隨著對傳播速度更快的新冠病毒變異株的擔憂日益加劇，全球實驗室都在競相剖析這些病毒的生物學特性。科學家們想要了解，在英國和南非發現的 SARS-CoV-2 變異株為何似乎傳播如此迅速，以及它們是否會降低疫苗的效力，或克服自然免疫力並導致再次感染潮。
馬薩諸塞大學醫學院（位於伍斯特）病毒學家傑里米·盧班表示：“我們中的許多人都在爭先恐後地理解這些新變異株，而價值百萬美元的問題是，這對目前正在接種的疫苗的有效性有何意義。”
首批實驗室結果正在陸續公佈，預計未來幾天將有更多結果出爐，因為研究人員正匆忙探究病毒變異株及其組成突變在 SARS-CoV-2 細胞和動物模型中的情況，並使用疫苗和自然感染產生的抗體對它們進行測試。1月8日釋出的一份預印本發現，兩種變異株共有的一種突變並沒有改變接種輝瑞和生物科技公司聯合開發的疫苗的人產生的抗體活性。關於其他突變和疫苗的資料預計很快公佈。
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德克薩斯大學醫學分部（位於加爾維斯頓）病毒學家維尼特·梅納切裡說：“到下週，我們將掌握更多資訊”，他的團隊正準備研究這些變異株。
潛在的生物學特性
研究人員在 2020 年 11 月下旬和 12 月初透過基因組測序發現了這兩種冠狀病毒變異株。英國範圍的新冠肺炎基因組學研究工作確定，一種現在被稱為 B.1.1.7 的病毒變異株是英格蘭東南部和倫敦病例激增的幕後推手；該變異株現已傳播到英國其他地區，並在全球數十個國家/地區被檢測到。
由誇祖魯-納塔爾大學（位於德班）生物資訊學家圖利奧·德·奧利維拉領導的一個團隊將該國東開普省快速增長的疫情與他們稱之為 501Y.V2 的冠狀病毒變異株聯絡起來。英國和南非的變異株是獨立出現的，但都攜帶大量突變——其中一些相似——位於冠狀病毒刺突蛋白中，病毒透過刺突蛋白識別和感染宿主細胞，而刺突蛋白是我們免疫反應的主要目標。
研究英國 B.1.1.7 變異株增長情況的流行病學家估計，它的傳播性比現有迴圈病毒高約 50%——這一發現促使英國政府決定在 1 月 5 日進入第三次全國封鎖。“流行病學確實為我們指明瞭方向，”倫敦帝國理工學院病毒學家溫迪·巴克利說，她是一個為英國政府應對 B.1.1.7 提供建議的小組成員。
但巴克利補充說，科學家確定潛在的生物學特性非常重要。“瞭解病毒的哪些特性使其更具傳播性，使我們能夠更明智地做出政策決定。”
一項挑戰是將區分英國和南非譜系與其近親的突變的影響區分開來。B.1.1.7 變異株攜帶 8 個影響刺突蛋白的改變，以及其他基因中的更多改變；南非 501Y.V2 變異株的樣本攜帶多達 9 個刺突蛋白改變。盧班說，弄清楚哪些突變導致了變異株的快速傳播和其他特性是“一項巨大的挑戰”。“我不認為有一個單一的突變可以解釋所有這一切。”
大部分焦點集中在兩種譜系共有的一種刺突蛋白改變上，稱為 N501Y。這種突變改變了刺突的一部分，稱為受體結合域，該域鎖定人類蛋白質以允許感染。巴克利說，先前研究暗示的一種假設是，N501Y 改變使病毒能夠更牢固地附著在細胞上，從而更容易感染。
N501Y 突變是梅納切裡團隊準備在倉鼠（SARS-CoV-2 傳播模型）中測試的幾種突變之一。去年，他所在的團隊報告稱，與缺乏該改變的病毒相比，刺突蛋白的另一種突變使病毒能夠在倉鼠的上呼吸道中生長到更高的水平。“這就是我對這些突變的期望，”他說。“如果是這種情況，那將推動它們的傳播性。”12 月下旬釋出的一份報告支援了這一假設：它發現在感染 B.1.1.7 變異株的人的拭子中，SARS-CoV-2 遺傳物質比感染缺乏 N501Y 改變的病毒的人的拭子中更多。
