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Infectious disease
C&EN 中文版
新冠病毒变异株在全球传播开来
最先在英国发现的变异毒株已传播到美国各州，而另一个变体也在引起关注
by Alla Katsnelson, special to C&EN
January 11, 2021
Credit: NIAID
新冠病毒的扫描电子显微照片，直径为60-140 nm
请访问cenm.ag/chinese或关注ACS微信订阅号获取更多《化学与化工新闻》的中文内容
被命名为B.1.1.7的SARS-CoV-2变异毒株于2020年11月下旬在英国首次被发现，并传播到了美国和全球范围。研究人员估计，B.1.1.7的传播能力比在美国的大多数病毒版本高50％左右，这引起了人们的担忧，如果在美国和世界范围内不能有效控制该病毒，该变异体将成为主要病毒，并且导致新冠重症和死亡高峰。在南非首次发现并被称为B.1.351的第二种高传播菌株也似乎是传播率很高，已经在其他几个国家中发现。
世界各地的研究人员正在监视这两种变异毒株的扩散。他们还在研究这些变异体携带的突变会如何影响病毒的功能，以及这些突变是否以及如何影响新冠疫苗的功效。以下总结了目前已知的信息。
在具有强大的病毒测序和监测系统的英国，公共卫生研究人员在12月注意到，新冠病毒的一种特定类别在英格兰东南部变得越来越普遍，令人担忧的是，该病毒比其他菌株更易传播。
B.1.1.7有23个突变，其中8个在刺突蛋白中，病毒用此进入宿主细胞。研究人员能够检测到该病毒株的原因是，该变异体会影响一种对该病毒广泛使用的聚合酶链反应（PCR）测试的结果。该测试寻找病毒基因组的三个区域，包括在变体中缺失的刺突蛋白上的序列。约翰·霍普金斯大学领导新冠测序工作的工程师Winston Timp说，该测试仍能对该变体产生阳性结果，因为它可以检测到病毒基因组的其他两个部分，但是缺失的第三个点没有出现在测试结果中。这一变化并不能确定样品是否为B.1.1.7，因为其他菌株也具有导致第三个点消失的突变。但是它为研究人员提供了一种快速的筛选工具。英国研究人员与该国的公共卫生系统进行协调，对该新冠随机样本的全部基因组进行常规测序，作为该国病原体监测工作的一部分。这项名为COVID-19 Genomics UK Consortium的工作得到了2000万英镑（合2700万美元）的投资支持，并对该国新冠样本的约10％进行了测序。当研究人员注意到具有缺失点的PCR测试数量不断增加时，他们能够追回到9月份的序列，并追踪该变体在该国东南部的指数传播。
与此同时，美国对病毒样本的测序则没有那么统一持续，华盛顿大学专注于病毒进化的生物信息学家Pavitra Roychoudhury表示。在美国，只有大约1％的样本已测序，而且通常延迟很久。尽管有些州制定了强有力的公共卫生排序计划，但其他州则没有。Roychoudhury说：“鉴于同时发生了如此多的病毒暴发，我们需要对基因组变体进行更持续的持续监控。”
估算变体可传播性的大多数证据来自流行病学分析。去年12月，英国政府研究人员报告说，B.1.1.7新冠患者的接触者有15％被感染，而感染其他新冠变体的人传播给其接触者的比例仅为10％，表明B.1.1.7传播能力增加了50％。此外，一些尚未经过同行评审的计算机建模数据表明，存在于B.1.1.7和B.1.351中的穗状蛋白受体结合域中的一种称为N501Y的突变赋予了病毒以及宿主细胞中的受体之间更强的结合力。还有证据（也未经过同行评审）表明，感染B.1.1.7的患者经常具有较高的病毒载量，即血液中循环的病毒增多。
这两种变体共享N501Y突变的事实“表明是有利的，并且有一定的压力选择，” Timp说。他表示，到目前为止，尚无来自实验室研究的直接证据表明这些变体增强了传播率，但研究人员正在研究这一问题。
Roychoudhury说，不同的病毒具有“固有的类似时钟的突变率” 。像新冠这样的RNA病毒往往会迅速产生突变。但是与其他RNA病毒（例如HIV或流感）不同，冠状病毒具有校对机制，可以纠正复制过程中的某些错误。因此，研究人员对B.1.1.7似乎一次获得了大多数突变感到惊讶。Timp说：“这就像新冠进化的灌木丛中长出了一根长长的树枝”。B.1.351同样具有意想不到的大量突变。
