打流感疫苗后，并不代表完全不会感染流感病毒。

特别是对于老年人、儿童、心肺功能不佳的人群、气喘患者、肾脏病患者、糖尿病患者、或是其他免疫力低下的民众，因感染流感后，较一般人更易产生严重并发症，且死亡率亦高，注射疫苗的好处远大于轻微的副作用。在一项针对老年人的研究显示，注射疫苗后可以减少五成以上的疾病严重度及并发症，同时减少八成的死亡率。

还需注意个人卫生习惯：
1、注意保持个人卫生，养成良好的个人卫生习惯、勤洗手、勤洗澡、不要共用毛巾、口杯等日常用品，做到不随地吐痰，以防接触传播流感病毒。
2、居室和办公室，都要经常通风，减少室内聚集的细菌和病毒数，保持室内清新的空气。
3、疾病流行期应尽量避免到公共场所，比如商场、电影院等人群密集的地方。与打喷嚏的人要保持1米以上的距离。
4、到医院看病，最好戴口罩。呼吸道疾病大多由空气传染，医院就诊者多为各种疾病的患者，易被传染。 5、一定要根据气温的变化，适当地增减衣服，防止因感冒着凉引起的免疫力低下。
6、日常饮食要注意营养搭配均衡，定时定量，多喝水，不吸烟，少嗜酒。同时要保证睡眠充足，避免过度劳累。
7、要加强体育锻炼，经常坚持户外运动，以增强身体抵抗力。

流感那么强大，你不进来学几招再走么？

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