抗體測試
變異株的快速傳播引發了遏制其傳播的努力，包括封鎖、邊境限制和加強監測。更令人感到緊迫的是，人們擔心變異株可能會削弱疫苗和先前感染引發的免疫反應。結構生物學家傑森·麥克萊倫說，兩種變異株都在刺突蛋白的區域內攜帶突變，而這些區域會被有效的病毒阻斷“中和”抗體識別：受體結合域和一個稱為 N 端域的部分。麥克萊倫在德克薩斯大學奧斯汀分校研究冠狀病毒刺突蛋白。這引發了一種可能性，即針對這些區域的抗體可能會受到突變的影響。
因此，學術界和政府研究人員以及疫苗開發商現在正在夜以繼日地工作，以解決這個問題。“這速度太瘋狂了，”德克薩斯大學醫學分部病毒學家石培勇說，他正在與輝瑞公司合作分析其成功疫苗試驗參與者的血液。在 1 月 8 日的預印本中，該團隊發現，與缺乏該改變的病毒相比，20 名參與者產生的抗體針對攜帶 N501Y 突變的病毒的效力幾乎沒有差異。該團隊目前正在檢查變異株中其他突變的影響。
在他的同事梅納切裡領導的一項相關實驗中，梅納切裡還發現，至少 501Y 突變並沒有顯著影響康復血清（從新冠感染康復者身上採集的血液中含有抗體的部分）中和抗體的活性。梅納切裡在 12 月 22 日釋出到 Twitter 上的資料表明，501Y 突變不太可能改變免疫力。
但其他突變可能會。其中最主要的是德·奧利維拉團隊在 501Y.V2 變異株中發現的另一種受體結合域突變，稱為 E484K。他的團隊正在與德班非洲健康研究所的病毒學家亞歷克斯·西格爾合作，針對康復血清和疫苗試驗接種者的血清測試該變異株。德·奧利維拉說，這些研究的首批結果應該會在幾天內公開。
免疫逃逸
新興證據表明，E484K 突變可能使病毒能夠逃避某些人的免疫反應。在 12 月 28 日的預印本中，由義大利錫耶納托斯卡納生命科學基金會的免疫學家裡諾·拉普奧利領導的一個團隊在低濃度的一名康復者的血清存在下培養了 SARS-CoV-2。目的是篩選出逃避感染反應中產生的多種抗體的病毒突變。“這個實驗不一定應該成功，”共同作者麥克萊倫說。但在 90 天內，病毒已經獲得了 3 個突變，使其對該人的血清具有免疫力——包括南非變異株中的 E484K 突變以及在南非和英國變異株中發現的 N 端域改變。“這令人驚訝，”麥克萊倫說，因為它表明，個體針對 SARS-CoV-2 的整個抗體反應都針對刺突蛋白的一小部分。
實驗室進化的毒株對其他人的康復血清的抵抗力較弱。但該實驗表明，疫苗和先前感染產生的抗體識別變異株的方式可能會受到 E484K 和兩種變異株攜帶的 N 端域改變等突變的影響，麥克萊倫說。
總部位於馬薩諸塞州劍橋市的生物技術公司 Moderna 開發了一種基於 RNA 的疫苗，該公司表示，預計其疫苗將對英國變異株有效，並且正在進行測試。
華盛頓州西雅圖市弗雷德·哈欽森癌症研究中心病毒進化生物學家傑西·布盧姆說，一個緊迫的問題是，這種改變是否會改變疫苗在現實世界中的有效性。在他的團隊於 1 月 4 日釋出的預印本中，他的團隊還報告說，E484K 和其他幾種突變可以在不同程度上逃避人們康復血清中抗體的識別。
但布盧姆和其他科學家希望，變異株中的突變不會大幅削弱疫苗的效能。疫苗傾向於引發驚人的中和抗體水平，因此它們針對變異株的效力略有下降可能無關緊要。疫苗引發的其他免疫反應，如 T 細胞，可能不會受到影響。“如果我現在要打賭，我會說疫苗對於真正重要的事情——防止人們病入膏肓——仍然有效，”盧班說。
本文經許可轉載，最初於 2020 年 1 月 7 日首次發表於。