北美H5N1高致病性禽流感疫情生态学与传播动态研究

《Nature》：Ecology and spread of the North American H5N1 epizootic

本研究针对2021年以来北美爆发的H5N1高致病性禽流感疫情，通过系统发育地理学方法分析了1,818个血凝素序列。研究发现疫情主要由9次跨洲际传播事件驱动，雁形目鸟类是主要传播媒介，后院家禽感染比商业养殖场平均早9天。该研究为野生动物监测和农业生物安全策略提供了关键科学依据。

　　

自2021年底以来，高致病性H5N1禽流感病毒在北美引发了一场影响深远的动物疫情，导致野生鸟类、家禽和哺乳动物大规模死亡。与2014/2015年的疫情不同，此次疫情在野生鸟类中持续传播，导致农业损失超过25亿美元，迫切需要深入了解病毒传播机制。

为了揭示北美H5N1疫情的传播规律，宾夕法尼亚大学的研究团队在《Nature》发表了题为"北美H5N1动物疫情的生态学与传播"的研究。研究人员收集了2021年11月至2023年9月期间的1,818个血凝素(HA)序列，运用贝叶斯系统发育地理学方法，重建了病毒在北美前18个月的传播轨迹。

研究的关键技术方法包括：从GISAID数据库获取全球H5N1病毒序列；使用MAFFT进行序列比对和IQ-tree进行系统发育重建；采用BEAST软件进行贝叶斯系统发育地理学分析；使用贝叶斯随机搜索变量选择(BSSVS)评估传播路径；通过马尔可夫跳跃分析量化宿主间传播事件；利用AVONET数据库整合鸟类生态学数据。

重复入侵驱动疫情暴发

系统发育分析显示，北美疫情主要由9次独立的病毒引入事件驱动。其中95%的序列可追溯至2021年9月至10月从欧洲的一次主要引入，这与病毒在首次检测前1-2个月就已传入的推测一致。研究还发现了2022年从欧洲的第二次短暂引入，以及2月至9月期间从亚洲的7次引入。这些通过太平洋路线传入的病毒在阿拉斯加、俄勒冈州和加利福尼亚州检测到，虽然在当时分析的时间段内没有发现后代传播，但数据显示其中一个谱系在2024年底重新出现为D1.1谱系。

H5N1沿迁徙路线传播

研究人员将病毒序列按美国鱼类和野生动物管理局划定的四大迁徙路线(大西洋、密西西比、中部和太平洋)进行分类，模拟病毒在路线间的传播。系统发育分析显示，病毒在引入大西洋路线后迅速传播，约4.8个月内就扩散到所有其他路线。序列按迁徙路线呈现强烈聚类，相邻路线间的传播频率是远距离路线间的10倍，且东向西的传播比西向东频繁4.4倍。

典型宿主驱动传播

宿主分析显示，雁形目(Anseriformes)鸟类在疫情传播中起核心作用。系统发育树内部多个深层节点被推断为雁形目，后验支持度高(PP=0.99)。雁形目向鸡形目(Galliformes)和鸮形目(Strigiformes)的传播率最高。相比之下，猛禽虽然检测数量占野生鸟类第二位(20.3%)，但其在传播中的作用有限。非典型宿主如鸣禽、猫头鹰和哺乳动物主要作为传播终点，病毒在这些宿主中的持续时间较短(平均0.22年)。

农业疫情的重复引入

titration分析显示，家禽疫情主要由野生鸟类的重复引入驱动，而非养殖场间传播。当野生与家禽序列比例为1:3时，系统发育分析推断出106次从野生鸟类到家禽的引入事件，而仅有4次从家禽到野生鸟类的反向传播。家禽中的病毒谱系平均持续约4.5个月，而野生鸟类中的谱系持续时间超过两倍(约10个月)。

后院与商业家禽的溢出感染

对2022年1月至5月数据的分析发现，后院家禽比商业家禽平均早9.6天被感染。系统发育证据表明，后院家禽和商业家禽的疫情大多是独立传入的，82次引入事件中，后院家禽(43次)略多于商业家禽(39次)。后院家禽生物安全措施较差，88%的养殖场没有任何防护措施，增加了与野生鸟类接触的机会。

研究结论强调，野生鸟类特别是雁形目是北美H5N1疫情传播的关键驱动力。与2014/2015年疫情不同，本次疫情中病毒在野生鸟类中建立了持续传播，导致疫情难以通过扑杀控制。研究人员建议加强野生鸟类监测，特别是在太平洋沿岸地区，以及开发新的策略来减少野生与家养鸟类间的传播风险。该研究为理解高致病性禽流感病毒的生态学和进化动力学提供了重要见解，对全球禽流感防控策略具有指导意义。