《Nature论文解读!揭示在南非发现令人担忧的新冠病毒变体》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2021-03-20
  • 冠状病毒SARS-CoV-2变体出现在世界不同地区,其中的许多变体以惊人的速度传播。在一项新的研究中,一个国际研究小组在南非鉴定出一种传染性的SARS-CoV-2变体(下称SA变体)。相关研究结果近期发表在Nature期刊上,论文标题为“Emergence of a SARS-CoV-2 variant of concern with mutations in spike glycoprotein”。

    论文共同作者、美国加州大学河滨分校医学院生物医学科学教授Adam Godzik说,“这些新的COVID-19变体是下一个新的前沿。其中,SA毒株和巴西毒株最令人担忧。它们的突变使它们对我们用现有疫苗产生的抗体产生抵抗性。人们普遍认为,我们正处于一场激烈的竞赛中:除非我们迅速给人们接种疫苗,并消灭这种流行病,否则新的变体将占据主导地位,以至于我们所有的COVID -19疫苗都将无效。”

    Godzik和两年前加入他的实验室的博士后研究员Arghavan Alisoltani-Dehkordi通过使用计算机模拟提供这种SA变体的刺突蛋白结构来帮助描述它。

    Alisoltani-Dehkordi提到,南非夸祖鲁-纳塔尔大学和开普敦大学的研究团队从2020年10月15日至11月25日期间在南非三个省份收集的样本中发现了这种SARS-CoV-2的新谱系或变体,即SA变体。到2020年11月初,这种SA变体迅速成为来自其中两个省份的样本中的主导变体。

    Alisoltani-Dehkordi说,“每种SARS-CoV-2变体都有特定的突变。Godzik教授和我利用计算机建模,提出了SA谱系中刺突蛋白突变的可能结构后果和功能后果。我们的分析,也得到了其他几个研究小组的证实,表明其中的一些突变可能导致这种病毒的更高传播性和较弱的免疫反应。”

    至少有40个国家发现了这种SA变体,包括美国。Godzik说,“这种变体很可能在尚未测序的地区传播,因此尚未识别到。在美国,测序仍然是一个缓慢的过程。在该国的许多地区,包括加州的河滨市,我们没有任何关于这种变体的信息。”

    对SA变体的初步研究表明,它可能对抗体产生抵抗性,这可能会降低疫苗的功效。Godzik说,“这时它受到了高度的关注。随后的研究证实它对疫苗有抵抗性,并且正在蔓延。不过,南非在通过隔离和其他措施控制这种变体方面做得很好。”

    英国、南非、巴西和美国加州新出现的所有值得关注的SARS-CoV-2变体都显示出共同的突变特征。但这些变体中的每种也都有一套独特的突变。例如,SA变体和巴西变体分别在刺突蛋白K417N和E484K上有两个独特的突变。

    Alisoltani-Dehkordi说,“我们的初步研究结果表明,一些刺突蛋白突变可能与SA变体的传播性增加有关。然而,在这种新的谱系中,刺突蛋白编码基因和其他基因组突变的全部意义还有待确定。需要强调的是,我们并没有足够的证据证实SA谱系与其他谱系相比有更高的疾病进展、严重性或死亡率。但与野生型相比,SA谱系和其他新近出现的谱系具有较高的传播性和不同寻常的分化性,这对SARS-CoV-2毒株的系统监测和在转为疫情暴发之前的变体早期发现提出了很高的要求。”

    Godzik解释说,不存在单一的COVID-19病毒。相反,存在一个不断进化的病毒群体。变体也会不断进化,获得突变,随时可能发生病毒逃逸。

    他说,“很难说只有一种SA变体。理解这一点的一种方法是想象这种变体是一棵树的主要分支,该树有许多较小的分支。其中一些较小的分支可能比其他分支生长得更快,承担更多的重要性。这个动态过程很难预测。”

    Godzik预测COVID-19将成为我们生活中的常客,就像流感一样。他说,“开发一种流感疫苗需要六个月的时间。模型可以预测流感病毒的进化,疫苗在变体出现之前就会被生产出来。如果预测良好,疫苗就会发挥作用。如果预测出错了,一个沉重的流感季节就会随之而来。这就是COVID-19可能的表现。将会投入大量精力来预测下一年会发生什么,疫苗就会被更新,人们将需要强化疫苗注射。”

