最新AI疫情地圖:8大新冠病毒變種台灣8種全中! 輸入地名,就知道誰攻陷你的城市

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圖片來源:高偉倫 設計

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採訪、撰文.陳芳毓 圖.林清詠、未來城市編輯部

去年12月24日聖誕夜,第一株完成基因定序的新冠病毒公開在世人眼前,它來自武漢一位65歲的男性。至今,各國研究機構已上傳1萬2294株病毒,到全球最大病毒基因資料庫GISAID。全球學者都想靠它回答:新冠病毒到底從哪來?又要往哪去?

今年2月以來,中國、英國學者陸續發表研究成果,但受限於病毒樣本不足,仍未對病毒「身世之謎」提出有說服力的答案。

病毒起源的研究,引起哥倫比亞大學兼任教授,AI新創公司圖策智能(Graphen)執行長林清詠的興趣。人工智慧界無人不識林清詠——他在IBM任職近17年,曾是首席科學家暨超級電腦部門華生(Watson)網路與人工智能創辦人。

哥倫比亞大學兼任教授,AI新創公司圖策智能(Graphen)執行長林清詠

「想不出病毒不是最先從中國傳出的理由」

3月,他以人工智慧畫出全球500株新冠病毒的演化途徑;4月,他進一步比對1.2萬多株基因定序後的病毒後,有兩大發現:

第一,這1.2萬株病毒,約以「每週多一個能流傳的變異」的速度演化。以這個速度推算,第一個新冠肺炎病例可能出現在11月中、下旬。(延伸閱讀|武漢肺炎是人造病毒還是SARS?有特效藥?杜奕瑾AI團隊解答你最擔心的四個問題

全球新冠病毒分為8大類。製圖:許鈺屏

【註】B:這些變異影響了各蛋白質,但這些變異在現有序列中並未再產生大規模傳播。C:S蛋白是病毒感染人類的關鍵,惟變異位點並不在與人體細胞膜受體(ACE2)結合趨勢(RBD)上,可能不影響感染強度。D:NSP3負責把病毒的各蛋白質剪開,影響被感染細胞的蛋白質。E:ORF8蛋白的功能尚待研究,NSP13可能是病毒用於展開RNA。F:這些變異影響了各蛋白質,不過現有序列中未再產生大規模傳播。G:N蛋白是用來保護病毒基因RNA的殻。H:ORF3的功能在於把宿主細胞膜戳破,讓在其中複製的病毒外傳。

第二,病毒可依分布地分為8大類:始祖是所有病毒變異起點A,之後陸續演化出B、C、D、E、F、G、H。A與B早在12月底就出現,H直到2月19日才首度被發現。(馬上查詢|你的國家有哪幾種病毒變種?

在這60日中,8種病毒分區攻佔全球:B橫掃中國、C攻陷歐洲、D在英荷港、E佔領美西、F跨西、韓、澳、中;而G以歐陸為主,H越洋登陸美東。台灣除了E類,其他種類都有;比例最高的分別是來自中國的B類,與傳播最快、分佈在美東的H類。

林清詠認為,有些地區的主要病毒株是在當地變異後,才發生大流行,無法證明「感染源直接來自中國」。但基因演化樹顯示,這1.2萬多株新冠病毒,每一株都能「回溯」至12月底、1月初最早在中國收集定序的兩株病毒,因此也還「想不出病毒不是最先從中國傳出的理由。」

 

研究基因變異可回答「病毒從哪來?」

由於病毒會定期變異,科學家只要搜集夠多的病毒,加上精細程式運算,就能比對變異數量與方向,畫出病毒族譜,推斷感染爆發時間,進而回答「病毒到底從哪來?」

從哪兒來,是要探索「來源」的基因庫(如蝙蝠)中,是否有正在成形的未來風暴;往哪兒去,則是觀察病毒演化方向,監測發展中的新能力(如造成嗅味覺喪失),作為研發疫苗的參考。

這兩個大哉問,又延伸出更多疑問:比如,為何美東疫情比美西嚴重?造成嗅味覺失靈的病毒從哪來?台灣能守住疫情,除了防疫政策,是否也與病毒種類有關?將病毒分類後,基因與病毒學者就進一步分析解答。(延伸閱讀越洋專訪|一張圖看懂全球疫情怎麼傳!旅美24年台灣AI科學家提醒:歐美病毒恐愈傳愈有攻擊力「不能放任它傳!」



這8類病毒,各有哪些特徵?

