关于新冠病毒Omicron变异株起源的三大理论

关于新冠病毒Omicron变异株起源的三大理论

关于新冠病毒Omicron变异株起源的三大理论

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:PRIYANKA RUNWAL 编译:钟慧元):关于Omicron变异株起源的三大理论。科学家正尝试精确找出这种高传染性变异株究竟是从哪个地方、又是如何出现的,这样才能为下一个变异株的出现做好准备。

2021年11月,Omicron横空出世,让科学家措手不及。不是因为它是一种新的病毒株,而是因为它有很多且不寻常的突变──有些很罕见,也有些是以前从没看过的。而且,和它亲缘关系最接近的并不是最近的变异株,而是比较早期的SARS-CoV-2版本,也就是在一年多前流行、造成COVID-19的病毒。

这也让科学社群思考Omicron到底是从什么地方冒出来的。有些学者提出,这个变异株可能是在某个免疫功能低下的人身上演化出来的;其他分子线索则指出,这个病毒从人类跳到动物身上、在动物身上演化后又跳回人类宿主。

病毒在人传人的时候突变是很正常的,当病毒在复制时,基因码无可避免会出错,虽说大部分的突变可能是良性的,但如果某个突变让病毒有了生存优势,像是让病毒的传播力更强、或是加强了病毒逃过宿主免疫系统的能力,这个突变就可能留下来,造成拥有令人担忧特性的新变种。

「跟Omicron相比,我认为其他重要变异株其实没那么令人意外,因为Omicron简直就像凭空出现。」加拿大萨斯喀彻温大学的病毒学家琪拉.拉斯姆森(Angela Rasmussen)说。

针对其基因体的分析显示,Omicron很可能是从2020年中的原始SARS-CoV-2支系分支出来的。 SARS-CoV-2病毒通常每个月会得到两个突变。就曾经流行过的每个支系来说,「〔突变率〕还蛮稳定的。」英国伦敦大学学院遗传研究所的计算生物学家弗兰索瓦.巴卢(Francois Balloux)说。在为期约18个月的时间里,突变率也会指出这个分支出去的病毒株会得到约36个突变。

但Omicron基因码的定序结果却显示有五十多个突变,其中至少有30个是位于非常重要的棘蛋白上,而棘蛋白是感染人类细胞所不可或缺的。 「这是一个大跳跃。」巴卢说。而且,这些突变有许多是聚集在棘蛋白上,会跟抗体结合、阻断SARS-CoV-2进入细胞的能力之处的周边。

「那些突变全都聚在一起,」拉斯姆森说:「当然跟我们之前看到在人类族群里流行的病毒株非常不一样。」

长期COVID-19感染

过去两年来,也出现有报告说特定免疫功能不良族群的COVID-19感染可能会持续好几个月、甚至到将近一年。在没有强健免疫系统的状况下,病毒会持续繁殖,并累积可以改变外观、以逃过能阻挡感染的抗体的突变。

「我们从其他病毒上面了解到,如果有个免疫功能低下的人感染了,跟其他人传人的病毒相比,这个支系就能累积比预期更多的突变。」巴卢说。

这样就可能出现新的突变组合,尤其是当某人的免疫系统并未迅速消灭新病毒的时候。然后本来可能不会存活的特定个别突变,就会珍藏在病毒的基因码中,并在低免疫力的状况下累积起来。某些个别突变组合在一起的时候,也可能对病毒有益,他说。

比方说,在南非,斯泰伦波什大学的病毒学家东盖.马蓬加(Tongai Maponga)和他的同事,就记录到了一位正和晚期HIV对抗的病人身上的Beta变异株,用了至少九个月期间演化出超过20个突变。英国的科学家则是在另外三位晚期HIV病人身上记录到新突变,他们感染SARS-CoV-2的Alpha变异株已经有好几个月了。在葡萄牙,科学家在一位免疫功能不良的癌症病患身上纪录到数量高得不寻常的SARS-CoV-2突变,他的感染持续了至少六个月,并曾接受抗病毒药物瑞德西韦和消炎药物皮质类固醇的治疗。这些药物可能抑制了病患的免疫系统,让SARS-CoV-2更容易突变和适应。

观察特定免疫功能低下的病患在长时间感染SARS-CoV-2时这种病毒的演化,「我们找到了曾在重要变异株上看过的相似处和突变。」南非夸祖鲁-纳塔尔大学的传染病医师理查.莱索斯(Richard Lessells)说。根据某些科学家的看法,Omicron可能就是这样演化出来的。

尽管并不清楚这样的长期COVID-19感染在人类族群中到底有多常见,特别是这样的病人有好几位都是无症状患者,莱索斯说,「但这其实没什么关系──即使是极罕见的事件,如果变异株出现,然后又成功地传播到某个族群内,那也只需要发生一或两次就足以让事情变得很严重。」

这也可以解释,为何世界上许多地区在病毒基因监测方面的努力,在这个变异株已经感染许多人、也来不及阻断传播之前,都没有发现这次罕见的SARS-CoV-2演化事件。

是否因为监测能力有限而让Omicron在没人注意到的状况下出现?

