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《BioRxiv | 吴云涛教授实验室开发出一种新的嵌合阿尔法病毒-新冠病毒系统用于新冠疫苗诱导中和抗体和病毒突变株的快速检测》

  • 来源专题：中国科学院病毒学领域知识资源中心
  • 编译者： malili
  • 发布时间：2021-01-23

  • 新冠病毒（SARS-CoV-2）研究需要高水平的P3安全级别实验室，限制了常规实验室使用野生型病毒开展研究和临床检测。而非病毒系统虽然可以用于快速抗体检测，但无法定量抗体中和病毒的效果。假病毒(pseudovirus)和病毒样颗粒（VLP）广泛用于新冠病毒药物和疫苗研发。假病毒，如SARS-CoV-2 S蛋白假慢病毒和SARS-CoV-2 S蛋白假水疱性口炎病毒病毒，可以模仿新冠病毒的入侵过程，但是它们缺少新冠病毒的M，E和N结构蛋白。病毒样颗粒（VLP）与新冠病毒结构非常相似，但病毒样颗粒不能在靶细胞中表达基因，因此无法在药物筛选和中和抗体检测中使用。另外，虽然使用假病毒是目前大规模中和抗体检测的金标准，但用假病毒需1-3 天才能检测出信号，花费时间较长。

    本研究中，George Mason大学吴云涛教授实验室研发出一个全新的嵌合阿尔法病毒-新冠病毒系统（Ha-CoV-2)。该系统在结构上是病毒样颗粒，有和新冠病毒一样的外表颗粒结构，但具有假病毒的基因表达能力，可以在靶细胞中快速表达示踪基因。该嵌合病毒系统第一次使用甲病毒载体实现了新冠病毒示踪基因的快速表达，能在3-5小时内快速检测出信号，并且能对示踪基因表达作定性定量测定。吴教授实验室通过实验进一步证明，此嵌合病毒系统（Ha-CoV-2）可用于感染者和新冠疫苗注射者体内中和抗体的快速筛选和定性定量分析，并且可快速确定注射的新冠疫苗对突变毒株是否有效，还可用于抗新冠病毒药物快速筛选。原文题为“Development of a novel hybrid alphavirus-SARS-CoV-2 particle for rapid in vitro screening and quantification of neutralization antibodies, antiviral drugs, and viral mutations”。