研究人员推测，这些变异可能是在长期感染了新冠病毒的免疫功能低下人群中出现的。一份尚未经过同行评审的报告跟踪了新冠病毒在感染数月的免疫受损患者中的演变。研究人员发现，2个多月后，该病毒获得了多个突变，包括B.1.1.7中发现的一个。
密歇根大学研究病毒进化的微生物学家Adam Lauring表示，尽管这是一个合理的解释，但“我们实际上没有任何确凿的数据来支持。”
B.1.1.7在美国的发现始于12月29日科罗拉多州的一名男性患者的诊断。根据美国疾病控制和预防中心的数据，截至1月11日，美国已有八个州共63人被诊断该变异毒株。但是事实是，“我们国家的监视体系非常初级，这意味着变异株的传播可能比我们想象的更广泛。” 哈佛大学流行病学家Marc Lipsitch于1月5日在媒体发布会上如是说。截至1月10日，全球已有47个国家/地区报告了B.1.1.7的出现。
专家称，这种传播令人担忧。Timp说：“如果我们不采取行动，并且如果[B.1.1.7]确实具有似乎更强的传递性，那么我认为它会成为主要的新冠病毒株。” 到目前为止，尚无证据表明B.1.1.7会增加新冠的严重程度。而且也没有确凿的证据表明该变异株在儿童中的传播更为广泛。Timp说，尽管英国12月的一份报告提出了这种可能性，原因是感染的数量，但研究人员现在认为，这些数字可以由其他因素来解释，例如可传播性的总体提高。
无论如何，更多的感染将意味着更多的重症和死亡。Lipsitch说，人们将需要加倍努力以遏制该病毒传播。
据目前的数据（许多来自尚未经过同行审阅的预印报告）来看，针对疫苗产生的抗体应该会对B.1.1.7有效。对B.1.351的有效性则不太清楚。
针对这个问题的大部分努力都集中在刺突蛋白的突变上（该突变占B.1.1.7的23个突变中的8个），因为该蛋白对于病毒进入宿主细胞的能力至关重要，也因为它是关键的疫苗靶点。但是，Timp表示，其他突变也可能影响病毒的传播能力和引发重症的能力。他说：“人们正在试图弄清楚这些突变的影响。”
在一份1月4日发布的预印报告中，研究人员系统地突变了刺突蛋白受体结合域中的201个氨基酸，并检查了新冠病人痊愈后的血清中的抗体与该病毒结合并中和的程度。如果任何突变破坏了这种中和作用，则表明该突变可能会削弱针对刺突蛋白的疫苗的效力，目前美国批准的两种疫苗（分别来自辉瑞公司和Moderna公司）都是针对刺突蛋白的。
研究小组发现，一些突变降低了血清抗体结合和中和病毒的能力。其中最有效的是被称为E484K的突变，该突变存在于B.1.351中，但不存在于B.1.1.7中。同时，存在于B.1.1.7和B.1.351中的N501Y没有影响抗体应答，而N501Y被认为有助于增强这些变异体的传播能力。
从事这项研究的弗雷德·哈钦森癌症研究中心Jesse Bloom实验室的研究生Allison Greaney指出，她和她的同事们是分开观察单个突变的，但是突变的组合可能会产生不同的影响，所以尚不清楚这些研究是否适用于上述两种新变异毒株。尽管如此，研究结果表明，刺突蛋白的突变不会使疫苗失效。她说，即使是E484K突变也不能完全消除抗体应答。
辉瑞公司研究人员在1月7日发布的预印报告直接测试了N501Y突变对疫苗的作用，并报告说它没有削弱辉瑞疫苗的功效。有关其他突变如何影响疫苗产生的抗体的测试正在进行中。
在许多方面，答案是否定的。人们仍然需要采取相同的策略，保持社交距离，在家不外出，以及戴口罩。实际上，尽管美国许多地区在执行这些举措方面比较松懈，但它们比以往任何时候都更为重要。广泛的疫苗接种也至关重要。Lipsitch在新闻发布会上说，B.1.1.7的潜在传播性可能增加，这意味着需要更多的人进行疫苗接种才能使公众获得群体免疫力 ——即人群中足够比例获得了免疫力，从而基本阻断传播。他还建议将接触者追踪工作重点放在新变异病毒上，以进一步限制其传播。Lipsitch说：“任何可以延迟这种新变异病毒的传播的措施，都将有助于控制新冠。”
Timp说，从长远来看，美国需要投资基础设施，建立起进行常规的广泛病毒测序的能力，不仅是针对新冠，还包括其他病原体。他说：“各州的公共卫生实验室应该具备这种能力，我们应该确保美国的政府税收投入到这点上。”
本文由Nina Sun为C&EN译为中文。英文原文在此。
Chemical & Engineering News
ISSN 0009-2347
Copyright © 2024 American Chemical Society
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