不过还有另外一种假说也受到关注:或许Omicron就只是在相对来说较孤立、且分析COVID-19病毒样本遗传序列量能有限的地区演化出来的。这代表Omicron可以在未被发现的状态下在一个族群中长时间流行。

举例来说,重要的B.1.620变异株最早是2021年4月在立陶宛发现的,但根据学者追溯,其起源是在中非,当地有些国家一直苦于基因体监测量能有限。该假说继续推测,尽管该变异株可能在当地盛行,但一直没有人发现,直到出现了在欧洲和喀麦隆、马利之间旅行的病例,才为人所知。

然而,拉斯姆森却认为,这种假说可能不适用Omicron。 「我认为这不太可能,因为地球上没有很多族群是孤立到那种程度的。」她说:「〔长期下来〕我们一定会看到Omicron的先祖出现在族群中,也一定会在某个时间点被基因监测抓出来。」

Omicron是由动物宿主产生的吗?

另一方面,中国科学院的遗传学家钱文峰(Wenfeng Qian)则怀疑Omicron是在动物身上演化出来的──最有可能的就是小鼠和大鼠。过去这一年来,SARS-CoV-2感染过宠物猫、狗和雪貂,肆虐貂繁殖场,还扩散到动物园的老虎和鬣狗以及北美洲森林中的白尾鹿。

尽管一开始小鼠并不是SARS-CoV-2的好宿主,因为啮齿动物细胞表面的蛋白质受器会阻挡病毒的结合和进入,但有一项研究显示,较新的变异株如Alpha、Beta 和Gamma的棘蛋白上都有一个名为N501Y的突变,让新病毒可以在实验室测试中感染小鼠细胞。 Omicron也有这个突变。这个变异株里也还有好几个其他突变跟啮齿类的适应有关。

钱文峰和同事研究了Omicron基因中的45个突变,包括N501Y,他们指出其中某些突变符合通常从小鼠身上演化出来的冠状病毒变异株。他们也发现Omicron前身的突变特征,和人类宿主身上演化的SARS-CoV-2所观察到的模式不一样。 RNA病毒,包括SARS-CoV-2在内,在感染人类、并在人体内演化的时候,通常会累积更多突变,突变中的基因砌块鸟嘌呤(guanine)会被脲嘧啶(uracil)取代──也就是所谓的「G变U突变」。但Omicron前身的G变U突变数量有限,让钱文峰认为这个变异株是在动物宿主身上演化的。不过就这种病毒来说,「我们无法辨识出到底是哪种动物。」他说。

SARS-CoV-2有可能是从感染的人类跳到小鼠或大鼠身上,在小鼠间传播,并演化成Omicoron然后感染了可能接触到这些动物的人类。这可能跟貂农场员工的案例类似,貂先是从被人类传染COVID-19,然后突变版的SARS-CoV-2又在貂之间流行,最后感染了养貂的人。

不过,许多科学家还是支持Omicron可能是在免疫功能低下、又有长期COVID-19感染的人身上演化出来的。 「只会在健康不佳、或没有接受治疗的HIV患者身上看到的那类突变,特别会让人联想到Omicron。」巴卢说。拉斯姆森也同意,但对她来说,这并没有反驳动物起源理论,也没有抹除接触感染动物的可能风险。

马蓬加、莱索斯和他们在南非的同事,正计画要密切监测SARS-CoV-2病毒在严重免疫不良的HIV病人身上的发展。而另一方面,拉斯姆森和同事也计画要调查如马、牛、绵羊、山羊等家畜,还有像白尾鹿、浣熊与加拿大的小型食肉动物,以了解它们有多容易感染SARS-CoV-2,尤其是对Omicron。

找出Omicron的起源或许无法协助我们克服疫情,她说。 「但可以改善我们监测新变异株的方式。」




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