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推荐丨新冠病毒的进化和生物学

推荐丨新冠病毒的进化和生物学

科学
用数据,来辨清事实。



关键词:COVID-19;新冠病毒;进化

(新冠病毒VOA突变株掀起的一波波疫情。图源:数据世界)


从原始毒株,到D614G突变株,后面的Alpha, Beta, Gamma, Delta, Omicron, 及目前的Omicron BA.2/BA.4/BA.5,每一次VOC突变株突起,都带来新一波疫情。


美国华裔生物科学家刘如谦博士在推特用一张图展示了人类的无奈:哪些杀不死你的(新冠病毒),就会突变后再试一次!


(刘如谦博士的幽默:哪些杀不死你的(新冠病毒),就会突变后再试一次!


快速突变的新冠病毒正在走向何方、将给人类带来哪些影响?


2022年4月20日,同时任职于Vir Biotech公司和Scripps研究所的生物信息学家Amalio Telenti在Perspective in Medicine发表了一篇非常好的综述文章,题为“The Evolution and Biology of SARS-CoV-2 Variants”,对理解新型冠状病毒SARS-CoV-2的进化方向,病毒适应性的变化具有十分重要的意义


一直在美国从事病毒研究和抗病毒新药/疫苗研发的王宇歌博士对这篇文章做了解读。



SARS-CoV和SARS-CoV-2都来自于蝙蝠冠状病毒Sarbecovirus
其分支形成了SARS-CoV和果子狸冠状病毒的祖先病毒;而另一个分支形成了SARS-CoV-2和穿山甲冠状病毒的祖先病毒。在SARS-CoV-2内部,根据Spike突变,SARS-CoV-2进化出了具有显著谱系特征的各种突变株,尤其是谱系20L,即Omicron BA.2,由于Spike其氨基酸突变的密集,其在SARS-CoV-2内的谱系中非常独特。


SARS-CoV-2具有流感病毒抗原漂移的特性。
而突变株的形成主要是通过氨基酸突变,而不是抗原重组导致的;所以SARS-CoV-2的主导流行血清型(突变株)的出现是该病毒流行的一大特色。
其旧突变株取代新突变株具有其他病毒流行中较少有的新突变株迅速取代旧突变株的特征。


新的突变株,最重要的就是病毒在传播能力、致病能力和免疫逃逸之间建立的适应性。
图4将原始野生型的适应性设定为0,那么VOC突变株中,Alpha适应性指数大约为0.4,Delta的3种亚型大约在0.6-1.0,而Omicron BA.1和BA.2达到了1.2-1.4。因此,Omicron是目前病毒进化建立的适应性的最高形式。Omicron传播能力极高,免疫逃逸能力极强,但适应性的代价是致病性减弱
目前不知道具有L452Q和S704L的BA.2.12.1的适应性会不会进一步提升。


但即使病毒突变再密集,Spike总体而言也趋于保守
这是因为除了S1亚基上的RBD和NTD几个表位,S2上亚基十分保守,甚至在整个Sarbecovirus家族S2都很保守,这就是我说目前应用Spike全长的已有的COVID-19疫苗如mRNA-1273可以作为泛冠状病毒疫苗的原因。在Spike 1273个氨基酸中,高度易变的为67个,相对突变的为113个,相对保守的有445个,高度保守的有648个。这使得识别Spike及其他非Spike抗原的保守表位的诱导抗体及T细胞应答的疫苗成为可能,这也就是所谓的新一代COVID-19疫苗。



简析:


总结生物信息学家Amalio Telenti的文章,主要包括四个内容。


1. SARS-CoV和SARS-CoV-2都来自于蝙蝠冠状病毒Sarbecovirus。

在SARS-CoV-2内部,根据Spike突变,SARS-CoV-2进化出了具有显著谱系特征的各种突变株


2. SARS-CoV-2具有流感病毒抗原漂移的特性。

这个特性,意味着新冠病毒会发生持续的突变


3. 新的突变株,最重要的就是病毒在传播能力、致病能力和免疫逃逸之间建立的适应性

Omicron传播能力极高,免疫逃逸能力极强,但适应性的代价是致病性减弱。


4. 但即使病毒突变再密集,Spike总体而言也趋于保守

所以应用Spike全长的已有疫苗可以作为泛冠状病毒疫苗


理解了新冠病毒的进化和生物学特性,我们就会意识到:

一方面,新冠病毒新的突变株逃逸人类通过疫苗或者感染获得之免疫的能力更强,即我们无法通过疫苗接种预防感染;

另一方面,因为有高度保守区,所以基于S蛋白全长的已有疫苗3次或以上接种仍能提供人类预防重症的保护。



本期编辑Henry,微信号healsan。

Hanson临床科研团队,由6位在美国的医生及医学科学家组成;目前在美国主要从事新药研发和临床科研。

作者:王宇歌 博士,一直在美国从事病毒新药和疫苗研发。微博:子陵在听歌。

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