【干貨分享】第十期:深入探討新冠病毒的突變對(duì)核酸檢測(cè)的影響
2021年1月20日,北京大興區(qū)通報(bào)了2例本土新冠肺炎病例樣本的病毒基因測(cè)序結(jié)果,結(jié)果表明2例樣本均屬于L基因型歐洲家系分支(B.1.1.7),與英國發(fā)現(xiàn)的新冠病毒突變株高度同源
2021年1月20日,北京大興區(qū)通報(bào)了2例本土新冠肺炎病例樣本的病毒基因測(cè)序結(jié)果,結(jié)果表明2例樣本均屬于L基因型歐洲家系分支(B.1.1.7),與英國發(fā)現(xiàn)的新冠病毒突變株高度同源。至此,國內(nèi)上海、廣東和北京等地均已通報(bào)檢出B.1.1.7突變株感染者,引起了廣泛關(guān)注。
新冠病毒的突變點(diǎn)都有哪些?突變會(huì)導(dǎo)致怎樣的影響?日常的核酸檢測(cè)是否還有效?今天,筆者就帶大家詳細(xì)了解一下新冠病毒的這些突變“兄弟們”。
什么是病毒突變株?
病毒在進(jìn)行復(fù)制時(shí),其遺傳物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化,這些變化被稱為“突變”。而具有一個(gè)或多個(gè)新突變的病毒被稱為原始病毒的“變體”(即突變株)。新冠病毒作為一種分子穩(wěn)定性相對(duì)較差的RNA病毒,發(fā)生突變是再正常不過的一件事情,目前全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種新冠病毒的變體,其中大部分對(duì)新冠病毒的屬性影響很小甚至無影響,我們真正需要關(guān)注的是那些會(huì)影響病毒屬性的突變株。
新冠病毒的“有效”突變株主要從兩方面來影響病毒的屬性:
1)增強(qiáng)新冠病毒與宿主蛋白ACE2受體的親和力,從而增強(qiáng)病毒的感染能力;
2)幫助新冠病毒逃逸宿主免疫系統(tǒng)的攻擊,導(dǎo)致人類二次感染概率升高甚至降低疫苗有效性。
目前,尚無證據(jù)表明已知的突變點(diǎn)會(huì)增強(qiáng)新冠病毒的致病性(人感染后病情加重)。
五種重要的突變株
世界衛(wèi)生組織(WHO)2020年12月31日正式通報(bào)了自新冠病毒疫情爆發(fā)以來主要的4種病毒突變株,分別為D614G突變株、“Cluster 5”突變株、B.1.1.7突變株和B.1.351突變株,加上近日“突起”的P.1突變株,共有5種引人注目的新冠突變株。
圖1 不同突變株需要重點(diǎn)關(guān)注的突變位點(diǎn)
●D614G突變株
2020年1月底發(fā)現(xiàn)的D614G突變株,也稱B.1突變株,其突變位點(diǎn)主要為S蛋白上的D614G。至2020年6月,D614G突變株已成為全球范圍內(nèi)流行的主要毒株,其占比高達(dá)64.6%。D614G突變株的復(fù)制和傳播更快,感染能力更強(qiáng),傳染性更強(qiáng)。
圖2 D614突變株的流行趨勢(shì)
●“Cluster 5”突變株
“Cluster 5”突變株是人與中間宿主互相傳播的典型代表,其可在人與水貂中傳播。“Cluster 5”突變株于2020年8-9月在丹麥發(fā)現(xiàn),至少含有2個(gè)關(guān)鍵突變:Y453F突變和69-70del突變。世界衛(wèi)生組織稱,“Cluster 5”突變株可能造成人體中和抗體的活性適度減弱,導(dǎo)致人體在自然感染或接種疫苗后,產(chǎn)生的免疫保護(hù)范圍和持續(xù)時(shí)間縮短,但其在世界范圍內(nèi)流行程度較低。
●B.1.1.7突變株
2020年12月14日英國向世衛(wèi)組織通報(bào)出現(xiàn)新的“B.1.1.7突變株”(又稱VUI-202012/01),該毒株的3個(gè)位于S基因上的關(guān)鍵突變具有潛在的生物學(xué)功能,分別為N501Y突變、69-70del突變和p681H突變。初步的研究結(jié)果表明,B.1.1.7突變株的傳染性可能比普通毒株高出56%,目前已傳播至約60個(gè)國家和地區(qū)。
圖3 B.1.1.7突變株的全球流行情況
●B.1.351突變株
B.1.351突變株自2020年8月首次發(fā)現(xiàn)于南非并迅速傳播,于11月初成為南非的主要流行株。B.1.351突變株的3個(gè)位于S基因上的關(guān)鍵突變具有潛在的生物學(xué)功能,分別為N501Y突變、E484K突變和K417N突變。最新的研究結(jié)果表明,B.1.351突變株的傳播能力更強(qiáng),對(duì)其他毒株誘導(dǎo)的中和抗體的敏感性顯著下降,導(dǎo)致人類二次感染新冠的風(fēng)險(xiǎn)增高。