A類:最接近蝙蝠的病毒

A只有兩個基因組,功能差別不大,還有三個共通點:

第一,都源自武漢。

其中一株 (A1) 在武漢當地傳播,另一株 (A2) 可能在武漢封城前,四散到湖北、廣東、江西、山東、浙江等省份,台灣與澳洲也有零星案例。

第二,其他病毒皆以它們為中心往全球擴散,在演化樹上是幾乎所有病毒株的起點。

A1是最先被定序公佈的病毒株,也是目前全球對新冠病毒研究的基準;A2則較接近蝙蝠和穿山甲身上的冠狀病毒基因。

第三,它們的基因最接近新冠病毒潛在原宿主——中國菊頭蝠(註)。(延伸閱讀|讓國旗登上WHO主辦的黑客松!AI一秒判讀新冠肺炎X光 成大擊敗全球1000多隊奪勝

圖表設計:陳芳毓

B類:大本營在中國

由於2月後,中國幾乎不再上傳病毒株,資料庫中1.1萬多株病毒中,僅近400株來自中國,B佔了絕大多數。

武漢一半以上病例來自B類,其餘則分佈在湖北、江西等,以及廣州、佛山、荊州、青島等城市,之後傳入亞洲各地。(延伸閱讀|封城能擋疫情?台大教授算高鐵班次發現:周邊城市確診人數是其他城市的1.5倍

部分歐洲國家的病毒分佈佔比,C類占比高。圖表設計:陳芳毓

C類:佔領歐陸

1月28日,德國慕尼黑採集到歐洲第一個案例,它來自武漢最大的病毒A類。它有許多變異的「親戚」,數週後陸續在歐洲各國現蹤:其中一支在2月20日後造成義大利北部大感染,米蘭的病毒更是全數來自此分支,最後擴散到整個歐陸,形成C類。

G類:歐陸跨海去南美

這個病毒幾乎涵蓋整片歐陸,包括葡萄牙、瑞士、捷克、俄羅斯、愛爾蘭、義大利、比利時、英國、荷蘭,還去到巴西,成為南美洲國家流行的起源,地區相當分散。

麻煩的是,G類不只有S蛋白變異,還有N蛋白的變異。由於英國最早傳出嗅味覺喪失案例,台灣的嗅味覺喪失案例也多有英國旅遊史;林清詠懷疑,N蛋白變異可能和造成嗅味覺喪失有關。

他解釋,這段N蛋白變異會影響人體一個基因;這個基因若有變異,會造成肌肉萎縮,即一般熟知的漸凍人(ALS)。

隨著病毒擴散,德國、韓國也陸續出現嗅味覺喪失的案例。喪失嗅覺,可能是病毒攻擊鼻部的嗅覺細胞,也可能深入攻擊大腦的嗅球(即鼻腔嗅神經元與大腦嗅覺中樞的中繼站。)事實上,2008年便有論文指出「SARS會攻擊實驗鼠的嗅球」。

「嗅味覺喪失是因為神經被攻擊,ALS也是神經問題,所以或許有關,」林清詠大膽假設。但尚無證據,還需臨床實驗研究才能確認。

H類病毒在美東擴散。圖表設計:陳芳毓

H類:法國越洋進美東

雖然1月底美國便禁止中國人入境,阻絕了來自中國的病毒;殊不知當時病毒已入侵歐洲,直到3月11日美國全面禁止入境,病毒都是悄悄繞過大西洋,從美國東岸登陸。

林清詠觀察,美東最大一株2月21日首度出現在法國北部,10天後登陸紐約;它高速自我繁延,紐約州高達86%病毒都是它的子孫。

「我看到嚇一跳,『血統』好純!」林清詠解釋,當一個地區出現壓倒性病毒株,往往代表該病毒活動力強,一落地便快速席捲美東,恐也是造成美東確診人數遠高於美西的原因。

因此,美國許多媒體認為病毒來自歐洲,而非美國總統川普口中的「Chinese Virus」 。比對基因序後,林清詠認為公允的說法是「美國被歐亞夾攻」,前者佔美國總病毒數53%(H類),後者占28%(E類),只有中部數洲的災情比較輕微。

E類:加、美西流行禍首 

1月19日,美國華盛頓州西雅圖採集到美國第一株新冠病毒,來自一位35歲男性。他剛從武漢拜訪家人回來,在4天發燒與咳嗽後,戴著口罩走進地方小診所。

另一個西岸大州加州,則在1月底出現第一個案例。只不過在第一例出現後,病毒似乎銷聲匿跡了3週,直到2月20日前後才爆發大流行。

根據4月中的統計,每10萬人中,華盛頓州有155感染,加州則僅80人,比紐約州高達1,248人感染的數字低很多。這是否代表E類傳染力較弱?

