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为什么像德尔塔一样的病毒株会占据主导地位?

图片来源:Pixabay
此前许多国家因疫苗接种率上升而放松了旅行和口罩限制,德尔塔的出现打破了这一现状。尽管这些疫苗似乎大多对德尔塔病毒有效,但数量庞大的病例似乎可能使它在接种疫苗的人群中引起“突破性感染”。虽然目前尚不清楚它是否会导致比以前流行的菌株更严重的疾病。
但清楚的是,德尔塔病毒比之前的菌株更具进化优势。“它的增长率在这次大流行的历史上是独一无二的,”匹兹堡大学的进化生物学家沃恩·库珀说。现在,他和其他人正尝试研究为什么这种带有一系列不同突变的变体会在传播过程中如此成功。病毒能快速传播的一部分原因可能是由于其可以快速复制。最近的一项研究发现,感染德尔塔的人体内的病毒(称为病毒载量)平均比感染原始毒株的人多1,000倍,这使病毒能够迅速感染更多的人。该变体的优势似乎来源于刺突蛋白的组合突变,这种新型冠状病毒的刺突蛋白能够与细胞表面的ACE2受体结合从而使病毒感染它们。

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科学家们还想知道德尔塔除了增加传播性之外,是否还能够逃脱人体免疫系统的防护。它缺少能帮助其他变体部分逃脱抗体中和的E484突变,但实验室研究显示德尔塔的L452R突变在执行相同功能方面甚至更好。
在最近的一项尚未在期刊上发表的研究预印本中,康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学公共卫生学院的流行病学家内森·格鲁博测试了18种不同的变体对40名已接种疫苗的医护人员血浆中提取的血清的反应。他们发现志愿者的抗体能够很好地中和阿尔法变体,而且也可以相当好地中和德尔塔。但它们对携带E484K突变的变体,如贝塔或伽马的中和效果较差,这两种变体分别在南非和巴西首次被发现。
考虑到德尔塔在传播方面比贝塔或伽马厉害得多,这个研究结果十分令人惊讶。尽管L452R突变改善了免疫逃脱,但实际上德尔塔变体并没有那么擅长避开免疫系统,这表明德尔塔的特定突变组合赋予了病毒独特的功能。“即使我们试图简化问题,也很难弄清楚哪些组合会成为下一个流行病毒,格鲁博说。他说德尔塔变体的成功表明,免疫逃脱可能不会赋予病毒像传染性那样强大的进化优势,至少在未接种疫苗的人群中是这样。
但这可能并不适用于所有人群。例如,伽马变种在巴西迅速传播,在世界其他地区则传播得很少。一些研究人员推测,巴西的冠状病毒感染率高于大多数国家可能意味着当伽马变体出现时,大多数人已经能够产生强烈的免疫反应。在这类人群中,逃脱免疫系统防护对病毒来说就变得十分有用。亚特兰大的埃默里大学的病毒学家梅胡尔·苏塔尔说,病毒在变得无法与ACE2受体结合之前在刺突蛋白上获得的突变数量可能是有限的。“在病毒获得传播、扩散和复制的能力与其逃避抗体反应的能力之间总是会有这种拉锯战,”他说。
苏塔尔指出,与德尔塔变体大约同时出现在印度的卡帕变体与德尔塔变体的大部分突变相似,包括类似于E484K的突变。但卡帕并未在世界范围内传播,这表明这些突变可能以某种方式相互作用,使病毒不能适应进化规律。“最终大肆流行是德尔塔变体,这有点令人惊讶,”苏塔尔说,“这实际上是令人欣慰的。”

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格鲁博认为不太可能出现重要的新刺突蛋白突变。相反,具有“最佳”突变组合的病毒,才能在大多数人中广泛传播。但很难预测这些组合会是什么。“我认为我们对应该注意哪些突变有很好的把握,但这并不一定意味着如果我们注意到这些,我们就确切地知道它们的表现,”他说。
库珀表示同意:“可能的话,在感染人数居高不下的情况下,这种高传染性和逃避抗体的能力的组合将会进化,这是非常合乎逻辑的。”未接种疫苗的人越多,出现比德尔塔变体更糟糕的情况的可能性就越大。
这种潜在的梦魇般的病毒实际上是在去年出现的:一种名为B.1.620的变体,最早出现在非洲。它携带了E484K以及许多其他可能增加传染性的刺突蛋白突变。瑞士伯尔尼大学的遗传学研究员艾玛·霍德克罗夫特说:“仅凭这一点,你就惊呼,‘天哪,’”。但是B.1.260的病例数量很快就下降了。“显然,事情并没有简单到拥有所有这些突变就能变成最可怕的病毒,”霍德克罗夫特说。
纽约大学朗格医学中心的微生物学家纳撒尼尔·兰道说,好消息是调整辉瑞和莫德纳生产的mRNA疫苗以使其更有效地对抗这种变体将相对简单。“如果确实出现了一种可以比当前病毒更好地逃脱免疫的变种,那么你真的需要加强注射来对付它了,”他说。
然而,与此同时,现有疫苗仍然是防止出现新变种的最佳方法。“很明显,有这些病毒在,并不是说如果我们打败了德尔塔,我们就能战胜大流行,”苏塔尔说。“永远会有下一个出现。”如果接种疫苗的人太少,病毒的传播不受控制,他说,“就会出现感染、变异和传播的无休止循环。”
翻译:贾荣轩
审校:殷姝雅
引进来源:科学美国人
本文来自:中国数字科技馆
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