感染人類前回到過動物宿主體內?奧密克戎如何獲得如此多的突變

2022年01月14日09:00

  奧密克戎是現在最受關注的新冠病毒變異株,它區別於之前變異株的一大特點是,在短時間內獲得了大量的變異,這也使得它的感染、致病風險變得難以確定。奧密克戎是如何獲得如此多的變異的?研究人員推測,變異可能發生在具有免疫缺陷的人或動物身上,在奧密克戎感染人類之前,新冠病毒有可能回到過最初的動物宿主體內進化了。

  撰文|薩拉·懷爾德(Sarah Wild)

  編譯|魏書豪

  審校|白德凡

  11月25日,南非科學家宣佈發現冠狀病毒的一種新的“嚴重變異”變種,引發全球恐慌。各國很快實施了旅行禁令並關閉了邊境,但包括美國在內的至少23個國家已經發現了這種變異株。

  各國下意識地採取措施,一個原因是新變異株含有大量突變:被世界衛生組織命名為奧密克戎(Omicron)的變異株,其刺突蛋白髮生了30多處變化。刺突蛋白幫助病毒感染並控制人類細胞,這種蛋白也是大多數疫苗的目標。以前變異株(如德爾塔和阿爾法變異株)中刺突蛋白的變化使病毒更具傳染性或更有可能出現免疫逃逸。目前還不清楚奧密克戎是否比以前的變異株更容易傳播,或者導致更嚴重的症狀,或者是否會降低疫苗的效果。但是南非科學家新的一項研究(尚未在科學雜誌上發表)表明,奧密克戎再次感染人類的可能性是其他變異株的三倍。

  病毒會在複製和傳播的過程中自發產生突變,但科學家們現在正試圖理解,奧密克戎如何在如此短的時間內出現如此多的突變。

  里約熱內盧奧斯瓦爾多克魯茲研究所的病毒學家貢薩洛·貝略(Gonzalo Bello)說:“問題在於,這種快速進化是如何發生的,發生在什麼地方,以及推動進化發生的條件是什麼。” 貝略是追蹤2020年11月巴西伽馬變異株的團隊成員,該變異株加劇了巴西的疫情。發現了伽馬變異株後,“我們意識到突變不會一次性就出現在一個個體中。”貝略解釋說。相反,突變會出現在一群個體中,在其他個體中則沒有。伽馬變異株的興起“是在一個群體中而不是在某一個人身上發生的。”他說。

  像奧密克戎這樣嚴重變異的變異株是如何產生的?一種可能性是,病毒開始在一個孤立的人群中傳播和變異,與該群體之外的變異株相比,它有機會發生巨大變化。貝略說,它接著可能會帶著大量的突變進入到更大的人群中,這樣就能夠傳播到不同的群體和國家。

  或者,在找到新宿主之前,病毒可能已經在單個個體中發生了顯著突變。開普敦大學疫苗學教授安娜-莉澤·威廉森(Anna-Lise Williamson)和該大學生物製藥研究部門主任埃德·雷比茨基(Ed Rybicki)表示:“這可能發生在有免疫抑製的人身上,比如感染了愛滋病毒的人。”南非是世界上愛滋病最嚴重的國家,有700多萬人感染了這種病毒,鄰國也有大規模的愛滋病毒感染。這導致一些科學家假設,奧密克戎出現在非洲南部,因為它最初是在那裡被發現的,但更早的病例後來在歐洲國家和美國被發現。

  威廉森和雷比茨基解釋說,健康人有許多叫做CD4+的免疫T細胞,它們刺激身體產生另一種叫做殺傷T細胞的免疫細胞。在獲得的健康人感染新冠病毒時,這些殺傷T細胞會破壞被病毒感染的細胞。但是對於免疫功能低下的人來說,他們體內的CD4+ T細胞數量很少,缺乏殺傷T細胞反應,“病毒會建立一種持續的感染機制”。然而,他們的免疫系統確實產生了一些B細胞,這些細胞會引發抗體反應,根據威廉森和雷比茨基的說法,這“導致了病毒和抗體之間的軍備競賽”。微弱的B細胞反應並不能產生足夠的抗體來完全清除病毒,因此病毒刺突蛋白的基因序列承受壓力而發生突變來躲避抗體。

  有一些證據支援這個觀點。在6月份發佈的一篇預印本論文中,南非的研究人員描述了一名感染新型冠狀病毒超過6個月的HIV病毒陽性婦女。在那段時間里,她體內的病毒進化併發展出了一些突變,其中一些突變發生在刺突蛋白上。

  貝略說,關於病毒如何快速獲得如此多的突變,另一個可能的假設是,它在再次感染人類之前重回了宿主體內。有說服力的證據表明,最初的新型冠狀病毒可能起源於蝙蝠,並且已經有許多其他野生和家養哺乳動物感染病毒的案例。去年,在北美和歐洲的水貂養殖場有冠狀病毒爆發的報導,在荷蘭有一例水貂感染農場工人確診病例。

  貝略說,奧密克戎可能就是通過這種方式從動物跳轉到人類身上的。“在另一個物種中,病毒將面臨不同類型的免疫壓力,因此它可能會很快積累一些突變。”不過這個想法目前還只是推測。

  為了完全瞭解奧密克戎的起源,確定它最早傳播的人類患者或社區是有幫助的。但耶魯大學免疫生物學和分子、細胞和發育生物學教授岩崎晶子(Akiko Iwasaki)說,很難確定變異株的零號患者。“那是因為對病毒的監控工作只獲取了一小部分感染者的信息”她說。岩崎晶子說,隨著越來越多的人接受檢測,並得到病毒基因組測序,就有可能確定新冠病毒突變成奧密克戎的大致地理區域和大概時間。

  對英國南安普頓大學全球健康高級研究員邁克爾·黑德(Michael Head)來說,奧密克戎敲響了警鍾,提醒人們疫苗的不平等和擴大獲取途徑的必要性。根據牛津大學的“Our World in Data platform”平台,截至11月30日,全球已經接種了約80億劑疫苗,低收入國家只有6%的人接種了至少一劑疫苗。根據非洲疾病控制和預防中心的數據,非洲國家已經接種了超過2.35億劑疫苗,但非洲大陸的人口超過了12億。

  “到目前為止,引起關注的主要變異(基本上是從阿爾法到德爾塔)均爆發自未接種疫苗的不受控制人群。”黑德說。“那是新冠疫情最嚴重的地方,也是病毒變異機會更大的地方。如果疫苗可以控制疫情,就會減少這些變異機會。”

  11月28日,世界衛生組織總幹事譚德塞(Tedros Adhanom Ghebreyesus)也表達了同樣的擔憂:“奧密克戎變異株反映了長期的疫苗分配不公正的威脅,”他在推文中寫道,“我們交付疫苗的時間越長,就越容易讓新冠病毒傳播、變異,並變得更危險。”

  原文鏈接:

  https://www.scientificamerican.com/article/how-the-omicron-variant-got-so-many-scary-mutations-so-quickly/

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