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                    【致公科普·抗疫篇】新冠病毒現有突變并不可怕,但需密切監測新突變

                    提交者:渝致宣時間:2020年07月14日瀏覽量:6326


                    編者按:當前,海外疫情快速擴散,致公黨心系僑海安危冷暖,根據致公黨中央領導指示精神,致公黨中央宣傳部與中國科協科普部合作,推出“致公科普·抗疫篇”中英文系列科普圖文短視頻,向海外僑胞群體,包括華僑、華人和留學生普及新冠肺炎疫情防控的科學知識,幫助大家預防感染、提高免疫力,共同抗疫。今天推出第四期圖文《新冠病毒現有突變并不可怕,但需密切監測新突變》。海外僑胞們,讓我們一起風雨同舟、砥礪前行,早日戰勝疫情!

                    新冠病毒變異后傳播能力增強沒有充分證據,但變異確實可能影響藥物和疫苗研發。

                      

                    新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)3D概念圖 | Austcham網站

                    作者 | 湯波 分子生物學博士

                    近日有報道稱,新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)已發生突變(基因變異),其中一些突變體具有更強的感染能力,引起廣泛關注和擔憂。不過,根據多項研究顯示,這一說法只是基于有限數據的一種推測,缺乏有力證據支撐。


                    突變優勢證據不足  

                    相關報道主要基于2020年3月3日中國科學院《國家科學評論》在線發表的一篇論文,由北京大學生命科學學院陸劍課題組和中國科學院上海巴斯德研究所崔杰課題組合作完成。  

                    研究人員對收錄在公共數據庫的103個新冠病毒基因組進行分析,從這些基因組中發現了149個突變點,其中同義突變(不改變其所編碼的氨基酸)43個,非同義突變(改變其所編碼的氨基酸)83個。注:基因組常見堿基有五種:AGCTU(對應嘧啶或嘌呤),三個堿基組成一個密碼子,共同編碼一個氨基酸。蛋白質由氨基酸組成,因此同義突變一般不影響其所編譯蛋白質的結構和功能。例如,CTA與CTG均編碼亮氨酸,若A突變為G則該變異為同義突變。  

                    同時研究人員還注意到,新冠病毒基因組的第8782位的T-C突變(同義突變)和第28144位的C-T突變(非同義突變)的兩個突變位點高度連鎖,即當第8782位堿基為胸腺嘧啶(T)時,第28144位堿基則是胞嘧啶(C),反之當第8782位堿基是胞嘧啶(C)時,第28144位堿基則是胸腺嘧啶(T)。  

                    根據第28144位對應的氨基酸,可將所分析的103個病毒基因組分為L型和S型兩種單倍體,其中L型的28144位(堿基T)對應的氨基酸為亮氨酸(L),占比約70%,S型的28144位(堿基C)對應的氨基酸為絲氨酸(S),占比約為28%。通過與其他冠狀病毒比較,研究人員發現S型更古老,L型可能是由S型演化而來。  

                    這兩種單倍型也存在顯著的地區和時間差異。比如來自武漢患者的病毒中,更古老的S型只占3.7%,而L型占到96.3%,這些病毒基因組測序的時間均在1月7日之前;而武漢以外患者的病毒中,S型比例則顯著增加,占到38.4%,L型占61.6%,大多數病毒基因組測序時間均在1月7日后。  

                    這表明在早期的傳播過程中,作為祖先型的S型幾乎完全被L型取代,但隨著時間推移,S型的比例又逐漸上升。  

                    研究人員推測,L型可能傳播能力更強,復制速度更快,因而在疫情爆發早期會在人群中快速擴張,但不斷增強的防控措施對L型不利,所以S型頻率逐漸上升。  

                    不過,研究人員最后承認,目前的證據并不能確定,S型和L型是疫情爆發之前在動物宿主中發生分離,還是疫情發生后在人體內發生分離,也不能確定L型是否真比S型更具侵略性,因為目前的推測是基于有限而分散的基因組信息作出的,需要更多更全面的病毒基因組序列信息加以證實。

                      