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03402-9;https://news.bioon.com/article/6785358.html
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    • 编译者:hujm
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    • 与优先为其他年龄组的人群接种COVID-19疫苗相比,首先为老年人接种这种疫苗将大大挽救更多美国人的生命。COVID-19疫苗推出越慢,SARS-CoV-2冠状病毒传播越广,让他们优先接种疫苗就越重要。 这是来自美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员于2021年1月21日在线发表在Science期刊上的一篇标题为“Model-informed COVID-19 vaccine prioritization strategies by age and serostatus”的新论文的关键结论。这篇论文利用数学模型对全球各国不同的疫苗分发策略将如何发挥作用进行预测。 这项研究为美国疾病控制中心(CDC)和世界卫生组织(WHO)提出的优先考虑老年人而不是医务工作者的政策建议提供了依据。 现在,当政策制定者决定如何以及是否执行这一建议时,这篇包含互动工具的论文代表了呈现了这一艰难决定背后的数字。 论文共同通讯作者、科罗拉多大学博尔德分校生物前沿研究所计算机科学系计算生物学家Daniel Larremore说,“常识表明,你要首先保护人群中的老年人、最脆弱的人。但常识也表明,你要首先保护一线的一线人员(如杂货店店员和教师),他们的暴露风险较高。当常识将你引向两个不同的方向时,数学可以帮助你做出决定。” 就这项研究而言,Larremore和论文共同通讯作者、科罗拉多大学博尔德分校应用数学系研究生Kate Bubar与哈佛大学陈曾熙公共卫生学院和芝加哥大学的同事们合作。 他们参考了来自不同国家的人口统计信息,以及关于COVID-19检测呈阳性的人数、这种病毒传播速度、疫苗推出速度及其估计效果的最新数据。 他们随后模拟了五种不同情况下会发生什么,在每种情况下,不同的人群首先接种了疫苗:儿童和青少年;20至49岁的成年人;20岁或以上的成年人;60岁或以上的成年人(考虑到约30%的符合条件的人可能会拒绝)。在第五种情况下,任何想要疫苗的人都能在供应充足的情况下获得疫苗。 来自美国、比利时、巴西、中国、印度、波兰、南非、西班牙和津巴布韦的结果包含在这篇论文中,更多的国家也包含在在线工具中。 根据当地情况,不同的战略效果或好或坏,但也有一些关键的发现。在大多数情况下,在不同的国家,优先考虑给60岁以上的成年人接种疫苗可以挽救最多的生命。 Larremore说,“年龄是脆弱性的最强预测因素。随着年龄的增长,你死于COVID-19的可能性成倍增加。”他指出虽然哮喘等已存在疾病(pre-existing condition)会提高严重疾病或死亡的风险,但年龄会更多地提高脆弱性。 这些研究人员还指出,虽然现在分发的疫苗被认为有大约90到95%的机会免受严重的疾病,但是他们还不知道它们如何阻止感染和传播。如果它们不能很好地阻断,而无症状的传播者比比皆是,那么给老年人接种疫苗又是最有意义的。就算没有别的,他们也能免受严重疾病的伤害。 只有在病毒得到控制,且已知疫苗可以很好地阻止感染和传播的情况下,才有必要让年轻人优先接种疫苗。但美国目前的情况并非如此。 Bubar说,“对于那些可能会因为自己不属于第一批接种疫苗的人群而感到沮丧的一线工作人员来说,我们希望这项研究提供了一些清晰的信息。我们意识到这对他们来说是一个巨大的牺牲,但我们的研究表明这将拯救生命。” 他们发现,更快的疫苗推广也会有帮助。比如,在所有其他条件相同的情况下,如果在目前的传播条件下,疫苗推广速度比目前的速度增加一倍,COVID-19的死亡率可以在未来三个月内减少约23%,相当于少死65000人。 这篇论文还提出,在SARS-CoV-2已经感染了大片人群而疫苗又供不应求的情况下,要求已经检测呈阳性的青年人群靠后接种疫苗可能是有意义的。 Larremore说,“我们的研究表明,优先考虑尚未感染SARS-CoV-2的人,可以让疫情严重的社区充分使用第一批疫苗,并可能更快实现一些群体免疫效果。” 这些研究人员强调,疫苗本身并不是帮助战胜COVID-19的唯一策略。Larremore说,“为了让疫苗在病毒感染之前到达人们手中,我们不仅要迅速推出疫苗,并将它们送到最脆弱的人群手中。我们还必须采用戴口罩、保持距离和明智的政策来阻止这种病毒的传播。”
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-11-30