    原文链接：

    https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.22.423965v1

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相关报告

  • 《新冠病毒变异为全球抗疫带来不确定性》
    • 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：2021-03-30
    • 近段时间，传染性和致病性更强的变异新冠病毒正迅速取代传统病株，导致欧洲等地区疫情加剧，感染增多又促使病毒加速变异。新冠病毒变异的消息接连不断，病毒变异与疫情加剧有进入恶性循环的趋势，为全球抗疫带来了新的不确定性。 　　多种变体层出不穷 　　截至今年2月，全球已发现至少4000多种新冠病毒变种，其中多个变种传染性、致病性增强，可能降低某些疫苗的有效性，还有变种难以被传统检测手段发现，这些特性引发广泛担忧。 　　研究证实多个变种传染性提高。如英国报告的变异新冠病毒（B.1.1.7）传染性提高了50%。目前，B.1.1.7已在欧洲多国成为主要传染病株，在法国已占新增病例的76%；致病性方面，据《自然》15日在线发表的研究称，B.1.1.7变异株相关的死亡风险较传统病株增加了61%。此外，变异还可能导致病毒出现“免疫逃逸”。英国牛津大学网站2月7日发布的一项初步研究结果称，该校与阿斯利康制药公司合作开发的新冠疫苗对于B.1.351所导致的轻度至中度感染仅能起到“极小”的预防作用。 　　法国布列塔尼地区最新发现的变异病毒20C/H655Y能够逃避鼻咽拭子核酸检测（PCR检测），可能导致难以及时诊断和甄别新冠肺炎感染，对采取“零新冠”策略的国家构成潜在威胁。对于其能逃避传统检测的原因，目前主要猜测是病毒似乎不感染上呼吸道细胞，而集中存在于肺部。法国地区卫生署3月26日更新数据，全法确诊感染20C/H655Y的患者增加至13人，其中7人死亡（更正了此前8人死亡的数据）。 　　新变异病毒的名单还在不断增加。比利时媒体3月21日报道，列日大学检测出名为B.1.214的新冠病毒新变种，呈现出此前从未发现的变异：该变异株的S蛋白RNA序列上增加了9个核苷酸。B.1.214目前约占比利时感染总数的4%，变异对该病毒的功能性影响尚不清楚。 　　为应对变异，研发和生产新型疫苗已提上日程。法国总统马克龙3月26日在电视讲话中称，病毒将继续存在、传播、变异，欧洲正在开发应对新型变异病毒的方法，以期在今秋生产第二代疫苗。 　　杂交合体增加风险 　　除了病毒变异问题外，英国近日还发现不同的新冠病毒变异株能够进行“杂交”，合成新的病毒重组体。在3月17日发表的一项研究中，英国新冠病毒基因组学联盟（COG-UK）宣布，其已发现15种由不同新冠病毒变异株结合形成的“合体”新冠病毒。 　　法国索邦大学病毒学教授文森特·玛赫莎勒对此表示，病毒变异通常是病毒基因组内部发生突变，很多时候是由于复制错误导致。但重组体更像是一种病毒的有性繁殖，它是一种嵌合体，是两种亲本病毒杂交的产物。病毒的两种变异体必须在同一个人体内感染同一细胞，并且必须在病毒复制过程中非常精确的阶段发生变化，导致复制酶先后通过两种基因合成病毒。 　　玛赫莎勒教授称，这种重组是新冠病毒强烈传播的结果。病毒传播的范围越广，就会出现越多的变种，遇到这种情况的机会就越大。特别是近期，传统病株正被具有强大传染力的英国发现的变种所取代，这一过程非常有利于新冠病毒发生“合体”。 　　一些病毒比其他病毒更容易发生这种重组。英国科学家在报告中称，“重组是冠状病毒进化的常见特征”。英国爱丁堡大学分子进化教授安德鲁·兰巴特在社交媒体上表示，新冠病毒发生重组“完全是预料之中的”。 　　考虑到新冠病毒的这种变异特性，玛赫莎勒教授认为，引发全球大流行的“始祖”新冠病毒就有可能是通过这种重组形式突变而来的。重组体的出现从各种角度来看，都不是好消息。“合体”可能将两种不同病毒所具备的特性结合在一起，具有强传染力的变种和具有高抵抗免疫系统能力的变种产生的重组体有可能结合这两种特性。 　　突破屏障扩展宿主 　　目前已知新冠病毒能够感染灵长类动物、仓鼠、水貂、猫等多种动物，其它动物则对该病毒具有天然抵抗力。自新冠疫情流行以来，老鼠已显示出对新冠病毒的抵抗力，作为新冠病毒的关键受体，老鼠的血管紧张素转换酶2（ACE2）与人类有很大差异，这种结构差异阻止了新冠病毒与细胞之间的充分接触。 　　但法国巴斯德研究所3月18日发表的一项研究表明，B.1.351和P.1等被世卫组织密切监视的“关注变种”（VOC）能够在实验室中通过自然方式感染小鼠，这与最初鉴定的新冠病毒的历史株不同。 　　目前尚不确定感染VOC新冠病毒的小鼠是否可以通过密切接触或气溶胶传染给未感染过新冠病毒的小鼠或人类。B.1.351和P.1将新冠病毒的宿主扩展到小鼠，并可能扩展到其它啮齿动物。 　　突变导致新冠病毒能更容易突破物种屏障，这种扩展宿主和跨物种传播的潜在能力为全球抗疫增加了更多不确定性。玛赫莎勒教授表示，各国必须开始对动物开展广泛监测，以避免新冠病毒发生进化飞跃，防止情况进一步复杂化。