林清詠尚未從基因中找到證據;他認為,美東坐地鐵,容易傳染;美西開車,較能保持社交距離,「更關鍵的影響可能是通勤習慣。」

F類:西、韓、澳、中跨三洲

F類與E類系出武漢外散,且與蝙蝠和穿山甲最接近的A2病毒株同源。但E向東走,F卻流離四散,韓國、澳洲都有,西班牙還有45%的病毒來自此。

8大類新冠病毒的家族樹(截至4/29)。圖片來源:林清詠

「失落的3週」造成各國感染失控

回顧歐洲與美國西岸,傳染模式如出一徹:1月底出現第一例,沈寂3週後,出現另一株帶有變異的病毒,在2月20日前後爆發大流行。

「那三個禮拜是關鍵期,」林清詠如今回頭看,當時,歐美焦點都在防堵中國旅客,卻忽略已入境的漏網之魚;而由於3週沒有檢測,病毒是何時、何地產生變異,也莫衷一是。

GISAID也聲明,由於疫情早期資料不足,無法細緻解讀全球疫情傳播史;乍看直接相關的病例,等累積更多資料後,可能又與其他國家的案例相連。

「可能是病毒傳到當地後變異,也可能是變異後才傳到當地,」林清詠舉例,造成義北大感染的病毒,便不一定來自慕尼黑;由於慕尼黑的同株病毒同時間也在上海檢測到,所以「變異也可能來自去過中國、又到義北的未知旅客」,傳播途徑比想像中更複雜。

進入3月後,大夢初醒的歐美各國終於封鎖國境,使新冠病毒從跨洲傳播進入國內社區傳播,並產生各種地區變異。

例如3月中,英國威爾斯分別上傳了上百株當地特有病毒,冰島也上傳了41株當地才有的病毒。隨著各國上傳病毒株增加,各地病毒特色也日趨明確,更可作為疫苗研發參考。

「疫情即便平息,也可能從動物身上回傳」

百日之後,全球疫情已見趨緩。但是,新冠病毒會完全從人類生活中消失嗎?答案是:不會。

「疫情要完全平息是很難的。即便平息,也可能從動物身上傳回來,」林清詠舉例,人類一度以為消滅了SARS,不料17年後,變異的病毒又從蝙蝠身上出現,造成更嚴重的衝擊,「誰知道有沒有下一次?」

因此,新冠病肺炎傳開後,學者立刻開始研究,哪些密切接觸人類的動物可能受影響。2月起,有論文指名貓、豬的風險高;4月,紐約布朗動物園的老虎也驗出新冠病毒,確認了先前的發現。

為了解病毒運作機制,林清詠讀了超過60篇論文,其中5、6篇來自中國科學院武漢病毒研究所。「讀了研究論文,常常掩卷長嘆,」他佩服中國在SARS後對冠狀病毒投入的大量研究,使世人更了解這類病毒的機制,也為新藥及疫苗開發帶來希望。

然而,部分論文主題也使他膽戰心驚。

2007年,中國知名學者石正麗團隊,改造蝙蝠上一個不會感染人類的類SARS冠狀病毒,在培養皿感染人類細胞;2011年在雲南一處蝙蝠洞找到和SARS高度同源的病毒,證明不需中間宿主,病毒就可能直接從蝙蝠感染人類;2014年,她又與美國北卡羅來納大學教堂山分校團隊合成新SARS病毒成功感染老鼠,接著以靈長類做實驗⋯⋯日前又傳出,另一支西方團隊在一處緬甸山洞的蝙蝠身上,發現了6種新冠狀病毒

「原本,物種身上的病毒,各走各的陽關道和獨木橋⋯⋯該警惕的,是人類打開了潘朵拉的盒子,」林清詠為他百日來的研究做了小節,也是給所有科學家的提醒。

未來城市編輯部

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