【Science突破】诺贝尔奖女科学家开发新的系统工具，聚焦Delta中一个很少注意到的突变，揭示为何Delta如此具有传染性？

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作者：Daisy

导读：11月4日，研究人员在《Science》上发表的研究表明，CRISPR基因编辑领域先驱者、诺贝尔化学奖得主Jennifer Doudna等研究人员开发了一个——可以真正了解当前SARS-COV-2变异并探索未来变异如何影响大流行的有力工具。它们聚焦于Delta中一个很少被注意到的突变R203M，它改变了核衣壳蛋白（N），一种隐藏在病毒内部的蛋白质。这种突变使病毒更善于制造传染性颗粒。N蛋白是病毒复制的中心角色，未来可以考虑更多地瞄准核衣壳蛋白，以真正帮助控制感染和治疗患者。这个新的VLP系统还使得没有高水平生物安全性的研究人员，能够更简单地研究所有四种冠状病毒结构蛋白是如何组装病毒、帮助病毒从细胞中萌发以及入侵其他细胞——成为可能。

正如世界在付出代价后认识到的那样，大流行冠状病毒的Delta变种的传染性是以前病毒株的两倍多。然而，到底是什么推动了Delta如此迅速传播的原因还不清楚。现在，一项新的实验室策略使得快速、安全地研究SARS-CoV-2变异的影响成为可能，它给出了一个答案：Delta中一个很少被注意到的突变，使病毒能够将更多的基因编码“塞进”宿主细胞，从而增加了每个受感染细胞将病毒传播到另一个细胞的机会。

11月4日，发表在《Science》杂志上的这一发现“意义重大”，研究人员发表了一篇题为“Why is Delta so infectious? New lab tool spotlights little noticed mutation that speeds viral spread”的文章。

doi: 10.1126/science.acx9583

巴尔的摩县马里兰大学的结构生物学家Michael Summers说，这不仅仅是因为它有助于解释Delta的蹂躏。CRISPR基因编辑先驱者、加利大学伯克利分校诺贝尔化学奖得主Jennifer Doudna，Berkeley及其同事开发的新系统是了解当前SARS-COV-2变异并探索未来变异如何影响大流行的有力工具。“她开发的系统可以让你观察任何突变及其对病毒复制关键部分的影响……现在更多的科学家可以用一种更简单的方法研究这些突变。”

研究人员分析了冠状病毒基因组的突变如何影响其活性，重点研究了刺突蛋白，该蛋白钉住了病毒的表面，使其能够入侵人类细胞。这部分是因为，除了对病毒进行蓄意变异和试验需要高水平生物安全设施外，探测个体变异的最佳工具是所谓的“假病毒”，一种由不同病毒（称为慢病毒）构成的结构，可以在其表面表达冠状病毒蛋白。但慢病毒只表达尖峰，而不表达SARS-CoV-2的其他三种结构蛋白。

Doudna和她的团队通过调整称为类病毒颗粒（viruslike particles，VLPs）的实验室结构，制造了这一新工具。VLPs含有病毒的所有结构蛋白，但缺少病毒的基因组。从外部看，SARS-CoV-2 VLP看起来与成熟的病毒一模一样。它可以在实验室中与细胞结合并侵入细胞。但由于它被病毒的RNA基因组剥离，它不能劫持细胞进行复制，并冲出宿主细胞感染更多的细胞。洛克菲勒大学的分子病毒学家Charles Rice说：“这是一张单程票。它不会传播。”

Doudna和她的同事，包括共同资深作者、病毒学家、Gladstone 病毒研究所所长Melanie Ott，为VLP系统增加了一项新的创新。他们插入了mRNA片段，使受VLP侵袭的细胞发光。感染VLPs后，细胞发光越亮，VLPs成功传递的mRNA越多。

接下来，研究人员用不同的突变对VLP的蛋白质进行微调。其中一个是R203M，一种在Delta中发现的突变，它改变了核衣壳蛋白（N），一种隐藏在病毒内部的蛋白质，可以包装其RNA基因组。N蛋白是病毒复制的中心角色，其作用包括稳定和释放病毒的遗传物质。它还包含一个突变热点:在大多数研究的样本中，每个感兴趣或关注的SARS-CoV-2变体中都有一个突变的7个氨基酸片段。R203M就是这个热点中的一个突变。

Doudna说，这项研究“揭示了一个惊喜”。根据VLP发光的强度，与原始病毒相比，“在Delta的核衣壳蛋白中发现的一个氨基酸变化，使粒子产生了比原始病毒多10倍的mRNA！”在Alpha和Gamma变体中发现的携带N突变的VLP感染的细胞分别发光7.5倍和4.2倍。

接下来，科学家们在适当的实验室生物安全条件下试验了一种真正的冠状病毒，该病毒被设计成包含R203M突变。在实验室中，变异病毒侵入肺细胞后，变异病毒产生的传染性病毒是原始SARS-CoV-2毒株的51倍。

在感染冠状病毒的人体内，一个细胞产生的病毒颗粒中只有很小一部分会感染另一个细胞，部分原因是许多病毒颗粒缺少部分或全部病毒RNA基因组。因此，使病毒更有效地将RNA放入宿主细胞的突变可以增加产生的传染性颗粒的数量。

Gladstone数据科学和生物技术研究所的生物医学工程师、这篇论文的第一作者之一Abdullah Syed说：“在Delta中发现的这种突变……使病毒更善于制造传染性颗粒，因此，它传播得更快。”

加州大学圣地亚哥分校研究N蛋白的细胞生物学家Shan Lu说，这一发现对治疗有意义。“该领域可以考虑更多地瞄准核衣壳蛋白，以真正帮助控制感染和治疗患者。”

研究人员现在正试图了解Delta的R203M突变和N中的其他突变是如何改善病毒颗粒的组装以及它们的mRNA传递到宿主细胞的。他们将探测是否与宿主蛋白有关。如果是这样的话，以药物为靶点可能是阻止Delta扩散的有效途径。

科学家们还对新的VLP系统感到兴奋，该系统将使没有高水平生物安全性的研究人员，能够研究所有四种冠状病毒结构蛋白是如何组装病毒、帮助病毒从细胞中萌发以及入侵其他细胞的。华盛顿大学圣路易斯分校研究SARS-CoV-2 N蛋白的生物化学家和生物物理学家Jasmine Cubuk，称其为“一个迷人且非常强大的工具”。

Rice表示，新的VLPs是一个模型系统，可能并不总是模仿真实的东西。研究人员仍需在先进的生物安全实验室中研究真正的病毒。“归根结底，如果你真的想了解这些突变是如何影响基本的病毒复制过程的，你必须在病毒中植入（一种突变）并对其进行研究。”

但他赞扬了这一新工具：“它确实提供了一个极好的系统来研究冠状病毒的组装，并寻找药物，寻找干扰这些过程的抑制剂。”

参考资料：

https://www.science.org/content/article/why-delta-so-infectious-new-lab-tool-spotlights-little-noticed-mutation-speeds-viral-spread

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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