较真 | 北京本轮疫情中的新冠病毒有突变,这个突变是怎么回事?

较真要点:

  • 1从中国疾控中心公布的病毒基因序列来看,此次北京新发地检出的新冠病毒更接近欧洲流行的病毒株,意味着这次的新冠病毒极有可能是从欧洲,或者从被欧洲分支相应病毒所感染的区域输入。
  • 2北京新发现的病毒株属于强传染性病毒株,检出的病毒带有此前研究发现的 D614G突变。有研究指出,变异后的病毒之所以能取得传播上的优势,是因为变异发生在新冠病毒的S蛋白区域,S蛋白区域的变异可能导致病毒更容易和细胞发生融合,从而增强其传染性。
  • 3有研究发现,经D614G突变后的病毒株感染细胞能力明显提高,研究结果显示感染效率提高了9倍以上。但这是仅使用病毒的S蛋白感染细胞得出的结论,在现实中具体情况如何,还需要有流行病学证据支持,并不意味着实际生活中其感染力就能达到这个量级。

查证者:李雷丨中国科学院生物学博士

一、此次北京发现的新冠病毒在进化上更接近欧洲流行病毒株

6月18日,中国疾控中心发布了2020年6月北京新发地新冠疫情及病毒基因组序列数据,包括北京市确诊病例基因组序列数据(NMDC60013902-01、NMDC60013903-02)以及环境样本基因组序列数据(NMDC60013903-03)。

从此次公布的病毒基因序列来看,三支病毒株在进化关系上属于同一进化枝,这意味着这三支病毒株应该是同一来源。

北京上传的三组新冠病毒序列提示这三者属于同一进化枝,图片来源于nextstrain

而这三者,从序列相似性上看和欧洲流行的病毒株更类似。下图是基于病毒基因变异绘制的进化树,红圈标注的是此次北京新冠病毒的序列,可以看出,红圈处总体上属于流行于欧洲地区的病毒株(黄绿色表示欧洲分支),而非年初流行于全国范围的亚洲病毒进化分支(蓝色表示亚洲分支)。这提示我们,此次的新冠病毒极有可能是从欧洲,或者被欧洲分支相应病毒所感染的区域输入。

从新冠病毒演化树可以看出北京此次爆发新冠序列总体上和欧洲分支更加接近,图片来源于nextstrain

二、北京新发现的病毒株属于强传染性病毒株

最让人担心的是,此次北京检测出的病毒株序列,均带有前期研究发现的病毒突变——“D614G”突变。所谓D614G突变指新冠病毒氨基酸序列的第614位由原来的天冬氨酸(Asparagine,缩写为D)变成了甘氨酸(Glycine,缩写为G),病毒株也从D614变为G614。

下图是北京此次上传的新冠病毒序列变异信息,红框圏出的地方就是D614G突变。

北京上传的此次新冠序列中的变异,红框标示为D614G,图片来源于国家微生物科学数据中心

其实在3月之前,全世界流行的病毒株主要是D614,但是从3月起,新的突变株G614开始快速增加,并且迅速成为了占世界主流的病毒株,到了4月,全球的主要流行病毒株一半以上是G614。

D614为什么具有强传染性?美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的一篇研究此前就对此进行了分析。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。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(此处仅为作者的推测,目前新冠肺炎是否存在ADE效应尚未完全确定)。

三、在多个研究中D614G变异使病毒的感染能力变强,但不代表实际场景中也能达到如此高的感染能力

来自佛罗里达州斯克里普研究院(Scripps Research Institute)的研究人员用新冠病毒关键蛋白S蛋白构建了D614和G614的伪病毒并用来感染人肾上皮细胞系293T,然后检测感染后细胞中的荧光变化,发现变异后的G614感染细胞能力明显提高,要高出D614一个数量级——感染效率提高9倍以上。

“9倍”听起来令人不寒而栗,但需要注意的是,这个是使用病毒的S蛋白感染细胞得出的结论,在现实中具体情况如何,还需要有流行病学证据支持,并不意味着实际生活中其感染力能达到9倍这么高,以下提到的研究也是同样的道理。

来自纽约基因组研究中心Neville E. Sanjana团队采取类似的策略构建了包含G614在内的新冠S蛋白伪病毒,然后用其来感染三种人体细胞,分别是肺细胞(A549)、肝脏细胞(Huh7.5)和结肠细胞(Caco-2),然后用流失细胞计数来检测感染后的荧光强度。

新冠病毒伪病毒感染三种细胞的实验过程,图源自论文

结果发现D614G变异在三种细胞系中均提高了伪病毒感染细胞的能力,提升比例达到2.4-7.7倍,在肝脏细胞中,这种变异后感染能力提升最为明显。

尽管北京新发生疫情中的病毒株均有携带D614G突变,但要知道这个突变并不是在此次北京疫情中才发生,突变株也不是仅在北京出现——6月之前,该类型的突变株就已经是世界主流的病毒株了。至于变异后的病毒株感染力究竟较变异前强了多少,实验室研究的数据并不能作为确定的结论,所以无需恐慌,相信严格的防控是可以将其控制住的。

本文编辑:ambergchen

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