祝贺！曹云龙院友入选《自然》影响今年科学进程十大人物

今天，《自然》杂志（Nature）公布了2022年度科学影响“十大人物”（Nature’s 10），竺可桢学院2010级求是科学班院友曹云龙入选。这一榜单旨在选出十位在这一年重大科学进展中占有一席之地的人物。

Nature这样介绍：

“曹云龙：新冠预测者（COVID-predictor)，帮助追踪新冠病毒的演化，并预测了导致新变异株产生的重要突变。”

当曹云龙（Yunlong ‘Richard’ Cao）在2019年底从美国回到中国时，他希望能继续从事在单细胞基因组学方面的博士研究。然而，就在他成为北京大学的副研究员不久，整个城市便宣布进入封锁状态。

曹云龙和他的导师、生物物理化学家谢晓亮（Xiaoliang Sunney Xie）发现他们实验室的技术人员和学生都不见了。面对工作停滞的压力，曹云龙意识到他所专长的技术或能用来研究新冠病毒感染后被激活的抗体。他说：“我从没想过我有一天会涉足免疫学和病毒学。”

随着新一轮新冠疫情在全球铺开，曹云龙的研究让科学家们相信，我们可以比新冠病毒的野生演化领先半步。通过对人体抗体进行细致而详尽的研究，他的团队成功预测了这个“变异汤”中的许多关键突变。美国麻萨诸塞州Invivyd生物医药公司的免疫学家和首席科学官Laura Walker也一直在预测Omicron的演化进程。“这绝对是了不起的工作，”她评价道，“他们研究的深度和广度远远超过了我们。”

曹云龙团队通过研究感染BA.5、其祖先BA.2，以及早前变异株后康复人群的抗体，成功预测了当前传播的许多变异株的关键突变。这些预测让团队能在这些变异株被发现后的第一时间评估它们的免疫逃逸能力，而且常常能领先其他团队好几周。曹云龙说：“我相信，这是我们第一次跑赢了病毒。”

目前，曹云龙和同事正在设计新的抗体疗法，筛选对病毒演化抗性最强的药物。曹云龙说，在他与病毒赛跑的过程中，他本科的物理学背景提供了很多指导。他说：“只有做出有用的预测，才能证明你搞清楚了整个系统。”

曹云龙及其团队的新冠研究

系统性揭示奥密克戎株免疫逃逸机制

2021年末，新冠病毒变异株奥密克戎出现并快速蔓延，其对于人体体液免疫的逃逸能力和机制亟待解析。曹云龙与团队成员第一时间关注，通过开发的高通量深度突变扫描技术，描绘了新冠中和抗体的逃逸突变谱，发现超过85%的新冠原始株诱导的中和抗体被奥密克戎株BA.1逃逸，并具体解释了奥密克戎株免疫逃逸机制。该研究2021年12月相继发表于Nature ¹和Cell ²，对全球疫情防控具有极高的时效性和重要性。

图1. 基于酵母展示的高通量突变扫描技术描绘抗体逃逸图谱

图2. 基于高通量突变扫描技术的RBD中和抗体表位分类与逃逸位点识别

图3. 三针灭活疫苗BA.5突破感染者对不同新冠变异株的血清中和滴度

曹云龙与团队成员对于病毒变异株的持续跟踪系统研究快、广、深，将深化科学界不断揭示不同的病毒突变将会如何影响人们的抗体免疫应答反应，更加精准地了解病毒突变与人体免疫系统之间发生反应的规律，从而为未来从根本上防治病毒感染奠定关键的科学基础。