圖4 B.1.351突變株的全球流行情況
●P.1突變株
P.1突變株屬于B.1.1.28分支,于2021年1月1日在圣保羅被發(fā)現(xiàn),隨后傳至日本。P.1突變株的3個(gè)位于S基因上的關(guān)鍵突變具有潛在的生物學(xué)功能,分別為N501Y突變、E484K突變和K417T突變。K417是中和抗體(neutralizing antibodies,nAbs)的重要靶點(diǎn),有研究表明,該突變可降低病毒與人體內(nèi)中和抗體的親和力,從而有助于免疫逃逸。
圖5 P.1突變株的全球流行情況
莫慌!核酸檢測(cè)依然靠譜
新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)以來,新冠病毒核酸檢測(cè)已經(jīng)成為群眾日常生活中司空見慣的場(chǎng)景,甚至在2021年的春節(jié),一張核酸檢測(cè)陰性報(bào)告成為了大家回鄉(xiāng)的“車票”。當(dāng)下,越來越多新冠病毒突變株的出現(xiàn)引起了人們對(duì)于新冠核酸檢測(cè)有效性的擔(dān)憂。莫慌,筆者這就給大家排解焦慮~
依據(jù)國家新冠診療方案的要求,國內(nèi)主流的新冠檢測(cè)試劑靶標(biāo)多為ORF1ab基因和N基因,而目前發(fā)現(xiàn)的新冠突變株的“有效”突變點(diǎn)基本集中在S蛋白上,對(duì)于檢測(cè)的有效性不會(huì)造成顯著影響。此外,伯杰醫(yī)療目前亦已完成對(duì)現(xiàn)有試劑引物探針與突變株的核對(duì),結(jié)果證實(shí):伯杰醫(yī)療已經(jīng)上市的新型冠狀病毒2019-nCoV核酸檢測(cè)試劑盒(熒光PCR法),針對(duì)最新突變株均不會(huì)出現(xiàn)脫靶和漏檢,仍可保證檢測(cè)試劑的準(zhǔn)確性和靈敏性。
如何快速鑒別新冠突變株?
截至目前,全球已知的新冠病毒變體高達(dá)數(shù)百種,其中引人關(guān)注的B.1.1.7突變株、B.1.351突變株和P.1突變株存在的免疫逃逸現(xiàn)象已經(jīng)引起廣泛關(guān)注和討論,隱患依然存在。因而,世衛(wèi)組織及國際專家依然在密切監(jiān)測(cè)新冠病毒的變化,以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大突變,國內(nèi)也仍需投入巨大的精力監(jiān)測(cè)新冠突變株的流行情況??磥?,對(duì)于這些突變株,不該省的工序還是不能省~
當(dāng)下,全球?qū)π鹿谕蛔冎辏ㄓ绕涫俏粗蛔冎辏┑谋O(jiān)測(cè),主要依賴基因測(cè)序技術(shù)以及全球科研人員對(duì)測(cè)序結(jié)果數(shù)據(jù)的共享。但基因測(cè)序的時(shí)間往往較長,在情況緊急時(shí),及時(shí)響應(yīng)成了一個(gè)大問題。因而,對(duì)于已知有特異性突變點(diǎn)的突變株,我們也可以通過熒光PCR技術(shù)對(duì)突變株進(jìn)行快速鑒別分型和溯源監(jiān)測(cè),避免貽誤疫情防控。
●第三期:分析PCR結(jié)果,還在使用自動(dòng)閾值線?
參考文獻(xiàn)
[1]Zhang L, Jackson C B, Mou H, et al. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity[J]. bioRxiv, 2020.
[2]Daniloski Z, Guo X, Sanjana N, et al. The D614G mutation in SARS-CoV-2 Spike increases transduction of multiple human cell types[J]. bioRxiv, 2020.
[3] Huang AL, et al. The D614G mutation of SARS-CoV-2 spike protein enhances viral infectivity and decreases neutralization sensitivity to individual convalescent sera. bioRxiv, 2020.
