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如何破解广西快三买下期:【原】重構SARS流行病的起源和擴散

來源:用戶 GOLEV 收藏 編輯:王阿強

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SARS(嚴重急性呼吸系統綜合癥)是(SARS-CoV)引起的最近出現的疾病。它由29,571個堿基長的單鏈RNA組成,顯示出類似于冠的特征性尖刺包膜蛋白。

SARS的首例病例于2002年底在中國廣東省出現,并在接下來的幾個月(2003年1月至2003年2月)內爆發為一次重大疫情。大多數感染者在廣州醫院感染了該病。在這家醫院工作過的一名醫生于2003年2月前往香港,并留在了Metropole酒店。醫生和其他許多酒店客人都感染了該病毒,并攜帶病毒和病毒前往不同的目的地(越南,加拿大,新加坡,臺灣)。

通過分析2002年末和2003年收集的SARS-CoV樣本之間的系統發育關系,我們可以重建SARS流行病的歷史并了解它在如此短的時間內如何在世界范圍內傳播。

加載SARS株的序列數據

我們考慮13種人SARS冠狀病毒菌株的核苷酸序列,這些菌株的位置和收集日期是已知的。 該序列對應于刺突S蛋白,其負責與特定受體結合并且被認為是主要的抗原決定簇。 由于中間宿主果子貍被認為是人類SARS-CoV的來源,因此我們也考慮了從果子貍中提取的樣本。 為了方便起見,序列數據存儲在稱為尖峰的結構中,該結構由每個病毒株的Header和Sequence字段組成。 也可以使用表accNum中存儲的登錄號從GenBank?數據庫下載數據。

accNum =

  14x3 table

    GenbankAccession    CollectionDate          Location     

    ________________    ______________    ____________________

       'AY278489'       'DEC-16-2002'     'GZ 12/16/02'      

       'AY394997'       'DEC-26-2002'     'ZS 12/26/02'      

       'AY395004'       'JAN-04-2003'     'ZS 01/04/03'      

       'AY394978'       'JAN-24-2003'     'GZ 01/24/03'      

       'AY394983'       'JAN-31-2003'     'GZ Hospital'      

       'AY304495'       'FEB-18-2002'     'GZ 02/18/03'      

       'AY278554'       'FEB-21-2003'     'Metropole 02/21/03'

       'AY278741'       'FEB-26-2003'     'Hanoi 02/26/03'   

       'AY274119'       'FEB-27-2003'     'Toronto 02/27/03' 

       'AY283794'       'MAR-01-2003'     'Singapore 03/01/03'

       'AY291451'       'MAR-08-2003'     'Taiwan 03/08/03'  

       'AY345986'       'MAR-19-2003'     'Hong Kong 03/19/03'

       'AY394999'       'MAY-15-2003'     'Hong Kong 05/15/03'

       'AY627048'       '           '     'Palm civet'

計算序列對距離

通過計算一個對稱矩陣來獲得構建系統樹的距離矩陣,該對稱矩陣通過Jukes-Cantor校正保持成對的遺傳距離。 忽略代表缺口的序列位點。

通過繪制距離矩陣,我們可以了解彼此更緊密相關的序列子集的存在(中心群集,由較暗的色調表示)。 與果子貍有關的最后一個序列與該組大多數成員之間的距離最遠。 這是預期的,因為它是非人類冠狀病毒。

s1.png

構造一個鄰接系統進化樹

使用上面計算的距離,使用鄰居連接方法構建系統發育樹。 在這種情況下,我們假設進化距離估計的方差和獨立性相等。

s2.png

這棵樹描繪了這種流行病的故事。 早期感染均發生在廣州和中山,分別標記為GZ和ZS。 國際案件(香港,新加坡,河內,臺灣,多倫多)都是相互關聯的,并且似乎可以追溯到香港大都會酒店。

估計流行的起源日期

因為每個SARS菌株的收集日期是已知的,所以我們可以觀察到病毒突變隨時間的進展。 考慮根據木村模型的成對距離,該距離可區分過渡突變率和轉錄突變率。 然后,將分析范圍限制在每個人類應變與果子貍應變之間的距離。 最后,繪制遺傳距離與采集日期的關系圖。

s3.png

關于果子貍的序列,我們觀察到遺傳距離大約隨時間線性增加。 執行多項式擬合和最小二乘插值以概述病毒突變隨時間的進展,并估計流行病起源的大概日期。 感染的開始或多或少地與多項式擬合的根相對應,即與果子貍序列的遺傳距離為零的任何日期

爆發時期estimated_origin = '17-Sep-2002'

s4.png

重生系統發育樹

因為由新的人類SARS-CoV株引起的疾病似乎起源于果子貍,所以我們可以假設,人類菌株的系統樹的根的位置緊鄰與果子貍相關的節點。

s5.png

重生的樹更好地說明了SARS流行的進程。 從2002年廣東省的早期感染(GZ 12/16/02和ZS 12/26/02)開始,該病毒于2003年初在廣州醫院傳播(GZ醫院01/31/03),并傳播到香港 通過在上述醫院工作并住在大都會飯店(Metropole 02/21/03)的醫生。 然后,該病毒通過大都會酒店的受感染客人跨境傳播。

建立即時觀察系統發育樹

假設樣本在不同的時間點代表SARS冠狀病毒,我們可以觀察到隨著系統進化樹(基于遺傳距離構建)的發生而產生的病毒。 我們可以模擬樹重構中的各個步驟。 電影功能可對樹的構建過程進行動畫處理。

通過有向圖可視化病毒的擴散

我們還可以使用有向圖來可視化病毒的擴散,其中每個節點代表一個感染的個體,邊緣的權重與序列之間的遺傳距離相關。 首先,基于樣本的收集日期創建一個鄰接矩陣,以使可能的路徑穿過在收集日期方面兼容的節點。 然后,使用先前計算的Jukes-Cantor距離將權重分配給節點之間的邊緣。 最后,確定從與果子貍關聯的節點到其他每個節點的最短路徑。

s6.png

總結

正如SARS輕輕的來,輕輕走一樣,希望NCP也一樣快點走開,不要帶走太多的云彩!

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