1918年6月27日，两名年轻的德国士兵（分别18岁和17岁）死于当年早些时候出现的一种新流感病毒。他们的肺最终被收藏在柏林医学历史博物馆，浸泡在福尔马林溶液中长达100年之久。现在，研究人员对两人感染的病毒进行了测序，让人们得以管窥20世纪最具破坏性的疫情的早期情况。部分基因组提供的线索表明，这种声名狼藉的流感毒株可能在第一波和第二波流感疫情之间适应了人类。

研究人员还成功地对1918年死于慕尼黑的一名年轻女性的病原体的整个基因组进行了测序。作者在近日发表于预印文本库bioRxiv的一项研究中写道，这只是引发那次大流行的病毒的第三个全基因组，也是第一个来自北美以外的病毒。

“这绝对是了不起的工作。”加拿大麦克马斯特大学古代DNA实验室的负责人Hendrik Poinar说，“研究人员已经实现了从档案材料中提取RNA病毒的目标。不久前，这就像很多古代DNA研究一样，是一种幻想。”

病毒基因组测序已经成为惯例。对目前正在发生的冠状病毒大流行，研究人员积累了一个包含100多万个SARS-CoV-2基因组的数据库，使他们能够观察旧的变异消失以及新变异的出现和传播。但导致1918-19年大流行甲型H1N1流感病毒的序列很少。

21世纪初，美国科学家从一名掩埋在阿拉斯加冻土里的女性身上提取样本，煞费苦心地拼凑出一个基因组。2013年，他们展示了美国一个流感死亡病例的第二个基因组，该基因组是从武装部队病理学研究所保存在福尔马林中的尸检组织中提取出来的。

加拿大萨斯喀彻温大学疫苗和传染病研究组织的病毒学家Angela Rasmussen说，这两项研究都是耗时、昂贵的努力，很少有人试图效仿。

亚利桑那大学的进化生物学家、新预印本研究作者之一Michael Worobey说，追踪存档的组织样本本身就是一个挑战。“为了寻找样本，我们的团队搜索了很多不同的地方，很难找到它们。”

罗伯特·科赫研究所的进化生物学家Sebastien Calvignac-Spencer和同事现在研究了柏林医学博物馆和维也纳收藏的1900年至1931年的13个肺组织样本。他们在其中三个样本中发现了流感病毒的RNA片段，这些样本都可以追溯到1918年。（像SARS-CoV-2一样，流感病毒的基因组由RNA组成，而不是DNA。）

尽管RNA被分解成小片段，但这些小片段足以重建这名17岁女子身上病毒的整个基因组，以及导致两名士兵死亡的近90%和60%的病毒基因组。Calvignac-Spencer说，对福尔马林固定组织中的遗传物质进行测序仍然比其他种类的样本更难。“但这并非不可能的工作。”

1918年的流感大流行是20世纪最致命的呼吸道大流行，并决定了随后的人类流感A病毒（IAV）的基因组组成。此次作者分析的是1918年欧洲的首个IAV基因组和第一次较温和的流感大流行。

两名士兵的部分基因组来自第一次温和的流感大流行，接踵而至的是1918年秋季席卷全球的一场更严重的大流行。科学家推测，该病毒起源于鸟类，在第一波和第二波疫情之间变得更适合人类。其发生的一种可能性是，血凝素的基因（病毒表面的一种重要蛋白）产生氨基酸交换突变，将一种常见于禽流感病毒的特定甘氨酸，替换为更具有人类病毒特征的天冬氨酸。然而，两名德国人的病毒序列都在这个位置上携带了天冬氨酸，这使得这种情况不太可能发生。

研究人员确实在病毒核蛋白（有助于确定病毒能感染哪种物种的结构蛋白）的基因中发现了进化的线索。此前报道的1918年流感毒株，都来自大流行的后期，基因中携带两个突变，可帮助流感避开人体固有的抗病毒防御；而德国士兵的病毒基因组序列则更像感染鸟类的。

“这可能是病毒在大流行的头几个月里进化到更好地避免人类免疫反应的一个迹象。”Calvignac-Spencer说。另一位慕尼黑女性的流感病毒株也携带着更像感染鸟类的核蛋白，但鉴于其死亡日期尚不确定，无法得出关于该病毒株进化的任何结论。

不过，来自这名女性的病毒全基因组也提供了其他线索。研究人员用它来恢复病毒的聚合酶复合体，这是由三种蛋白质组成的一种结构，它们一起复制病原体的基因组。在细胞培养实验中，他们发现，来自慕尼黑菌株的复合物的活性大约是来自阿拉斯加菌株的聚合酶复合物的一半。（这项研究并未造成安全问题，因为该团队没有重建整个病毒。）

Poinar说，从培养皿研究推断人类感染很困难。尽管如此，“事实上，你可以在体外测试‘已灭绝’菌株的影响，这对理解其毒性的进化，以及当我们遇到另一场流感流行时制定潜在的对策，有着巨大的影响。”

这项工作还表明，病理学档案是是个“宝库”，时至今天仍然可以提供关于1918年大流行的更多信息，Rasmussen说：“如果说过去18个月我们证明了什么，那就是我们应该在努力预防未来大流行的同时，好好记住过去大流行的教训。”

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https://doi.org/10.1101/2021.05.14.444134