新研究:新冠患者病毒存在快速进化风险,需更多序列追踪进化

2020-03-08 18:33:02    澎湃新闻

新冠病毒的进化速度、病毒与被感染者肺中其他微生物互动的方式,目前尚不清楚。近日,国际学术期刊《临床传染病》(Clinical Infectious Diseases)刊发了来自中国研究团队的学术论文:新冠病毒在患者体内的基因多样性(Genomic diversity of SARS-CoV-2 in Coronavirus Disease 2019 patients),聚焦了以上问题。

研究团队对8例新冠肺炎患者,25例社区获得性肺炎(CAP,指在医院外罹患的肺实质炎症)患者和20例健康对照者的支气管肺泡灌洗液进行了转录组测序。研究得出在一些新冠病毒感染者体内发现了病毒多样性水平升高,这表明病毒存在快速进化的风险。尽管没有发现宿主内变异(intra-host variants)传播的证据,但也不应忽视这种风险。

研究团队还表示:病毒在感染患者后会在其体内进化,这可能会影响病毒的毒力、传染性和可传播性。尽管宿主内变异如何在人群中传播尚不清楚,但有必要加强对人群中病毒进化和相关临床变化的监测。

值得注意的是,患者新冠病毒基因组可能高度多样化,这在其他病毒中也能观察到。高多样性可能会增加病毒种群的适应性,使其难以消除。需要进行进一步的研究,以探索这可能如何影响对病毒的免疫反应,以及在人体或在传播过程中是否存在对不同毒株起作用的选择。

研究最后总结道,总的来说,这项研究揭示了患者体内新冠病毒的进化,这是大多数RNA病毒的共同特征。这些变异如何影响病毒的适应度和群体的遗传多样性,有待进一步的研究。目前,公共数据库只共享有限的序列,因此迫切需要积累更多的序列来跟踪病毒基因组的进化,并将这些变化与临床症状和结果联系起来。

该论文团队成员来自以下单位:中国科学院北京基因组研究所;中国科学院大学;国家卫健委重点实验室,中国医学科学院病原生物学研究所;北京大学生物医学前沿创新中心;北京大学人民医院呼吸与危重症医学科;广东省新发传染病诊治重点实验室,新发传染国家重点实验室;福建人民医院;西安交通大学第一附属医院;中国科学院动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心等。论文的通讯作者为中国科学院北京基因组研究所研究员、博士生导师李明锟。

新冠病毒感染者体内高水平的宿主内变异

根据目前的数据,估计早期的新冠病毒基本传染数(R0)在2.2到3.5之间,对公共健康构成了严重威胁。最近的研究已将蝙蝠确定为新冠病毒的可能来源,该病毒可能使用与SARS-CoV相同的细胞表面受体,即ACE2。这些研究提高了我们对新冠病毒的理解。但是,我们对新型病毒的了解仍然有限。

在人体中,新冠病毒得承受强大的免疫压力,这可能令病毒不断积累突变,从而突破免疫系统的控制。这些突变可能导致新冠病毒的毒力、传染性和传播性发生变化。因此,研究者们认为必须研究突变的模式和发生的频率。

研究团队对8名患有新冠病毒感染者的支气管肺泡灌洗液(BALF)样本进行了转录组测序。2019年12月24日至2020年2月9日之间收集的这110个序列研究发现,宿主内变异的数量在0到51之间,中位数为4,表明该病毒的进化速率很高。

研究团队总共鉴定出84个宿主内变异,其最小等位基因频率(MAF,通常是指在给定人群中的不常见的等位基因发生频率)大于5%,而25个变异的MAF大于20%。

新研究:新冠患者病毒存在快速进化风险,需更多序列追踪进化

值得注意的是,变异的数量与测序深度无关。

新研究:新冠患者病毒存在快速进化风险,需更多序列追踪进化

总体Ka/Ks(异义替换(Ka)和同义替换(Ks)之间的比例,可以判断是否有选择压力作用于这个蛋白质编码基因)明显小于1,这对于宿主内变异和群体数据中观察到的多态性而言是相似的,这表明:纯化选择作用于两种类型的突变。

新研究:新冠患者病毒存在快速进化风险,需更多序列追踪进化

在基因中观察到的变体数目与基因长度成比例(对于宿主内变异,cor=0.950,p=8E-06;对于多态性,cor=0.957,p=4E-06)。尽管在多位患者中仅观察到一小部分变异(图2C,84位患者中的2位),但某些位置更容易发生突变,例如位置10779,在所有7位患者中均观察到了突变等位基因A,频率范围从15%到100%。

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