導(dǎo)致 COVID-19 的病毒 SARS-CoV-2 比大多數(shù)冠狀病毒更頻繁地產(chǎn)生變異。USC Dornsife 的科學(xué)家們找到了原因。（圖片來源：Unsplash。）

研究人員發(fā)現(xiàn)了個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，解釋了為什么 COVID-19 病毒會(huì)如此迅速地產(chǎn)生變體，例如 delta 和 omicron。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于 9 月 13 日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上，可以幫助科學(xué)家預(yù)測新的冠狀病毒毒株的出現(xiàn)，甚至可能在這些毒株出現(xiàn)之前生產(chǎn)疫苗。

多種 COVID-19 病毒變體的相對迅速出現(xiàn)讓研究人員感到困惑，因?yàn)榇蠖鄶?shù)冠狀病毒不會(huì)如此迅速地變異和進(jìn)化。這是因?yàn)樗鼈兙哂袃?nèi)置的“校對”機(jī)制來防止突變，因?yàn)樗鼈冊谖覀兊募?xì)胞中生長和繁殖時(shí)會(huì)復(fù)制自己。

但南加州大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了 COVID-19 病毒繞過校對的策略：它劫持了人類細(xì)胞內(nèi)通常防御病毒感染的酶，利用這些酶改變其基因組并制造變體。 

南加州大學(xué)多恩西夫文理學(xué)院生物科學(xué)與化學(xué)教授、首席研究員陳曉江表示，這些發(fā)現(xiàn)有助于防止由新變種引起的新感染激增，對遏制大流行至關(guān)重要。

“新毒株可能會(huì)變得越來越具有傳染性，并逃避現(xiàn)有疫苗的保護(hù)，”陳說。“提前預(yù)測新變種并準(zhǔn)備有效的疫苗可以在新變種傳播之前阻止它們?！?/span>

的進(jìn)攻是好的防守

Chen 和南加州大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中用冠狀病毒感染了人類細(xì)胞，然后研究了病毒基因組在細(xì)胞內(nèi)繁殖、復(fù)制自身時(shí)的變化。

該病毒的遺傳密碼序列由 DNA 的近親 RNA 組成，使用四個(gè)字母來識別組成核苷酸：A、C、G、U。在分析過程中，陳和團(tuán)隊(duì)注意到一個(gè)有趣的模式：出現(xiàn)了許多突變由于病毒自我復(fù)制是由將代碼中的一個(gè)特定核苷酸更改為另一個(gè)引起的——字母“C”變?yōu)椤癠”。

高頻率的 C 到 U 突變將它們指向一組細(xì)胞經(jīng)常用來防御病毒的酶。這些酶被稱為 APOBEC，將病毒基因組中的 Cs 轉(zhuǎn)化為 Us，目的是引起致命的突變。

但陳和團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對于在人體細(xì)胞中生長的 COVID-19 病毒，C-to-U 突變不僅不會(huì)致命，它們實(shí)際上通過為病毒提供變異、進(jìn)化和發(fā)展的方式而使病毒受益新菌株的速度比預(yù)期的要快。

“我們提供了個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，證明我們自己的酶可以幫助 COVID-19 病毒快速變異，”陳說。“病毒不知何故學(xué)會(huì)了改變這些宿主 APOBEC 酶的進(jìn)化和適應(yīng)性。”

把桌子轉(zhuǎn)過來

幸運(yùn)的是，對于希望克服 COVID-19 的研究人員來說，每一次好的進(jìn)攻都有其弱點(diǎn)。在這種情況下，APOBEC 酶產(chǎn)生的突變不是隨機(jī)的——它們在基因序列中的特定位置將 C 轉(zhuǎn)換為 U，其中 U 或 A 剛好在 C 之前（如 UC 或 AC）。

有了這種洞察力，科學(xué)家們可以在 COVID-19 病毒基因組中尋找每一個(gè) UC 和 AC，并使用強(qiáng)大的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法，預(yù)測和測試如果其中任何一個(gè)變成 U 會(huì)發(fā)生什么。這可以幫助他們預(yù)測什么是新的可能會(huì)出現(xiàn) COVID-19 變體并建議如何更新疫苗，以防止任何可能傳播的新變體。

Chen 和團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)就是這樣做，研究由 APOBEC 酶引起的 C 到 U 突變可能對 COVID-19 病毒的生命周期及其傳播和引起疾病的能力產(chǎn)生的潛在影響。隨著時(shí)間的推移，這些信息可以幫助科學(xué)家生產(chǎn)新的藥物和疫苗，以擊敗耐藥和逃避疫苗的 COVID-19 病毒株。

關(guān)于研究

除了 Chen 之外，該研究的作者還包括來自 USC Dornsife 的博士生 Kyumin Kim（該研究的作者）和 Shanshan Wang，以及定量和計(jì)算生物學(xué) Peter Calabrese 的副教授（教學(xué)）；來自南加州大學(xué)赫爾曼奧斯特羅牙科學(xué)院，教授兼感染與免疫學(xué)科主任馮平輝，研究助理秦超和研究員饒有良。

該研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院資助號 AI150524 的支持。