客观日本

东京大学发现流行中的新冠变异病毒具有更高的增殖效率和感染力

2020年11月17日 生物医药

本文根据东京大学成果发布编译而成

东京大学医科学研究所感染与免疫部门病毒感染领域的河冈义裕教授等人的研究团队,与美国北卡罗来纳大学、美国威斯康星大学和日本国立感染症研究所组成的联合研究团队共同对目前正在全球蔓延的新冠病毒(SARS-CoV-2)的变体病毒(刺突蛋白携带D614G突变)的特性进行了凡汐,发现D614G突变会提高病毒的增殖适应性以及在动物间的感染传播能力。

新冠病毒SARS-CoV-2自2019年12月报告确诊以来,至今仍在全球范围持续蔓延。期间出现了发生突变的病毒(D614G)、即刺突蛋白的第614位氨基酸残基天冬氨酸被甘氨酸取代的变体病毒,目前在全球蔓延的就是该变体病毒。

刺突蛋白在SARS-CoV-2的病毒颗粒表面表达,通过与宿主的受体结合来完成感染。此前实施的先行研究通过对蛋白质结构进行解析发现,随着刺突蛋白发生D614G突变,其结构往往会变得容易与宿主的受体结合。不过,此前无论是在细胞水平上,还是在感染动物个体水平上都不清楚D614G突变对SARS-CoV-2病毒的特性、增殖能力和病原性有何影响。

此次通过利用反向遗传学方法人工合成了野生型病毒和仅刺突蛋白发生D614G突变的病毒(D614G病毒),由此严密调查了这种突变产生的影响。

作为感染标志物,研究团队分别针对野生型和D614G病毒人工合成了表达荧光素酶的病毒,比较细胞的吸收情况。比较发现,感染D614G病毒的细胞在感染8小时后表达出了高达3~8倍的荧光素酶。这表明,D614G突变提高了病毒入侵细胞的效率。

另外,为比较病毒在人体呼吸系统中的增殖情况,研究团队比较了病毒在从人体鼻上皮和肺部分离出来的初代细胞中的增殖情况,发现在鼻上皮细胞中,D614G病毒的增殖速度明显更快。在Vero-E6细胞和A549-ACE2细胞(在人肺源细胞系A549中表达SARS-CoV-2的受体ACE-2的细胞)等实验细胞系中未发现这种倾向。

另外,为调查D614G突变对动物个体的影响,研究团队使用人ACE2转基因小鼠和仓鼠进行了感染实验。首先,为比较病毒在呼吸系统中的增殖情况,使实验小鼠和仓鼠感染相同感染滴度的野生型病毒或D614G病毒,比较了病毒在肺部和鼻甲中的增殖情况,发现野生型病毒和D614G病毒在人ACE2转基因小鼠及仓鼠中均无显著差异。在感染后的肺部炎症程度方面,野生型病毒和D614G病毒的感染个体之间也未发现显著差异。也就是说,D614G突变对动物个体的病原性没有明显影响。

此外,为调查D614G突变对病毒的感染传播的影响,研究团队还利用仓鼠实施了飞沫感染传播实验。

首先使仓鼠感染野生型病毒或D614G病毒(感染个体),为避免直接接触,在距离感染个体的笼子5cm远处的笼子中饲养了未感染个体(暴露个体)。针对野生型病毒和D614G病毒分别准备了8对仓鼠(一只感染个体和一只暴露个体组成一对)。野生型病毒2天后未从暴露个体的鼻腔灌洗液中检测出病毒,但4天后8对仓鼠的曝露个体全部检测出病毒。而D614G病毒在暴露2天后,8对仓鼠中就有5对的曝露个体检测出病毒。该结果表明,D614G突变提高了飞沫感染效率。

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图1:为SARS-CoV-2野生型病毒和D614G病毒的飞沫感染传播实验用仓鼠接种SARS-CoV-2野生型病毒或D614G病毒(感染个体)。一天后,将装有未感染个体(暴露个体)的仓鼠笼子放置在感染个体5cm远处,调查了是否会发生飞沫感染传播(左图)。暴露2天后,野生型病毒未发现传播,而D614G病毒在8对仓鼠中有5对发生传播感染(右图)。

最后,为在动物个体中比较病毒的增殖适应性,利用仓鼠实施了竞争传代实验。使仓鼠感染野生型 : D614G=1:1的混合病毒,3天后利用从肺部分离出来的病毒感染了下一代仓鼠。在第三代仓鼠中,从肺部分离出来的病毒种群(Population)显示D614G病毒占上风。该结果表明,不仅是细胞,在动物个体中,D614G突变也增强了增殖适应性。

论文信息
题目:SARS-CoV-2 D614G Variant Exhibits Efficient Replication ex vivo and Transmission in vivo
期刊:Science
URL:science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abe8499

日语发布原文
编译:JST客观日本编辑部

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