    • 今年3月之前,世界各地的研究人员分离并测序的大部分SARS-CoV-2基因组编码这种病毒刺突蛋白(S蛋白)氨基酸位点614上的天冬氨酸(D)。到了4月,大多数SARS-CoV-2基因组序列发生了一个突变,将这个位点的D转化为甘氨酸(G)。目前,在全球范围内,这种病毒的614D变体已经全部被614G变体所取代。 这些来自8月发表在Cell期刊上的一篇论文的发现以及来自其他研究团队的确凿的证据,使得世界各地的科学家们开始调查流行的病毒毒株的快速转变是基于一群移动的建立者的随机引入(即建立者效应),还是表明614G提供了某种选择性优势,比如使得它更具传染性。 美国德克萨斯大学医学分校新兴病毒与虫媒病毒世界参考中心的病毒学家Jessica Plante表示,这个问题的答案对解决COVID-19流行病有很大的重要性,这是因为“一个随机事件不太可能产生大规模的流行病学后果”。另一方面,她说,“如果这种病毒真地具有更强的传染性,或者这种病毒造成了更严重的疾病,那么我们需要能够非常迅速地进行验证,这样公共卫生方面就可以意识到现在有一种传染性更强或者更严重的病毒在传播。” 今年秋天发表的几篇论文都指向了后者,即614G比614D更容易传播。 在2020年11月18日发表在Cell期刊上的一篇论文中,研究人员评估了1月至6月间在英国收集的2.5万多份SARS-CoV-2全基因组序列。与其他地方一样,614G在英国3月下旬成为主导的变体,这种614G变体经过多次独立引入,大多来自曾在国际上旅行的人。他们还证实,614G与感染严重程度无关,并观察到年轻患者更容易感染614G,且病毒载量更高。他们的结研究果支持这样的一个观点:614G是阳性选择,很可能影响这种病毒的传播性。 论文共同作者、英国卡迪夫大学遗传流行病学家Thomas Connor告诉《科学家》杂志,“即使有了这个庞大的数据集,我们几乎已经突破了识别这种影响存在的能力极限。”如果样本量较小,检测如此微小的传染性变化将更加困难。 美国西北大学纪念医院传染病研究员Judd Hultquist(未参与这项研究)说,“很多研究团队--包括来自这项迄今为止发表的任何研究中样本数量最大的研究的科研团队---都在研究这种特定变体随时间的增加。但是,让这项新的研究真正令人兴奋的是,他们已经在一个小的人群范围内完成了所有的研究,因此所有的人都在英国境内”,而不是积累来自世界各地的样本,而后者会增加额外混杂因素的可能性。 他在发送给《科学家》杂志的电子邮件中写道,“他们对这一特定人群进行深度采样的能力使得他们能够跟踪同一病毒变体在该人群中的多次独立引入。观察到相同的趋势在多次独立引入后出现,使得他们能够对这些不同的病毒变体如何传播做出结论。” 美国耶鲁大学公共卫生学院流行病学家Nathan Grubaugh(未参与这项研究)说,“他们认为,我们观察到的模式与选择优势相一致,这种基因突变出现和如今已占据了主导地位,这是因为它很可能是对人类的适应。我们在过去已经观察到,你有某种来自动物群体的东西蔓延到人类,它会稍加适应以在人体中变得更好。” 614G变体的那种明显的高度传染性可能是由于感染过程中产生了更多的病毒。Hultquist团队在11月11日发表的一篇论文显示,感染614G变体的患者在其上呼吸道中的病毒载量比感染614D的患者更高。 这些研究结果在动物模型中也成立。Plante和她的同事们在10月份的一项研究中显示,感染614G变体的仓鼠在上呼吸道而不是在肺部中的病毒载量比感染614D变体的仓鼠要高。他们推测,这些较高的病毒载量可能导致传播增加。 Grubaugh说,“据推测,你有更多的病毒,你可能会对别人有更大的传染性。这在原则上是有道理的,但是在现实中,这也是很难证实的或反驳的。” Hultquist说,下一个问题是在传播模型中确定614G变体是否真地更具传染性。“目前多个独立的研究团队已经收集到的数据表明614G变体更易传播,但仍未证明该病毒更易传播。” 德国弗雷德里希-勒夫勒研究所病毒学家Martin Beer及其同事们于10月27日发布了一篇预印本论文,纳入了对614G和614D病毒变体在雪貂和仓鼠模型中传播的面对面比较。他说,“在这个竞争实验中,在50/50的病毒变体混合物中,614G在大多数情况下胜过614D。” Beer说,将所有这些来自Beer实验室的各种证据和流行病学观察结果放在一起,“现在有迹象表明……这很可能不是建立者效应(founder effect),这很可能是这种病毒的真正优势。” 他补充道,但是在现实世界的条件下,确定614G变体在多大程度上更容易传播是一项艰巨的任务。“614G的传播效率肯定不会低于614D。很有可能它的传播效率更高---例如,在‘超级传播者’事件中。” Grubaugh说,鉴于多个研究团队已发现这两种病毒变体“对疾病的严重程度没有影响,至少我们知道就是这样。知道你感染的是哪种变体不会影响你的治疗方案,或者是是否会受到疫苗保护,或者药物是否发挥作用”。 Hultquist表示赞同,“[人们]为保护自己免受一种变体或另一种变体感染所能做的事情都是一样的。戴上口罩。要认识到保持社交距离。定期洗手,并遵守当地的公共卫生指导方针。”