基于环境污水监测的人类肠道病毒区域性流行遗传变异与重组规律的研究

Human enteroviruses (HEVs) cause a wide range of diseases and evolve actively.The analysis on their regional circulation and evolution characterization is of great value for the understanding of HEV circulation and for the establishment of the relevant disease early warning system. Previous studies have confirmed that environmental surveillance is an effective means in investigating the regional circulation of HEVs. In this research, based on the improvement of concentration method, the HEVs isolation and VP1 sequencing will be performed for the sewage collected from different cities in 2008-2015.The serotpye spectrum and its variation will be explored. The bioinformatics method will be employed to explore the origin, evolution rate and history reconstruction, in order to investigate the regional circulation and genetic evolution. The correlation with clinical isolates in 1988-2015 will be analyzed. Furthermore, the 3D coding region of environmental and clinical isolates will be sequenced and analyzed in combination with VP1 phylogenetic data to investigate the occurrence, magnitude of recombination and its association with epidemic of HEV associated-diseases. The real-time quantitative method on detection of HEV genome from sewage will be constructed to analyze the copies of different HEV serotypes and their dynamic fluctuation. The evaluation of infection in the population will be performed accordingly. The results of this study will provide evidence for understanding the HEV evolution and for development of diagnostic reagents and vaccine, and will also lay foundation for the early warning of HEV associated diseases.

人类肠道病毒（HEV）所致疾病复杂，进化活跃，细致分析其在局部地区的流行和进化规律可对解释HEV播散特征及建立相关疾病预警系统有很高价值。前期研究证明环境污水监测是探索HEV区域性流行的有效手段。本研究拟在前期工作基础上，对2008~2015年不同监测点采集的环境污水HEV分离株进行VP1基因序列测定，分析HEV型别变迁及其时空变异特征，推断其起源和进化速度，重构区域流行史，探索HEV区域性流行和遗传变异规律，并分析与1988~2015年临床病例HEV分离株的关联。继而对各分离株进行3D基因序列分析，结合VP1系统发生数据，探讨重组在不同血清型共循环中的发生特征和强度。建立污水HEV主要流行血清型基因组实时定量分析方法，研究污水中HEV病毒载量的动态变化，分析人群HEV感染状况。本课题研究结果将为阐明HEV进化机制、诊断试剂和疫苗研发提供依据，为HEV相关疾病的预警预测奠定理论基础。

人类肠道病毒（EV）进化活跃，细致分析其播散流行和进化和重组规律对于其相关疾病的防控具有重要的科学价值。本研究建立优化了污水中肠道病毒的浓缩方法和荧光定量检测方法，开展了人类肠道病毒的环境污水监测和病例监测，将二者的数据结合，分析了人类肠道病毒区域性流行中的血清型变迁和人群感染状况的动态变化，探索了人类肠道病毒基因组变异特征和不同血清型共循环中的基因重组规律。主要发现：一、完成了2109株来自环境污水和1314株来自临床病例的EV分离株的序列测定，共发现53个EV血清型，不同血清型的流行强度不一，CV-B3、CV-B5、E-6、E-7、E-25、E-30、EV-A71等流行型别危害严重，随着2007年以来手足口病流行，EV-A71导致的急性弛缓性麻痹和脑膜炎/脑炎病例也呈明显上升趋势；二、国内首次从污水中分离到脊髓灰质炎疫苗衍生株病毒。三、EV主要型别在环境污水和急性弛缓性麻痹监测系统中的检出均呈现出明显的流行模式，即在每1~3年左右的高峰活跃期之后，伴随着2~5年的沉寂期，在活跃期时往往伴随着相关疾病的暴发；通过污水中不同月份的EV型别拷贝数的计算，发现人群中总感染者数目也在动态变化。四、在优势血清型的区域性流行中，也存在多个传播链的共循环，通过对济南、临沂和烟台区域流行的肠道病毒进行分析，发现肠道病毒在不同区域间的传播非常频繁，三地之间常常同步出现某种血清型的暴发流行，或仅前后间隔月余。各个主要流行型别的毒株的祖先约起源于1857~1922年之间，不同血清型VP1区核苷酸序列每年每个碱基位点的进化速度不同，为2.891×10-3~10.07×10-3，同一血清型的不同分支的进化速度也不尽相同。五、通过VP1和3D区系统进化分析发现，山东省优势血清型毒株间在非结构蛋白编码区内存在频繁的基因重组现象，基因重组是EV的重要进化方式，对多数型别而言，重组株病毒多产生于病毒流行期间。本研究为研究EV在人群中的循环和进化提供了数据，为EV相关疾病的预警预测和防控提供了科学依据。