最新研究:新冠病毒已演化出 2 个亚型,传染力或有差异,有人同时感染

时间:2020-03-20 来源:丁香园

新型冠状病毒疫情自 2019 年 12 月开始以来,其起源和演变一直备受关注。有关新冠病毒是否来自华南海鲜市场,经由这里非法交易的野生动物再传播到人,以及该市场是否是疫情起源地等问题,一直存在争议。

此前,数个科研团队发现新冠病毒与蝙蝠携带的 SARS 相关冠状病毒相似,在基因组层面相似度高达 96.2%,而其他研究表明新冠病毒与穿山甲携带的冠状病毒,在进入人体细胞最为关键的病毒刺突蛋白受体结合域上几乎相同。

不过,新冠病毒的起源以及中间宿主等问题还远没有定论,SARS 中间宿主追溯的艰难过程也提示搞清楚这一问题,我们可能还需要更长的时间。

然而与这些扑朔迷离的科学问题相比,可能更为重要的是一个问题是:新冠病毒在人际间传播时,是否已经发生大量突变?这些突变对其传播和致病能力有何影响?

新冠病毒存在两种不同的亚型

3 月 3 日,中国科学院主办的《国家科学评论》(National Science Review)发表题为《关于 SARS-CoV-2 的起源和持续进化》(On the origin and continuing evolution of SARS-CoV-2)的论文,通过对迄今最大规模的新冠病毒全基因组分子进化分析,揭示了新冠病毒已经演化出 L 和 S 两个亚型,这两个亚型在地域分布以及人群中的比例相距甚远。

根据新型冠状病毒的演变方式,作者推测这两种亚型的传播能力、致病严重程度或许存在较大区别。如果这一结论得到证实,将有可能指导我们更好地对新冠肺炎进行差异化的治疗和防控。

北京大学生命科学学院生物信息中心陆剑研究员与中国科学院上海巴斯德研究所崔杰研究员是这篇论文的共同通讯作者。

研究人员分析的 103 个新冠病毒基因组数据全部来源于公共数据库。分析表明,这些病毒株一共存在 149 个突变位点,且多数突变在近期发生。


进一步的数据分析表明,103 个病毒株中的 101 个属于两个亚型之一。具体而言,两个亚型的区别在于病毒 RNA 基因组的第 28144 位点,L 型是 T 碱基(对应亮氨酸,Leu),S 型是 C 碱基(对应丝氨酸,Ser)。通过与其他冠状病毒比较,作者发现S型新冠病毒与蝙蝠来源的冠状病毒在进化树上更接近,从而得出S型相对更古老的结论。

那么,一个很自然的推论是:相对古老的S型新冠病毒应该产生更多的病毒株,因其有更多的时间在人群中传播。然而,基因组数据表明 L 型占 70%,S 型占  30%,且每个 L 型病毒株比 S 型携带了相对较多的新生突变。

为什么相对年轻的 L 型新冠病毒却产生了更多的病毒株?作者推测,L 型病毒传播能力更强,或者在人体内复制更快,因此可能意味着其毒力也更大。

作者进而比较了 1 月 7 日前后 S 型和 L 型所占比例的变化,他们发现L型在病毒株中的比例下降,而S型比例上升。对于这一有些反常的变化,作者也给出了自己的假设——因为中国采取了强有力的防疫措施,L 型病毒的患者可能更容易表现出症状,因而更容易受到人工干预,从而使 L 型新冠病毒受到的负选择压力更大,感染的人数由此变少。

此外,从绝大多数患者提取的病毒株的第 8782 位和 28144 位点均只显示 C 碱基或 T 碱基,也就是说,只感染了 L 型或 S 型中的一个病毒亚型。


然而,从曾经在确诊前、近期有过武汉旅行史的一位美国患者分离的病毒株,这两个位点却均呈现了 C 和 T 的混合现象,也就是说,很有可能这位患者同时感染了 L 型和 S 型新冠病毒(但目前还无法排除新突变型的可能性)。

新病毒与蝙蝠来源的病毒很近?

新研究认为区别比之前理解的大很多

研究者还通过基因组水平的分子进化分析,证实了之前的结论,即新冠病毒与从蝙蝠上分离的冠状病毒株 RaTG13 最相近,并且与几种不同地区来源的穿山甲冠状病毒株和 SARS 病毒相距较远。

然而,尽管先前研究认为蝙蝠 RaTG13 和新冠病毒在全基因组核酸序列上只有4%的区别,但作者认为,更有意义的比较方式是比较基因组上中性位点(通常是密码子第三位的碱基位点,这些位点不受自然选择压力影响)的差异,因为蛋白编码区的绝大部分位点的改变会引起氨基酸改变,与中性位点相比,改变氨基酸的突变通常受强烈的负选择,因此把基因组水平的不同序列混为一谈的分析会人为地使不同基因组的差异变小。

由此,研究者通过对中性位点的比对,得出结论认为,新冠病毒与 RaTG13 的区别要比我们原来认识的大很多,遗传距离相当于人与黑猩猩区别的 14 倍。

与其他冠状病毒比较,特别是对刺突基因(编码冠状病毒与哺乳动物细胞 ACE2 受体结合的蛋白)的比较,提示这段序列变化较大,推测刺突基因具有较高的突变率。尽管不能排除新冠病毒的刺突基因是由穿山甲携带的冠状病毒重组而来的可能性,但作者分析认为,更可能的原因是趋同进化,这是冠状病毒相对较高的突变率和强烈的自然选择共同作用的结果。

简而言之,这项研究首次揭示了新冠病毒存在两种亚型,并且推测它们的致病性和传播能力有较大差别。作者在文中强调,103 个病毒株基因组数据量较少,后续工作需要扩大样本量,以验证这些结论或推测。

尤其值得注意的是,论文的一个重要推论,即病毒不同亚型与其致病性的关系,本可通过把基因组数据和病例结合起来分析,从而加强证据等级。但由于种种原因,研究者无法得到患者资料,也无法得到更多基因组数据。

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