作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/3 14:59:38
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最具传染性新冠病毒如何从预印本“走向”印刷本

 

 

 图片来源:《细胞》

5月5日,预印本服务器bioRxiv上发布的一篇预印本,曝出了一种更具传染性的新冠病毒(SARS-CoV-2)变种。这篇预印本指出,该病毒的刺突蛋白出现特定的突变,导致氨基酸D614G变化,因而比其他形式的病毒“更具传染性”,并表达了控制该病毒和进行疫苗开发的“迫切关注”。但没过几天,针对这些论断的批评就出现了。

7月2日,Cell Press细胞出版社旗下期刊《细胞》发表了该论文的修订和同行评审版本,提供了D614G变异的额外实验和临床数据,以表明它可能更具传染性,但文章总结说,仍然无法确定变异是否使SARS-CoV-2的传染性更强或导致更严重的疾病。

“我们可以看到当时的初始预印本认为G614变体是全球病毒主要的形式,但是我们无法区分3种解释适应性优势的广泛可能性。”论文第一作者、美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室研究员Bette Korber说,“在发表的研究中增加的实验表明,刺突蛋白的改变增强了病毒感染能力,这是一种有利的假设。但是传染性和传播性并不总是同义的,我们希望其他人能在自然感染环境和不同的靶细胞中对野生型病毒进行更详细的研究。”她在研究COVID-19之前的重点是寻找艾滋病毒疫苗。

“与预印本相比,Korber等人的论文已经发生了相当大的变化。”未参与该研究的耶鲁大学公共卫生学院病毒学家Nathan Grubaugh说,“体外数据强化了临床研究结果,两者都表明含有D614G突变的病毒,可能在人类细胞中复制到更高的水平。但我们不能说它的传染性更强或导致更严重的疾病。基本上,我们不知道这是否对COVID-19大流行产生了任何有意义的影响。”作为第一作者,Grubaugh为Korber等人的预印本撰写了评述文章,也发表于《细胞》。

虽然冠状病毒的突变率通常很低,但Korber和同事们担心,即使是SARS-CoV-2的微小突变也可能阻碍人们理解和对抗该病毒的努力。她说:“根据在艾滋病领域的直接经验,我们知道在某些情况下,单个氨基酸的变化可以产生重大表型影响。”

为此,该团队致力于开发一个公开的数据分析通道,以便挖掘全球共享所有流感数据倡议(GISAID)数据库中提供的SARS-CoV-2序列,帮助科学家探索潜在的重要突变。他们很快发现了D614G变异值得关注:在一种蛋白质上,其关键氨基酸从天冬氨酸(D)转变为甘氨酸(G),这种蛋白质对病毒如何感染人类细胞至关重要。该变异版本迅速成为SARS-CoV-2在全世界范围内的主导版本。

该预印本侧重于这一工具的开发,并对病毒G变种的全球流行情况进行了分析。分析表明,G型几乎在它被引入的任何地方都占据了上风。研究小组认为,这意味着G型比D型更胜一筹:它更善于在人际间传播。批评者认为,文章夸大了结果分析,并缺乏实验证据表明G变种更容易感染人类细胞,并且论文的作者们忽略了它传播的其他可能的解释,比如创立者效应,当一个突变发生在一个更适合它的环境中,它就会成为主导形式。

为了解决这些问题以及同行审稿人的问题,研究人员进一步细分了他们的地理分析,以便查看在国家、州、省、郡或市层面上的D和G变异频率的变化。他们在分析中加入了不同地区的“居家令”推出日期,结果显示即使在旅行受到限制之后,G变种仍然持续占据一个地区,从而降低了它只是重复输入的可能性。

研究人员还有增添了更多数据:当论文在同行评审后进行修改时,大约全球有30000个SAR-CoV-2序列可供使用,而在提交预印本时大约只有6000个。“更丰富的数据集支持了我们最初的观察结果,并让我们对结果更有信心。”Korber说,“我们现在的研究表明,在几乎所有案例中,G614都有所增长。这一模式几乎没有例外,我们在论文中详细描述了冰岛和加州的圣克拉拉。”

