深圳新聞網2024年12月5日訊（深圳商報首席記者 陳小慧 通訊員 朱詩穎）自然界中遷徙行為到底會促進還是抑制病毒傳播？如果攜帶病毒的生物體遷徙真能有效抑制病毒的傳播，是否病毒感染者跑得夠快，就能淘汰、清除病毒？
12月3日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所傅雄飛團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發(fā)表了一項突破性研究成果，揭示了生物遷徙與病毒傳播之間的復雜關系。深圳先進院為該研究唯一單位。
7年細致研究，揭示“遷徙淘汰”背后機制
他們發(fā)現，生物在進行有方向性的遷徙運動時，會對病毒傳播有抑制作用，挑戰(zhàn)了“生物的遷徙行為會促進或加速病毒的傳播”的傳統(tǒng)觀點。該研究為公共衛(wèi)生策略提供了新視角，強調通過調節(jié)宿主的遷移行為或病毒的感染特性有望控制傳染病傳播，有助于在流行病學背景下更好地理解和制定傳染病的防控策略。
生態(tài)學上有關于“遷徙淘汰”的假說，認為遷徙行為有助于淘汰掉病毒感染者從而維持群體健康，但這背后的機制尚不清晰。
2017年開始，傅雄飛團隊圍繞細菌-噬菌體在空間上共遷徙的定量理解展開研究，發(fā)現只有在有方向型的空間擴張遷徙下，宿主的運動才會抑制病毒的傳播，且在速度足夠快時病毒感染者甚至能被清除出遷徙群體。研究團隊認為這是微生態(tài)系統(tǒng)下“遷徙淘汰”的具象化，但到底是什么導致了“遷徙淘汰”呢？起初，為了弄清楚“遷徙淘汰”機制背后的奧秘，研究團隊根據傳統(tǒng)觀念提出了一系列的科學假設，例如現象是否由感染病毒的細菌生長遲滯引起，進行驗證，但最終的實驗結果并不盡如人意。
負責開展實驗工作的論文第一作者、助理研究員張易深有體會。經過近一年的反復試錯，研究團隊選擇暫停盲目的實驗嘗試，轉而深入分析數學模型，將研究回歸到理論指導實驗的方向。
“在分析數學模型中細菌的動力學過程中，我們發(fā)現在感染區(qū)和未感染區(qū)交界的區(qū)域，病毒感染者和健康宿主之間存在有序的空間位置分布差異這一關鍵因素?！睆堃捉榻B，這意味著，細菌的趨化運動速度越快，病毒傳播范圍越小，甚至感染病毒的個體能從整個遷徙群體中清除出去。
據張易介紹，此項研究時間長達7年，當時一起做項目的其他成員都因為各種原因相繼更換了研究方向，堅守到成果發(fā)表的她也從純理論選手被訓練成了熟練的生物實驗操作員。
構建定量調控系統(tǒng)，傳染病防控有了新策略
過去，針對病毒傳播的研究大多依賴流行病學調查及經驗性理論，尚缺乏實驗體系的驗證。
基于前期的發(fā)現，研究團隊突破性地運用合成生物學技術，巧妙利用實驗室中常見的細菌——大腸桿菌，及其病毒——M13噬菌體，構建了模擬“宿主-病毒”互相作用的實驗室系統(tǒng)，利用數學模型預測及指導實驗，成功在實驗上印證了生態(tài)學中“遷徙淘汰”這一假說。他們觀察到，在有方向性的運動中，相對于健康生物體而言，攜帶病毒的生物體處于后方位置，這種空間分布差異導致病毒感染者更容易被淘汰出去。
這項研究不僅為解決其他病毒傳播問題提供了新的策略和實驗手段，還有望為公共衛(wèi)生領域應對傳染病傳播提供新思路。
“共遷移自發(fā)形成的‘空間分選’有序結構，致使感染者更容易被淘汰”的機制提示，在流行病學背景下制定防控策略時，可以綜合考慮生態(tài)與行為因素的相互作用，并進一步通過定量調控生物遷移行為或病毒感染特性等關鍵參數，應對傳染病的傳播。
通訊作者、深圳先進院合成所傅雄飛研究員介紹，該研究通過在分子層面定量調控細菌遷移速度和噬菌體侵染能力，結合數理模型，揭示了在定向空間擴張宿主與病毒共遷移系統(tǒng)的時空有序結構，從而解釋了群體層面生物的“遷徙淘汰”機制，實踐了定量合成生物學“造物致知”的理念。