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新冠病毒变异株大梳理:变异必将继续,人类何去何从?

当前,世界各地的科学家都在密切跟踪新冠病毒的突变,并研究这些突变是否会改变病毒的特性。本文介绍了当前主要变异株的特点和影响,并作了简要梳理

撰文 | 史隽

自从2020年初新冠肺炎(COVID-19)大流行开始以来,全世界已出现了一系列新冠病毒的变异株。在疫情早期,一种含有刺突蛋白D614G突变的新冠病毒在世界范围内占据主导地位。科学界普遍认为,D614G突变使病毒更容易传播。近来最受瞩目的是在英国、南非和巴西发现的快速传播的变异株,科学家们怀疑,这几个变异株的特定突变组合可能会影响病毒的传播能力、致病力、免疫逃避能力等。这些问题仍在进一步的研究中。

很多人不禁要问,怎么最近突然出现这么多的变异株?

去年的《117疫情观察:详解病毒基因序列追踪流调大法》就曾介绍过,就突变速度而言,新冠病毒算不上是病毒中的法拉利,相反和许多别的病毒相比,新冠病毒的变异速度并不快,约为流感病毒的一半,艾滋病毒的四分之一。新冠病毒的约 30,000个碱基的RNA基因组每月大约会有两个碱基的突变。

然而,新冠疫情到现在已经持续了一年多,这意味着新冠病毒在人体内繁殖和跳跃超过了一年,因此不可避免地变异累积,进而发展成有无数分支的多样的变异进化树(图1)。

图1. Nextstrain.org上新冠病毒的进化树

相较原病毒,很多变异株(每一株携带特定的突变)的传染性和致病能力并没有很大的改变,因此并不引人注目。目前,有三种迅速传播的变异株饱受关注,它们分别首先在英国、南非和巴西发现,具有一些不寻常的突变。这三个变异株共享一个称为N501Y的突变,该突变在病毒表面刺突蛋白的受体结合域(RBD)。受体结合域对新冠病毒感染宿主(例如人)至关重要:病毒就是利用受体结合域,结合人类细胞表面的ACE2受体,从而进入细胞,实现感染。细胞和动物模型研究表明,N501Y的突变可能使新冠病毒能更紧密地与ACE2受体结合,增强病毒的感染力[1]。

单纯只有N501Y的突变也不那么可怕。然而这些变异株除此之外,还有异常大量的其他突变,其中一些也在刺突蛋白上。有可能,这些多重突变叠加――而不是单个突变――才导致了病毒特性的实质性变化,例如更高的传播能力。

大约在2020年11-12月,科学家们发现带有N501Y突变的变异株在感染人群中的比例显著升高。相似的突变出现在三个独立的变异株中,并且迅速扩散的事实,使科学家怀疑这些变异株可能具有进化优势。

南非和巴西变异株的刺突蛋白上有8-10个突变叠加在一起。最令人担忧的是,刺突蛋白既是疫苗的抗原,又是抗体鸡尾酒疗法(如再生元公司 (Regeneron Pharmaceuticals)研发的,已批准上市)的靶标。这些变异株很可能成为新一代新冠病毒的开山鼻祖,能逃避抗体疗法,或者能逃逸疫苗的免疫保护,甚至两个都能。

几个著名的新冠病毒变异株

(点击看大图)

上表罗列了几个著名的新冠病毒变异株,科学家们还在密切注意其他几种不那么引人注目的变异株。因为科学家们对新变异株的命名系统还未达成统一意见标准化,命名系统还是一团混乱。

只要新冠疫情一天不能有效地控制住,新冠病毒就会有更多的机会传播到更多的机体,未来肯定还会出现新的变种。

好消息是,所有的变异株,无论是现有的还是将来的,原则上都可以通过相同的措施进行防控:勤洗手,戴口罩,社交距离和避免拥挤的地方。

参考文献

[1] H. Gu et al., Adaptation of SARS-CoV-2 in BALB/c mice for testing vaccine efficacy. Science 369, 1603-1607 (2020).

[2] https://twitter.com/EricTopol/status/1352737311281168385.

[3] https://virological.org/t/preliminary-genomic-characterisation-of-an-emergent-sars-cov-2-lineage-in-the-uk-defined-by-a-novel-set-of-spike-mutations/563.

[4] https://cov-lineages.org/global_report_B.1.1.7.html.

[5] H. Tegally et al., Emergence and rapid spread of a new severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) lineage with multiple spike mutations in South Africa. medRxiv, 2020.2012.2021.20248640 (2020).

[6] https://cov-lineages.org/global_report_B.1.351.html.

[7] https://www.reuters.com/article/us-health-coronavirus-japan-variant/japan-finds-new-coronavirus-variant-in-travellers-from-brazil-idUSKBN29F08R.

[8] https://cov-lineages.org/global_report_P.1.html.

[9] https://virological.org/t/sars-cov-2-reinfection-by-the-new-variant-of-concern-voc-p-1-in-amazonas-brazil/596.

[10] https://virological.org/t/spike-e484k-mutation-in-the-first-sars-cov-2-reinfection-case-confirmed-in-brazil-2020/584.

[11] H. Tu et al., Distinct Patterns of Emergence of SARS-CoV-2 Spike Variants including N501Y in Clinical Samples in Columbus Ohio. bioRxiv, 2021.2001.2012.426407 (2021).