研究人员还能够获得额外的临床数据(他们分析了999名英国患者,而预印本只有470名)表明感染了G变种病毒的患者有较高水平的病毒RNA,这有时与体内病毒载量较高有关。但两种变异的住院结果没有差异。

或许最重要的是,修订后的论文现在包含了两组独立进行的实验的结果,这些实验评估了G变种的传染性,在拉霍亚免疫研究所的Erica Ollmann Saphire实验室和杜克大学的David Montefiori实验室完成。研究人员用甘氨酸替换改造了该病毒的版本,然后在培养皿中测试它们感染人类细胞的效率。

Montefiori说:“表面含有G型刺突的病毒颗粒的传染性大约要高3~6倍。因为两组病毒颗粒之间的唯一区别是在614位置的D和G,增加的传染性可以直接归因于D614G突变。”他指出,这些发现有局限性,研究人员不能使用野生型病毒,也没有研究SARS-CoV-2自然靶向的呼吸系统细胞。在现实生活中,病毒在人与人之间的传播还涉及其他一些可能无法解释的因素。他说,尽管有局限性,但这些发现令人兴奋,因为“它们为G型病毒在全球迅速传播提供了一种可能的生物学解释”。

“这似乎是一种更具适应性的病毒。”Saphire同意道。她的实验室还证明,圣迭戈地区6名COVID-19康复者体内的抗体在中和D和G变种方面同样有效。她指出,这些人被感染时D和G变种都在传播,所以团队不能确定他们感染的是哪种类型。但该研究结果仍然表明,不需要更高浓度的抗体来中和明显“更具适应性”的新变异,尽管它产生的病毒RNA水平更高。“这是个好消息。”她说,“人类恢复期血清对变种的中和作用也一样好,甚至可能更好一些。”这一结果表明,对于这种特殊的变异,已经在开发中的治疗方法和疫苗——主要集中在刺突蛋白上,而且通常基于在武汉测出的病毒的原始版本——可能仍然同样有效。

Korber和同事们仍然对他们当时发表了预印本感到高兴。“我们仔细权衡了我们的选项设置。”Korber说,“这些实验测定并不容易开发,在我们发表预印本几周甚至几个月之后,才证明这个评估是正确的。让G614变种立即进入队列进行进一步研究似乎很重要,我们觉得我们的预印本加速了对D614和G614 刺突变异的比较。我们和其他人现在已经弄清了这两个变种在传染性上的明显差异,我们能够加入到一个新的合作努力中来,这在一定程度上是由预印本实现的。”

Saphire说:“序列变化的计算分析总是比湿式实验室实验(即传统实验)快。尽管冠状病毒具有一些校正能力,但突变可能会出现,对病毒的警惕、监控和持续研究将是确保药物、抗体和其他正在开发的干预措施仍然有效的关键。这就是建立这条通道的原因:检测突变以便及时制造必要的试剂、培养必要的病毒,并做实验了解是否有效果。”

“G614的全球扩散,无论是自然选择还是偶然,都意味着这个变种现在大流行。”Grubaugh在他的评述中指出。不过对于普通公众来说,他认为这些结果并没有带来太大改变。“突变和进化是大流行病的自然组成部分,病毒就是病毒。”他说,“其中一些可以轻微改变病毒的‘行为,但它们不是能使病毒突然成为当下威胁的开关。”

他补充说:“虽然还需要进行重要的研究来确定这是否以任何有意义的方式影响药物或疫苗的开发,但我们并不期望D614G会改变控制措施或使个体感染恶化。这更像是对科学成果的现场观察:一个有趣的发现产生了,可能会触动数百万人,但我们还不知道它的全部范围或影响。我们6个月前才了解到这种病毒,在接下来的6个月里我们会了解更多。”

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.043

 
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