北美A(H5N1)疫情时空重建揭示后代重配病毒连续谱系替代的进化机制

推荐：研究人员针对高致病性禽流感A(H5N1)2.3.4.4b分支在北美爆发后的病毒进化动态，通过测序2955份加拿大样本基因组，结合多维度系统动力学分析，揭示了病毒通过与低致病性禽流感病毒重配实现多样化，并发现后代病毒通过适应性增强逐步替代祖先株的现象。该研究为跨大陆传播关键区域和宿主特异性防控策略提供了关键数据。

　　

1996年首次出现的A/Goose/Guangdong/1/96（GsGd）谱系H5亚型禽流感病毒，经过近30年演化已成为全球禽类健康的重大威胁。2021年11月，高致病性禽流感A(H5N1)2.3.4.4b分支病毒入侵北美，引发史上最严重的禽流感疫情，导致超过1.8亿家禽和80多种野生动物感染。与传统认知不同，这类病毒展现出在野生鸟类群体中持续传播的异常能力，其快速进化和跨物种传播特性给动物和人类健康带来严峻挑战。

为解析此次疫情的演化规律，加拿大食品检验署国家外来动物疾病中心（Canadian Food Inspection Agency, National Centre for Foreign Animal Disease）的研究团队开展了一项大规模基因组研究。研究人员对2021年11月至2024年9月期间加拿大全境采集的2955份A(H5N1)病毒样本进行全基因组测序，结合国际公开数据，采用多学科交叉分析方法，首次系统描绘了该病毒在美洲大陆的时空传播网络和进化轨迹。相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》期刊。

研究主要采用全基因组纳米孔测序技术（Oxford Nanopore GridION）对野生动物和家禽样本进行检测，通过GenoFLU基因分型系统鉴定病毒变异株。运用贝叶斯连续地理系统发育模型（Bayesian continuous phylogeographic inference）重建传播路径，结合离散性状扩散模型（discrete trait diffusion models）分析宿主动态。通过马尔可夫跳跃模型（Markov jumps）和局部分支指数（LBI）量化病毒适应性变化。

【病毒基因组多样性】
全基因组分析发现62种独特基因型，其中57种为欧亚A(H5N1)与北美低致病性病毒的重配株。HA、NA和M蛋白保持稳定，其他5个基因片段均发生重配。七种优势基因型（B1.2、B1.3、B2.1、B3.2、B3.6、B4.1和A1）占测序样本的72.4%。

【病毒系统地理学】
时空重建显示病毒通过两条独立路径入侵：2021年8月4日（95%置信区间7月10日-9月15日）通过纽芬兰的跨大西洋路线，以及少量通过太平洋沿岸的跨白令路线。基因型B3.2在北美大草原坑洼地区（Prairie Pothole Region）形成传播枢纽，通过四大迁徙路线扩散至南极洲。

【适应性评估】
多基因座逻辑适应性模型和LBI分析显示，后代重配病毒（如B3.6替代B3.2）的适应性平均提高1.8倍（P<0.01）。这种"阶梯式适应性进化"现象表明重配通过优化内部基因组合提升病毒适合度。

【宿主动态】
雁形目（Anseriformes）是主要传播宿主（85.5%马尔可夫奖励值），但基因型B3.2例外——其早期扩散由雀形目（Passeriformes）中的鸦科鸟类驱动。哺乳动物宿主在两种基因型中检测到反向传播证据。

该研究首次揭示H5N1病毒通过"重配-替代"循环实现适应性进化的完整路径，阐明北美大草原坑洼地区作为病毒进化热点和传播枢纽的生态学机制。发现内部基因重配（非表面蛋白变异）是驱动适应性提升的关键因素，挑战了传统以HA/NA变异为核心的流感进化理论。建立的62种基因型数据库和传播模型，为预测疫情走势和制定精准防控策略提供科学依据。研究还警示哺乳动物宿主参与病毒传播的新风险，对全球禽流感防控体系建设和人畜共患病监测具有重要指导价值。