预测新冠病毒变异趋势

图4. 新冠病毒RBD趋同进化突变热点

 图5.基于中和抗体免疫压力的新冠病毒RBD进化趋势预测模型

与病毒竞速的科学长跑：中和抗体药物研发

图6. 从非典康复者记忆B细胞中高通量筛选新冠广谱新冠中和抗体SA58/SA55

图7. 临床用新冠中和抗体对不同新冠变异株的中和活性

未来展望

新冠病毒具有较高的突变速率，变异株可以逃逸由疫苗接种或感染诱导的抗体保护作用，导致人群出现突破感染和二次感染。而且，在人体产生的免疫压力下病毒进化不断加速，已出现诸多逃逸人群免疫的变异株且还在不断被新变异株取代。显然，全球范围内疫苗研发的速度已落后于病毒进化速度，所存在的“免疫印迹”效应可能会导致新研发的变异株疫苗也很难抵御未来变异株的感染。因此，曹云龙表示，“之后，除了正在研发的广谱中和抗体药物，我们还将致力于研制可以克服既往‘免疫印迹’干扰影响的广谱疫苗，从而互补地提供对新冠疫情的全方位防护。” 

面对不断变异的新冠病毒，曹云龙及其团队的科研攻关将不断深入。研究成果的取得有赖于团队高效强大的科研协作精神与创新能力。曹云龙说，“北京昌平实验室和北大BIOPIC的合作为该系列研究提供了团队、平台和实验的支撑。BIOPIC的很多博士生都深度参与。要特别感谢谢晓亮院士的指导和支持”，“和其他合作者的配合也非常融洽、高效，因为大家都有着共同的目标，就是调动一切可以调动的科技资源，去迎战新冠病毒。”

竺院人物

曹云龙  北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）副研究员北京昌平实验室领衔科学家

浙江大学竺可桢学院2010级求是科学班院友，物理学专业。2019年获得哈佛大学化学博士学位。在新冠疫情期间，围绕新冠病毒B细胞免疫应答、特异性抗体的结构与功能等开展了系统性研究，其中新冠中和抗体药物研制、新冠体液免疫应答特征和新冠突变免疫逃逸机制的创新性研究结果为抗击疫情做出了重要贡献。以第一作者、共同通讯作者在Nature、Cell、Lancet Infectious Diseases、Cell Host & Microbe、Cell Research等期刊上发表多篇相关研究文章。相关新冠研究成果被评选为“2020年中国科学十大进展”。曾获评2021年《麻省理工科技评论》中国区“35岁以下科技创新35人”、国家优秀青年科学基金、2022年度Nature十大人物。

相关文章链接：

1. Cao, Y. et al. Omicron escapes the majority of existing SARS-CoV-2 neutralizing antibodies. Nature 602, 657-663 (2022).

2. Cui, Z. et al. Structural and functional characterizations of infectivity and immune evasion of SARS-CoV-2 Omicron. Cell 185, 860-871.e813 (2022).

3. Cao, Y. et al. BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 escape antibodies elicited by Omicron infection. Nature 608, 593-602 (2022).

4. Jian, F. et al. Further humoral immunity evasion of emerging SARS-CoV-2 BA.4 and BA.5 subvariants. The Lancet Infectious Diseases 22, 1535-1537 (2022).

5. Cao, Y. et al. Characterization of the enhanced infectivity and antibody evasion of Omicron BA.2.75. Cell Host Microbe 30, 1527-1539.e1525 (2022).

6. Cao, Y. et al. Imprinted SARS-CoV-2 humoral immunity induces converging Omicron RBD evolution. Nature (2022, Accepted).

7. Cao, Y. et al. Potent Neutralizing Antibodies against SARS-CoV-2 Identified by High-Throughput Single-Cell Sequencing of Convalescent Patients' B Cells. Cell 182, 73-84.e16 (2020).

8. Du, S. et al. Structurally Resolved SARS-CoV-2 Antibody Shows High Efficacy in Severely Infected Hamsters and Provides a Potent Cocktail Pairing Strategy. Cell 183, 1013-1023.e1013 (2020).

9. Cao, Y. et al. Rational identification of potent and broad sarbecovirus-neutralizing antibody cocktails from SARS convalescents. Cell Reports, 111845 (2022).

来源：“北京大学”微信公众号

排版：曹晨炫

责任编辑：危宇頔