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较真要点:
查证者:李雷丨中国科学院生物学博士
新冠肺炎的基本传染数R0引发了很多讨论。R0即基本传染数,指在流行病学上,没有外力介入,同时所有人都没有免疫力的情况下,一个感染到某种传染病的人,会把疾病传染给其他多少个人的平均数。此前对于新冠肺炎的R0值估计总体上如钟南山院士所说,是在2到3之间。但在美国CDC期刊《新兴传染病》杂志发表的一项新的研究认为,新冠肺炎的R0值高达5.7,如此高的R0也决定了新冠肺炎属于非常难以防御的一种传染病,需要加大举措才能将其遏制。
同样是计算得出新冠病毒的R0为5.7的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory),其最近的一篇研究(未经同行评议)指出,新冠病毒之前发生过一次重要的变异,变异株成为了当前世界的主流病毒株,这也是导致新冠病毒肆虐的一个生物学因素。那么这个结论如何得来?我们研读一下相关内容。
一、监控发现一种特殊变异造就了世界主流病毒株
新冠疫情发生以来,科学家们对新冠病毒的基因序列检测工作一直在进行,目前已经有几千条序列上传到了公共数据库GISAID,而各地的研究人员还在不断地上传新的序列。不过这些序列可不是一模一样的,而是在不断地发生变化,也就是基因变异。这里要解释一下,很多时候,人们谈到基因变异而色变,其实是完全没必要的。因为基因变异是一种非常常见的自然现象,无论是外界因素还是基因复制过程本身发生的随机错误,都有可能造成基因发生突变,而大部分变异本身并没有好或者坏的影响,仅仅是一些随机发生的过程。
对于新冠病毒来说也是一样,新冠病毒是一种单链RNA病毒,RNA病毒很容易发生变异。事实上,从第一例新冠病毒基因上传到如今,其基因组上已经有了数百个变异了。但是大部分仅仅是随机变异,并没有造成特别大的影响。
尽管如此,我们也不可掉以轻心,因为一些特殊变异可能会造成新冠病毒本身性质的变化——这类型变异可能造成其传播能力、致病能力发生变化,对于疫情的防控有较大的影响。鉴于此,研究人员开发出了一个序列实时比对系统,以关注病毒的变异情况。
在上述系统监控下,研究人员注意到了一个特殊的变异,那就是D614G变异。614是指病毒氨基酸序列的第614位,D614G变异通俗地讲就是病毒株的第614位氨基酸由天冬氨酸(D)变成了甘氨酸(G)。那么这个变异后的病毒株G614到底有什么特殊之处呢?我们首先看一下流行病学上的特征。
由上图我们可以看到,在3月之前,全世界流行的病毒株主要是D614(橙色),但是从2月起,新的突变株G614(蓝色)开始快速增加,并且迅速成为了占世界主流的病毒株。这一情况在全世界各地都在上演。到了4月的时候,全球的主要流行病毒株一半以上是G614。
二、变异株迅速扩散到全世界的原因:基因关键位置突变导致病毒特性发生变化
变异后的病毒株G614从最初的小比例,迅速上升成为全世界主流病毒株,意味着其本身具备一些新的特征。于是研究人员对该变异造成的影响进行了探究。
研究发现,D614G变异发生在新冠病毒的S蛋白区域。S蛋白就是大家看到新冠病毒表面那些凸起的地方,也是新冠病毒命名中的“冠”的来源。这些凸起对于病毒本身至关重要,S蛋白可以和我们细胞上的ACE2受体进行结合,使得我们的细胞将其当做正常物质吞入,从而发生感染,S蛋白对于新冠病毒来说就是一把开启细胞的钥匙。而这个D614G的变异,恰好使得S蛋白结构发生了一些变化,降低了这个蛋白的两个亚基之间的作用力,作者认为这种改变可能有两种影响:
1、使病毒更容易和细胞发生融合,从而使传染性增强。
2、增加ADE效应。所谓ADE效应,是指“抗体依赖增强症”(antibody-dependent enhancement)。一般情况下,我们感染了病原体后会获得特异性免疫,且生成记忆细胞,这样下次感染的时候免疫就会迅速激活从而发挥作用。但是有的时候,这种特异性免疫反应是有害的,那就是如果病原体发生了变异再次入侵,机体没有辨别清楚,继续产生之前的免疫,这种免疫对于变异后的病原体是无效或者有限的。机体不再去应对新病原体,反而会帮助其侵入宿主细胞。结果就是感染后的人,会比没有抗体的人症状更严重。结合SARS病毒的研究,作者推测这种变异可能会导致ADE效应增加(此处仅为推测,目前尚未确定新冠肺炎是否存在ADE效应)。
以上推测一定程度上在流行病学中得到了体现,比如英国谢菲尔德的病例中,到了后期,G614明显越来越多,而且G614患者体内的病毒量要高于D614患者体内的病毒量,一定程度上意味着其病情更加严重,这可能与ADE效应有关。
以上流行病学的调查和分析,佐证了作者的一个推测,那就是G614变异的确是一个重大事件,它导致了病毒特性发生了变化,可能变得更容易传播,危害性也更大,并逐渐成为世界上主要流行病毒株。
三、相比病毒变异,更需要关注防控措施以及疫苗研发
上面的变化告诉我们一个事实,那就是新冠病毒一直在变异,而某些变异可能造成病毒特性变化,从而增加其流行的可能性。但是,这并不是我们失望或者消极的理由。事实上,之前就有研究人员指出,早期在武汉,新冠病毒就曾发生过一次重大变异——病毒的祖先型S型变异成为了年轻的L型,而L型变得更加容易传播。然而,我国通过实行隔离等有效措施,最终还是把更危险的病毒类型给压制下去了。
如上图,左边,武汉的病毒类型大量变成了年轻的L型,而武汉之外,L型比例要低很多。右边,在1月7日前,新的L型病毒比例高达96.2%,而在之后,这个比例降到了62.2%,可以说是把这个更有侵略性的L型病毒抑制住了。无论病毒如何变异,积极防疫仍是关键。
由于新冠疫苗研发如火如荼,很多人也将希望寄托在了疫苗身上。现在病毒的变异可能会影响到疫苗的效果,因此是一个值得关注的事情。研究者也指出,一些疫苗研究人员一直在使用在疫情早期分离出的病毒基因序列,而病毒持续发生着变异,如果基于原始病毒株进行设计药物和疫苗,它们可能无法有效抵抗新的病毒株。
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