[4]Fonager J., et al., Working paper on SARS-CoV-2 spike mutations arising in Danish mink, their spread to humans and neutralization data. https://files.ssi.dk/Mink-cluster-5-short-report_AFO2. 2020.
[5]van Dorp, L., et al., Recurrent mutations in SARS-CoV-2 genomes isolated from mink point to rapid host-adaptation. bioRxiv, 2020: p. 2020.11.16.384743.
[6]Starr, T.N., et al., Deep Mutational Scanning of SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain Reveals
Constraints on Folding and ACE2 Binding. Cell, 2020. 182(5): p. 1295-1310.e20.
[7]Andrew Rambaut, et al. Preliminary genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in the UK defined by a novel set of spike mutations. Genomics Consortium UK (CoG-UK), December 19, 2020. Hoffmann et al. A Multibasic Cleavage Site in the Spike Protein of SARS-CoV-2 Is Essential for Infection of Human Lung Cells, 2020, Molecular Cell 78, 779–784, May 21, 2020.
[8]Gu et al. Adaptation of SARS-CoV-2 in BALB/c mice for testing vaccine efficacy, Science 369, 1603–1607 (2020).
[9]Starr et al. Deep Mutational Scanning of SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain Reveals Constraints on Folding and ACE2 Binding , 2020, Cell 182, 1295–1310, September 3, 2020.
[10]Kevin R. McCarthy et al. Natural deletions in the SARS-CoV-2 spike glycoprotein drive antibody escape. bioRxiv, December 19, 2020.
[11]Kemp SA, et al. Neutralising antibodies drive Spike mediated SARS-CoV-2 evasion. medRxiv, December 19, 2020.
[12]Thomas P. Peacock, et al. The furin cleavage site of SARS-CoV-2 spike protein is a key determinant for transmission due to enhanced replication in airway cells. bioRxiv, September 30, 2020.
[13]Yunkai Zhu, et al. The S1/S2 boundary of SARS-CoV-2 spike protein modulates cellentry pathways and transmission. bioRxiv, August 25, 2020.
[14]Houriiyah Tegally, et al.Emergence and rapid spread of a new severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) lineage with multiple spike mutations in South Africa. medRxiv, December 21, 2020.
[15]Baum, A., et al., Antibody cocktail to SARS-CoV-2 spike protein prevents rapid mutational escape seen with individual antibodies. Science, 2020: p. eabd0831.
[16]Greaney, A.J., et al., Comprehensive mapping of mutations to the SARS-CoV-2 receptor-binding domain that affect recognition by polyclonal human serum antibodies. bioRxiv, 2021: p.
2020.12.31.425021.
[17]Xie, X., et al., Neutralization of N501Y mutant SARS-CoV-2 by BNT162b2 vaccine-elicited sera. bioRxiv, 2021: p. 2021.01.07.425740.
[18]Rambaut, A., et al., A dynamic nomenclature proposal for SARS-CoV-2 lineages to assist genomic epidemiology. Nature Microbiology, 2020. 5(11): p. 1403-1407.
[19]Faria, N.R., et al. Genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in Manaus:
preliminary findings. 2021; Available from: https://virological.org/t/genomic-characterisation-of-anemergent-sars-cov-2-lineage-in-manaus-preliminary-findings/586.
[20]Naveca, F., et al. Phylogenetic relationship of SARS-CoV-2 sequences from Amazonas with emerging Brazilian variants harboring mutations E484K and N501Y in the Spike protein. 2021; Available from: https://virological.org/t/phylogenetic-relationship-of-sars-cov-2-sequences-from-amazonas-withemerging-brazilian-variants-harboring-mutations-e484k-and-n501y-in-the-spike-protein/585.
[21]Voloch, C.M., et al., Genomic characterization of a novel SARS-CoV-2 lineage from Rio de Janeiro, Brazil. medRxiv, 2020: p. 2020.12.23.20248598.上海伯杰醫(yī)療科技有限公司是一家致力于感染性病原體分子診斷試劑研發(fā)和應(yīng)用,深耕于多重?zé)晒釶CR診斷試劑和痕量病毒二代測(cè)序試劑及相關(guān)服務(wù)的國家高新技術(shù)企業(yè)。公司圍繞感染性病原體這一主線,從診斷試劑、診斷儀器、測(cè)序服務(wù)和醫(yī)檢所服務(wù)等多個(gè)面提供全套解決方案。公司秉承“勇于創(chuàng)新,質(zhì)量為先”的方針,為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、疾控公衛(wèi)、高??蒲械群献骰锇樘峁﹥?yōu)質(zhì)產(chǎn)品與服務(wù)。
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