                    103個新冠病毒(SARS-CoV-2)基因組的分型,藍色為L型,紅色為S型,圖中編號表示病毒采集地點和測序時間 | 來自《國家科學評論》


                    3月2日,中國疾控中心譚文杰和加州大學洛杉磯分校程根宏等團隊合作在預印版平臺bioRxiv發表文章,也對新冠病毒基因組突變和重組情況進行了分析。

                    研究人員除了分析公共數據庫上的109個新冠病毒基因組之外,還分析了新完成測序的11個病毒基因組信息,他們認為整體突變程度較低,同時也發現了類似突變,并將總共120個新冠病毒分成G1型和G2型,分別對應上一項研究的S型和L型。

                    譚文杰等人也認為尚不清楚這些突變是發生在疫情爆發之后,還是在動物宿主階段。另外,G1型和G2型均能在全球范圍內快速傳播,并不能確定誰更具優勢。

                    這些研究均認為,目前新冠病毒突變率整體偏低,也沒有發生重組。目前全球新冠肺炎病例已超過10萬,僅憑100多個病毒基因組顯然難以真實反映新冠病毒突變的全貌,而且很多國家沒有公布相關病毒基因組信息,或者只有少量基因組信息,使得對病毒突變檢測結果難以保證準確,因此急需更多國家、更多研究機構共享病毒基因組序列、流行病學數據和臨床癥狀等信息。

                    3月6日,中國科學院院士周琪在國務院新聞發布會上表示,新冠病毒變異到現在為止有很多報道,但是病毒變異過程需要更多案例,也需要更多深入的研究。目前中國正在積極觀測病毒的變異程度,而且積極布局相關科研項目。


                    病毒突變屬正?,F象

                    早在2月18日,耶魯大學流行病學專家內森·古魯巴夫(Nathan Grubaugh)等人專門在《自然·微生物》雜志上發表評論文章,指出新冠病毒的突變符合正常流行病學規律,不應該引起恐慌。古魯巴夫等人指出,RNA病毒發生突變非常高,但是這些病毒在較短的進化時間內發生“改變或擴大傳播方式”的突變卻是罕見的。

                    的確,基因突變是物種進化的基本途徑,病毒基因突變也不例外?;蛲蛔円话阒窪NA或RNA在復制過程中單個堿基或少數堿基發生改變。對生物體或病毒來說,基因突變在大多數情況下是不利的,甚至是致命的,只有極少數情況下是有利的。

                    不同的病毒,基因突變發生率不盡相同。一般RNA病毒的突變率要遠高于DNA病毒,比如DNA病毒一個堿基每代平均突變率為一億分之一到百萬分之一,而RNA病毒的突變率為百萬分之一到萬分之一,相隔兩個數量級。其中逆轉錄病毒(RNA病毒中的一類)突變率最高,如人類免疫缺陷病毒1(HIV-1),平均突變率達到三萬分之一。

                      HIV-1病毒(即1型艾滋病病毒),突變率達到三萬分之一,屬于RNA病毒中突變率最高的一類(逆轉錄病毒),該類病毒含有逆轉錄酶,以RNA指導DNA合成。圖為顯微圖像,遺傳物質(RNA)位于球殼內 | www.donjmyers

                      

                    相對而言,人類細胞DNA的平均突變率僅為一億分之二點五,與DNA病毒中的最低突變率相當。  

                    如果病毒沒有給宿主造成很大傷害,宿主免疫系統也沒有給病毒太多壓力,病毒與宿主也會相安無事,這時候不同世代病毒的基因組變異通常不會太大。比如蝙蝠與病毒的關系就比較“和諧”。  

                    蝙蝠是自然界的超級病毒庫,可攜帶上百種病毒,冠狀病毒、埃博拉病毒、狂犬病病毒等人類致命病毒,都起源于蝙蝠,但是蝙蝠卻安然無恙。皆因為它的免疫系統比較不敏感,對病毒睜一只眼閉一只眼。  

