中国汉坦病毒传播规律的系统发育地理学和系统发育动态学研究

In China, hantaviruses remain one of the severe public health problems with complicated endemic conditions and heavy hygienic load. The study is designed to carried out a field investigation on hantaviruses in several representative areas, together with laboratory experiments, a great deal of sequencing of hantaviruses, bioinformatical analysis, statistical inference and hypothesis testing. Based on investigation and survey of hantaviruses, hosts and enviroments, all of the microcosmic genetic sequenc data on hantaviruses, including tha sequence data from GenBank, and the macrocosmic epidemiological data will be integrated. Then the phylogeographic and phylodynamic analysis will be performed. The evolutionary history of hantaviruses and the evolutionary relationship of hantaviruses in different genealogies will be clarified. The evolutionary rate and the natural seletion in every genealogy will be analyzed. Fluctuation in effective population size and changes in substructure on hantaviruses through time and space will be referred. Regular pattern of spatio-temporal dynamics processes of hantaviruses difussion will be elucideted and will be shown in visualzation tool, informationization tool and dynamic tool. Risk factors for infection and transmission of hantaviruses will be investigated and the epidemic tendency on hantaviruses in different areas will be predicted. Ultimately, the goals of the study is to provide the theoretical basis for control of the diseases caused by hantaviruses.

本研究根据我国汉坦病毒流行状况复杂多样、疾病负担重、防控面临很大困难的实际情况，拟将现场调查、实验检测、大样本测序、数据挖掘和生物信息学分析及统计推导、假设检验相结合，在典型代表性地区针对病原体、宿主、环境三个方面展开长期监测调查的基础上，整合微观基因数据和宏观流行病学数据,采用系统发育地理学和系统发育动态学的技术和方法进行深入、细致、全面的研究，重构我国汉坦病毒的进化史及其与国内外病毒的进化关系、分析病毒进化变异速率及选择压力，推导病毒有效种群数量和种群结构变化特征，结合地理信息数据资料阐明病毒时空扩散传播规律，并实现可视化、信息化、动态化演示，探讨各种传播危险因素，为预测未来发展和流行趋势，有的放矢地提出针对性预防控制策略和措施提供理论依据。

本研究将现场调查、实验检测、病原体测序、数据挖掘以及生物信息学分析相结合，在代表性地区进行分子流行病学调查研究的基础上，采用种系发育地理学和种系发育动态学的技术和方法对汉坦病毒进行了深入、细致、全面的研究。重构了汉坦病毒的进化史，推测Hantaan病毒可能起源于约590年前，进化率约为2.459×10-4（1.9269×10-4～3.1258×10-4），Amur-Soochong病毒（ASV）大概起源于约670年前，进化率约为1.279×10-4（4.260×10-5～2.605×10-4）。系统发育分析结果提示Hantaan病毒大致可分为13个进化分支，ASV大致可分为6个进化分支。种系发育地理学分析结果提示，Hantaan病毒可能起源于我国贵州地区，然后传播至江苏、浙江、陕西等地，继而向东向北蔓延并传至我国东部和北部大部分地区以及我国周边的韩国和俄罗斯东南部地区，期间经历过多次循环往复传播。根据贝叶森因子（BF）分析结果，ASV在历史上可能有三种传播路径。一是韩国Jeollabuk地区与山东之间的传播（BF=32.87），二是韩国Gangwon地区与山东之间的传播（BF=3.35），三是俄罗斯Primorye地区和Khabarovsk地区之间的传播（BF=3.15）。进行系统发育动态学分析，结果提示我国HTNV的有效种群数在2006年以前基本保持稳定，2006-2007年间出现下降，其后也基本稳定。ASV的有效种群数在90年代末略有细微下降，其余时间基本稳定。在山东省进行了汉坦病毒基因多样性和时空分布特征研究，结果提示山东省有两种型别汉坦病毒分布，Hantaan病毒（HTNV）主要分布于东部和南部地区，而Seoul病毒（SEOV）在全省境内均有分布，而且两种病毒的分布均显示出明显的地理聚集性特征。山东省黄岛地区和中部地区（沂源，临淄，淄川，安丘和青州）的汉坦病毒显示出最大的基因多样性，而且Seoul病毒历史上可能存在种群扩张事件，特别是中部地区有显著性意义。阴性选择是山东省汉坦病毒主要的进化驱动力，少数位点也承受了阳性选择压力。对云南省汉坦病毒进行研究，发现多种啮齿动物和食虫目动物携带变异较大的汉坦病毒，可能是新型或新亚型汉坦病毒，它们的致病性还有待于进一步研究。这些研究结果为有关部门提出针对性预防控制策略和措施提供了理论依据。