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近日,世界卫生组织在例行新闻发布会上公布,29%新冠病毒样本出现D614G变异,可能加强其传播性。不过世卫组织也进一步表示,目前没有证据表明变异会导致更严重的病情。基于新冠病毒的D614G突变,研究者针对新冠病毒该变异后的传播性和感染力增强进行了实验室论证与分析。
新冠病毒(SARS-CoV-2)的刺突S蛋白(Spike蛋白)由S基因编码,是介导其进入宿主细胞的蛋白,或者说是新冠病毒用来进攻人类宿主细胞的“攻城锤”。S蛋白组合为三聚体结构分布在病毒表面。D614G突变是新冠病毒S基因的第614个密码子发生非同义突变,GAT密码子编码的天冬氨酸(Asp, D)突变为GGT密码子编码的甘氨酸(Gly, G)。D614G突变以及它在S蛋白的位置见下图:
D614G新冠病毒的病毒株数
和变异频率统计
*本部分数据来源于来自国家生物信息中心-2019新冠病毒信息库):
bigd.big.ac.cn
D614G突变的病毒株数和变异频率随时间增加:
全球主要地区的D614G突变病毒株数和变异频率:
从统计图中可以看出该变异病毒主要在欧洲(如英国、荷兰、德国)及美洲地区传播。
中国的D614G突变病毒株数的占比在逐渐增加:
对于D614G新冠病毒的
学术前沿观点
1. 2020年7月3日,来自美国杜克人类疫苗研究所和外科系以及洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究团队在《Cell》上发表了关于SARS-CoV-2大流行中发生突变的最新研究成果。研究人员分析了谢菲尔德教学医院的999名COVID-19患者的SARS-CoV-2序列,并将其与临床数据相关联,发现G614与COVID-19患者潜在的较高病毒载量相关。
2. 全国政协委员、重庆医科大学校长黄爱龙的团队在医学预印本平台bioRxiv上发表了题为:The D614G mutation of SARS-CoV-2 spike protein enhances viral infectivity and decreases neutralization sensitivity to individual convalescent sera 的研究论文。此前,黄爱龙团队于4月29日、6月5日和6月18日短时间内在国际顶级期刊 《自然·医学》(Nature Medicine)发表了三篇论文,针对新冠病毒患者的抗体反应和无症状感染者的临床和免疫学特征展开研究。
此次研究中,黄爱龙团队详细阐述了新冠病毒S蛋白在614位置的显性突变(D614G突变)。研究表明,新冠病毒所属的RNA病毒突变率极高,这可能助长传播和毒性。新冠病毒S蛋白中唯一的显著变异就是非同义D614G突变(天冬氨酸D变为甘氨酸G)。原始数据表明,S-G614是SARS-CoV-2的致病性更高的毒株,具有较高的传播效率。研究者认为这一突变可以增强蛋白酶对S蛋白的切割能力,从而促使病毒具有更强的感染能力。此外,D614G突变改变了S蛋白甚至是整个病毒的免疫原性,进而降低了康复期血清对病毒的敏感性。
3. 科研人员发现,D614G突变在所有分析的序列中占比高达64.6%,在全球范围内存在大量自然分布。因此,研究人员认为,D614G突变在新冠病毒进化过程中可能具有选择优势。而此前的研究显示,携带D614G突变的新冠病毒毒株已经取代2019年的原始毒株成为了主流新冠病毒株。根据近日公布的数据,导致6月北京新发地新冠疫情的病毒也均带有D614G突变。
4. D614G突变为何使新冠病毒更有感染力、更易进入宿主?通常来讲,冠状病毒利用两种不同的途径侵入细胞:一种是蛋白酶介导的细胞表面途径(protease-mediated cell-surface),另一种是胞内体途径(endosomal pathway)。冠状病毒S蛋白会被宿主细胞的蛋白酶切割成S1亚基和S2亚基,其中,S1亚基负责受体识别和结合,S2亚基负责感染过程中入侵阶段的膜融合。而通过蛋白酶切割实验,研究人员发现D614G这种突变引入了另外一个弹性蛋白酶2切割位点,进而可以增强蛋白酶对S蛋白的切割能力,促进了其裂解和病毒细胞的进入。这预示着S-D614G突变体对宿主细胞,甚至是个体有更强的感染力。
所有的结论虽然证实该突变使得新冠病毒对人群更易感,但实验室中对研究仅仅围绕S蛋白展开,其他蛋白或表位并未考虑在内。
根据目前的信息,D614G变异对于新冠病毒感染人的能力和毒性均有一定增强,但其程度需更多的临床数据支撑,离不开持续的大量样本检测。对疫苗和检测靶标影响的评估,也需要保持对该变异的更多监测。
参考文献
Cell. 2020 Jul 3;S0092-8674(20)30817-5. Making Sense of Mutation: What D614G Means for the COVID-19 Pandemic Remains Unclear.
Cell. 2020 Jul 3; S0092-8674(20)30820-5. Tracking Changes in SARS-CoV-2 Spike: Evidence that D614G Increases Infectivity of the COVID-19 Virus.
BioRxiv. 2020 Apr 30. Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2.
BioRxiv. 2020 Jun 12; 2020.06.12.148726. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity.
BioRxiv. 2020 Jun 15;2020.06.14.151357. The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types.
Int J Clin Pract. 2020 May 6;e13525. SARS-CoV-2 viral spike G614 mutation exhibits higher case fatality rate.
Emerg Infect Dis. 2020 Jul;26(7):1470-1477. High Contagiousness and Rapid Spread of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2.
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