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  • 《Nature：重磅！科学家识别出有望中和新冠病毒奥密克戎变异毒株的新型抗体！》
    • 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：2022-01-05
    • 近日，一篇发表在国际杂志Nature上的一篇题为“Broadly neutralizing antibodies overcome SARS-CoV-2 Omicron antigenic shift”的研究简报中，来自华盛顿大学医学院等机构的科学家们通过研究识别出了能有效中和新冠病毒奥密克戎变异毒株和其它SARS-CoV-2突变体的抗体，这些抗体或能靶向作用病毒的刺突蛋白区域，该区域会随着病毒的突变而基本保持不变。 研究者David Veesler说道，通过识别出这些广谱中和性抗体在刺突蛋白上的靶点，我们或许就能设计出疫苗和抗体疗法来有效抵御奥密克戎变异毒株以及未来可能出现的其它突变毒株；本文研究发现告诉我们，通过重点关注针对刺突蛋白上高度保守位点的抗体，未来或许有望开发出一种克服病毒持续进化的新方法。 奥密克戎变异毒株在刺突蛋白上有37个突变位点，其能利用这些突变位点锁定并入侵宿主细胞，这一突变是一个异常高的突变数量；科学家们认为，这种改变或许就能部分解释为何变异毒株能如此迅速地扩散，并感染已经接种疫苗的人群，以及重新感染那些此前并未被感染的人群。如今研究人员试图回答的主要问题是，奥密克戎变异毒株的刺突蛋白所发生的这些突变组合是如何影响其结合细胞并逃避免疫系统抗体反应的能力的。 研究者Veesler及其同事推测，奥密克戎变异毒株所产生的大量突变或许会在一个免疫系统功能较弱的患者的长期感染中不断积累，或者是病毒从人类跳跃到动物物种而后再回到人类机体中来。为了评估这些突变所产生的影响，研究人员设计出了一种丧失功能且无法复制的病毒，即假病毒（pseudovirus），以此来在其表面产生刺突蛋白，就像冠状病毒那样；随后他们制造出了刺突蛋白上携带奥密克戎突变的假病毒，以及在大流行病中最早发现的变异毒株上的突变。 研究人员首先观察了不同版本的刺突蛋白是如何结合细胞表面蛋白的以及其所结合的程度，病毒能利用刺突蛋白来锁定并入侵宿主细胞，这种蛋白质称之为血管紧张素转换酶-2（ACE-2）受体。研究者发现，相比新冠大流行初期速所分离的病毒而言，奥密克戎变异毒株的刺突蛋白结合宿主细胞的能力是前者的2.4倍，这或许并不是一个巨大的增长。研究者指出，但在2002-2003年爆发的SARS疫情中，能增加亲和力的刺突蛋白突变或许与病毒更高的传播性和感染性有关，此外，奥密克戎变异毒株能更加有效地结合小鼠细胞的ACE2受体，这就表明，奥密克戎变异毒株或许能在人类和其它哺乳动物之间互相传播。 随后研究人员分析了针对该病毒早期分离物的抗体抵御奥密克戎变异毒株的水平，他们利用此前感染过该病毒早期版本的患者或接种过抵御早期病毒版本的个体机体的抗体来进行相关研究。结果发现，曾被早期病毒感染过的个体或接种过目前最常用的6种疫苗之一的个体机体的抗体都能降低阻断奥密克戎变异毒株感染的能力。此前被感染过的患者、那些接种过中国医药集团新冠疫苗以及单剂量强生公司疫苗的人机体所产生的抗体几乎无法或不能阻断/中和奥密克戎变异毒株进入宿主体内的细胞；而接受过两剂Moderna、辉瑞/BioNTech和AstraZeneca疫苗的个体机体的抗体或能保留一部分中和活性，尽管其活性减少了20-40倍，这要比抵御其它新冠病毒变异毒株的效用都要多。 已经感染过、已经恢复且已经接种过两剂疫苗的个体机体的抗体或许活性发生了下降，但降低的幅度较小，大约为5倍，这就清楚揭示了感染后接种疫苗所产生的保护效力。研究者表示，肾脏透析患者在接受第三剂Moderna和辉瑞/BioNTech生产的mRNA疫苗加强针后，其机体所产生的抗体的中和活性仅降低了4倍，这就表明，接种第三针疫苗对于抵御奥密克戎变异毒株是非常有用的。除了一种目前被授权或批准的用于接触过该病毒的抗体疗法外，目前其它所有的抗体疗法在实验室检测中都对奥密克戎变异毒株没有活性或活性明显下降；而研究发现，sotrovimab抗体或许就是一个例外，其所产生的中和活性降低了2-3倍。 但当研究人员测试了针对该病毒早期版本的一个更大规模组的抗体时，研究者发现，有4类抗体能保留中和奥密克戎变异毒株的能力，这些类别中的抗体都能靶向作用奥密克戎变异毒株四钟刺突蛋白特定区域中的一种，而这些区域不仅存在于SARS-CoV-2毒株中，还存在与一组相关的冠状病毒（sarbecoviruses）中。蛋白质上的这些位点能持续存在，因为其发挥着非常重要的作用，如果其发生突变的话，蛋白质就会失去响应的功能，诸如此类区域就被认为是功能保守的区域。 综上，本文研究结果表明，在如此多的病毒突变株中，研究人员发现了能通过识别保守区域中和变异毒株的抗体，这或许就表明，设计出新型疫苗或抗体疗法来靶向作用变异毒株刺突蛋白的保守区域，或能有效抵御能通过突变来出现的广谱新冠变异毒株。
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