                    如果宿主細胞免疫系統比較厲害,或者得到一些抗病毒藥物或疫苗的協助,病毒面臨較大的生存壓力,則較有可能表現出進化的一面。因為擁有一些特殊基因突變的病毒可能在其中顯示出競爭優勢,比如表現出對藥物和疫苗的抵抗力、逃避宿主免疫系統攻擊、增強對宿主細胞的感染能力、適應新的組織器官甚至新的宿主等,得以在新的環境或壓力中存活下去。  

                    有研究表明,人類免疫缺陷病毒1(HIV-1)Gag蛋白(一種重要的結構蛋白)中第30位氨基酸發生突變,使得原本只感染黑猩猩的猿猴免疫缺陷病毒(SIV)具備了較強的感染人類的能力,而埃博拉病毒中的單個突變GP-A82V,同樣增加了對人類細胞的感染能力。  

                    不過,這只是部分情況。2003年爆發的SARS冠狀病毒與新冠病毒同屬一個病毒物種,同樣被檢測出110多個基因突變,但并沒有發生增強感染能力和傳染能力的突變。


                    可能對疫苗和藥物研發不利  

                    依靠基因突變產生對病毒有益的變異是個長期積累的過程,在短時間內很難獲得有益突變,不過長期來看,新的基因突變可能影響疫苗和抗病毒藥物的療效,值得密切監測和關注。  

                    比如,在HIV病毒、流感病毒、乙肝病毒和丙肝病毒等很多病毒中,都能觀察到頻繁的基因突變,有時候一個堿基的點突變就可能擊敗人類花數年時間研發出的疫苗或藥物。  

                    美國斯克里普斯研究所研究人員就曾發現,在雞胚中生長的流感病毒發生了一個氨基酸突變,導致用雞胚生產的疫苗保護率大幅降低。  

                    流感疫苗通常是用雞胚生產的,大概流程是:將致病的流感病毒接種到無菌培養的雞胚中,然后收集在雞胚中大量增殖的流感病毒進行滅活處理,制備出滅活或減毒疫苗。  

                    一般流感疫苗的保護率約為50~70%,但是針對H3N2毒株的流感疫苗保護率僅為33%。研究人員仔細分析了在雞胚中傳代的H3N2毒株的基因組序列,發現該毒株血凝素糖蛋白上的第194位氨基酸發生了突變,由亮氨酸變成了脯氨酸。H3N2毒株正是因為這個突變得以適應在雞胚中快速生長,最終導致利用這一毒株生產的流感疫苗保護率非常低。

                      

                    毒株變異可能導致制備疫苗的保護率變低,圖文無關 | 圖蟲創意
                      

                    藥物方面也一樣。經過30多年努力,盡管艾滋病毒(HIV)疫苗仍然沒有獲得成功,但是抗HIV病毒藥物則取得了不錯成效。目前全世界已批準40多種抗病毒藥物用于艾滋病治療,特別是混合多種抗病毒藥物的“雞尾酒療法”療效顯著。  

                    雖然不能完全根除患者體內的艾滋病病毒,但是這些抗病毒藥物可將病毒載量控制在極低水平,使得患者的身體狀況和預期壽命大幅提升。據聯合國數據,2018年全世界共有3790萬艾滋病患者,其中2300萬人接受了抗病毒藥物治療。  

                    不過隨著抗病毒藥物的廣泛應用,艾滋病病毒也不斷產生可抵抗某些抗病毒藥物的突變,導致藥物失效。目前,約有5~15%的新確診患者和10~25%的急性感染患者均表現出不同程度的抗藥性,已記錄在冊的抗藥性突變超過200種。  

                    當然,病毒突變也不全對病毒自身有利,美國密蘇里大學醫學院和日本國家健康與醫學研究中心等機構的研究人員就發現,有一個艾滋病患者身上的HIV病毒存在一個點突變,竟然能降低病毒對抗HIV藥物的耐藥性。這也提示科學家,及時監測致命病毒的基因突變,既可準確查明藥物失效、免疫失敗和疫情爆發的原因,也可能有助于找到對抗病毒的有效方法。

                    (來源:科普中國網;編校:董巍偉、趙陽)




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