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作者：Daisy
導讀：11月4日，研究人員在《Science》上發表的研究表明，CRISPR基因編輯領域先驅者、諾貝爾化學獎得主Jennifer Doudna等研究人員開發了一個——可以真正瞭解當前SARS-COV-2變異並探索未來變異如何影響大流行的有力工具。它們聚焦於Delta中一個很少被注意到的突變R203M，它改變了核衣殼蛋白（N），一種隱藏在病毒內部的蛋白質。這種突變使病毒更善於製造傳染性顆粒。N蛋白是病毒複製的中心角色，未來可以考慮更多地瞄準核衣殼蛋白，以真正幫助控制感染和治療患者。這個新的VLP系統還使得沒有高水平生物安全性的研究人員，能夠更簡單地研究所有四種冠狀病毒結構蛋白是如何組裝病毒、幫助病毒從細胞中萌發以及入侵其他細胞——成為可能。
正如世界在付出代價後認識到的那樣，大流行冠狀病毒的Delta變種的傳染性是以前病毒株的兩倍多。然而，到底是什麼推動了Delta如此迅速傳播的原因還不清楚。現在，一項新的實驗室策略使得快速、安全地研究SARS-CoV-2變異的影響成為可能，它給出了一個答案：Delta中一個很少被注意到的突變，使病毒能夠將更多的基因編碼“塞進”宿主細胞，從而增加了每個受感染細胞將病毒傳播到另一個細胞的機會。
11月4日，發表在《Science》雜誌上的這一發現“意義重大”，研究人員發表了一篇題為“Why is Delta so infectious? New lab tool spotlights little noticed mutation that speeds viral spread”的文章。
doi: 10.1126/science.acx9583
巴爾的摩縣馬里蘭大學的結構生物學家Michael Summers說，這不僅僅是因為它有助於解釋Delta的蹂躪。CRISPR基因編輯先驅者、加利大學伯克利分校諾貝爾化學獎得主Jennifer Doudna，Berkeley及其同事開發的新系統是瞭解當前SARS-COV-2變異並探索未來變異如何影響大流行的有力工具。“她開發的系統可以讓你觀察任何突變及其對病毒複製關鍵部分的影響……現在更多的科學家可以用一種更簡單的方法研究這些突變。”
研究人員分析了冠狀病毒基因組的突變如何影響其活性，重點研究了刺突蛋白，該蛋白釘住了病毒的表面，使其能夠入侵人類細胞。這部分是因為，除了對病毒進行蓄意變異和試驗需要高水平生物安全設施外，探測個體變異的最佳工具是所謂的“假病毒”，一種由不同病毒（稱為慢病毒）構成的結構，可以在其表面表達冠狀病毒蛋白。但慢病毒只表達尖峰，而不表達SARS-CoV-2的其他三種結構蛋白。
Doudna和她的團隊透過調整稱為類病毒顆粒（viruslike particles，VLPs）的實驗室結構，製造了這一新工具。VLPs含有病毒的所有結構蛋白，但缺少病毒的基因組。從外部看，SARS-CoV-2 VLP看起來與成熟的病毒一模一樣。它可以在實驗室中與細胞結合並侵入細胞。但由於它被病毒的RNA基因組剝離，它不能劫持細胞進行復制，並衝出宿主細胞感染更多的細胞。洛克菲勒大學的分子病毒學家Charles Rice說：“這是一張單程票。它不會傳播。”
Doudna和她的同事，包括共同資深作者、病毒學家、Gladstone 病毒研究所所長Melanie Ott，為VLP系統增加了一項新的創新。他們插入了mRNA片段，使受VLP侵襲的細胞發光。感染VLPs後，細胞發光越亮，VLPs成功傳遞的mRNA越多。
接下來，研究人員用不同的突變對VLP的蛋白質進行微調。其中一個是R203M，一種在Delta中發現的突變，它改變了核衣殼蛋白（N），一種隱藏在病毒內部的蛋白質，可以包裝其RNA基因組。N蛋白是病毒複製的中心角色，其作用包括穩定和釋放病毒的遺傳物質。它還包含一個突變熱點:在大多數研究的樣本中，每個感興趣或關注的SARS-CoV-2變體中都有一個突變的7個氨基酸片段。R203M就是這個熱點中的一個突變。
Doudna說，這項研究“揭示了一個驚喜”。根據VLP發光的強度，與原始病毒相比，“在Delta的核衣殼蛋白中發現的一個氨基酸變化，使粒子產生了比原始病毒多10倍的mRNA！”在Alpha和Gamma變體中發現的攜帶N突變的VLP感染的細胞分別發光7.5倍和4.2倍。
接下來，科學家們在適當的實驗室生物安全條件下試驗了一種真正的冠狀病毒，該病毒被設計成包含R203M突變。在實驗室中，變異病毒侵入肺細胞後，變異病毒產生的傳染性病毒是原始SARS-CoV-2毒株的51倍。
在感染冠狀病毒的人體內，一個細胞產生的病毒顆粒中只有很小一部分會感染另一個細胞，部分原因是許多病毒顆粒缺少部分或全部病毒RNA基因組。因此，使病毒更有效地將RNA放入宿主細胞的突變可以增加產生的傳染性顆粒的數量。
Gladstone資料科學和生物技術研究所的生物醫學工程師、這篇論文的第一作者之一Abdullah Syed說：“在Delta中發現的這種突變……使病毒更善於製造傳染性顆粒，因此，它傳播得更快。”
加州大學聖地亞哥分校研究N蛋白的細胞生物學家Shan Lu說，這一發現對治療有意義。“該領域可以考慮更多地瞄準核衣殼蛋白，以真正幫助控制感染和治療患者。”
研究人員現在正試圖瞭解Delta的R203M突變和N中的其他突變是如何改善病毒顆粒的組裝以及它們的mRNA傳遞到宿主細胞的。他們將探測是否與宿主蛋白有關。如果是這樣的話，以藥物為靶點可能是阻止Delta擴散的有效途徑。
科學家們還對新的VLP系統感到興奮，該系統將使沒有高水平生物安全性的研究人員，能夠研究所有四種冠狀病毒結構蛋白是如何組裝病毒、幫助病毒從細胞中萌發以及入侵其他細胞的。華盛頓大學聖路易斯分校研究SARS-CoV-2 N蛋白的生物化學家和生物物理學家Jasmine Cubuk，稱其為“一個迷人且非常強大的工具”。
Rice表示，新的VLPs是一個模型系統，可能並不總是模模擬實的東西。研究人員仍需在先進的生物安全實驗室中研究真正的病毒。“歸根結底，如果你真的想了解這些突變是如何影響基本的病毒複製過程的，你必須在病毒中植入（一種突變）並對其進行研究。”
但他讚揚了這一新工具：“它確實提供了一個極好的系統來研究冠狀病毒的組裝，並尋找藥物，尋找干擾這些過程的抑制劑。”
參考資料：
https://www.science.org/content/article/why-delta-so-infectious-new-lab-tool-spotlights-little-noticed-mutation-speeds-viral-spread
注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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