Science重磅∣探究奥密克戎病毒的起源及进化

2022-12-01，德国柏林夏里特医学院的Jan Felix Drexler课题组在《Science》上发表重要研究成果“Gradual emergence followed by exponential spread of the SARS-CoV-2 Omicron variant in Africa”。

柏林夏里特医学院（Charité – Universitätsmedizin Berlin）是欧洲最大的大学附属教学医院，由柏林自由大学（FU Berlin）和柏林洪堡大学（HU Berlin）共同管辖，是首都柏林唯一的医学院。在德国，超过半数的诺贝尔医学及生理学奖获得者均来自于夏里特医学院（Charité），当真无愧的德国医学界“泰山北斗”。

Jan Felix Drexler教授

01 奥密克戎首次在南非发现

2021年11月，在南非首次发现了奥密克戎变异株BA.1，但进化起源仍然未知。本文通过对 22 个非洲国家 13097 名 新冠患者（2021年中 -2022年初）进行检测发现，2021 年 11-12 月，所有非洲地区的Delta变体都被奥密克戎BA.1取代，

2021年8月，非洲各地已经出现遗传多样性的奥密克戎祖先。在奥密克戎大规模传播之前的几个月，奥密克戎祖先就出现在非洲国家。

奥密克戎变异株（BA.1）于2021年11月11日在南非的一名患者中首次报告。在随后的几周内，87个国家报告了奥密克戎变BA.1。

2021年12月底，奥密克戎BA.1取代Delta成为全球主要的新冠病毒变种。截至2022年9月，超过650万人死于新冠病毒。

奥密克戎BA.1具有50多个非同义突变，这些突变主要集中在编码病毒刺突蛋白的基因中。其中，最关键的突变是刺突蛋白的受体结合区（K417N，S477N，E484A和N501Y），这些突变能使BA.1抵抗疫苗接种和先前新冠感染所赋予人体的免疫力。

奥密克戎的50多个突变中，在刺突蛋白的突变有30多个，与ACE2结合的界面上有约10个。相比之下，德尔塔毒株在ACE2结合界面的突变数只有2个，贝塔毒株是3个。

02 奥密克戎的祖先在西非出现

尽管BA.1病例首次在南非和博茨瓦纳发现，但本研究中最早检测到BA.1的样本是2021年8-9月从6个不同的西非和东非国家(马里、贝宁、肯尼亚、乌干达、加纳和尼日尔)采样的25名患者。而在南非患者中首次检测到BA.1仅发生在两个月后的11月。

本研究利用深度测序技术，对来自贝宁（西非）的247例BA.1阳性和阴性患者样本以及来自南非的424例患者样本进行了近乎完整的新冠病毒基因组特征分析，系统地理分析表明，奥密克戎BA.1起源于非洲西部，然后在非洲南部传播。

03 奥密克戎变异株在非洲逐渐进化

奥密克戎的非线性微进化模式涉及多个祖先，这些祖先在西非地区流行长达数月，并积累了很多免疫逃逸突变，但这些突变特征在已有的新冠病毒世系中也存在。因此，与免疫逃逸相关的突变可能不能完全解释奥密克戎的出现。

相比之下，furin蛋白酶切位点和S2亚基中的突变，是其他新冠病毒世系中是不存在的。在数学建模中，这两种氨基酸突变都与新冠病毒适应性的提高显著相关，并且都存在于所有奥密克戎序列中（＞99%），具有高度特异性。furin蛋白酶切位点和S2突变，可能是奥密克戎进化过程中导致免疫逃逸的关键事件。

Omicron的谱系进化，涉及Omicron在非人类宿主及免疫缺陷个体中的进化，这与在艾滋病高流行率的南非首次检测到Omicron一致。存在于非洲患者中的Omicron祖先的进化时间长，地理分布广。

最终，具有高度传染性的奥密克戎BA.1结合了高效的免疫逃逸、优秀的上呼吸道感染的特点。总之，BA.1奥密克戎变异株是逐渐进化的，逐渐适应了现有的人类免疫。

04 总结

本研究表明，奥密克戎祖先在西非患者中出现，并发生广泛的进化，随后在南非首次报告奥密克戎。奥密克戎 BA.1具有50多个突变位点，导致高效的免疫逃逸、及优秀的上呼吸道感染能力。

这警示我们，有必要在全球范围内建立共享的监测机制，尽可能早期发现威胁并采取有效的干预措施，才可能避免全球大流行带来的巨大损害。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8737

药学前沿进展已建立交流圈，用于糖化学生物学、合成生物学、计算生物学、再生医学等交叉学科在药学领域的交流讨论。欢迎感兴趣的同志们关注。