预测新冠病毒变异趋势，浙大校友曹云龙入选《自然》年度十大人物

近日，《自然》杂志（Nature）公布了2022年度科学影响“十大人物”（Nature’s 10），浙大校友曹云龙入选。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。”

曹云龙

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。2014年本科毕业于浙江大学竺可桢学院物理学专业，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。曾获评《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。

新冠疫情暴发以来，曹云龙与团队成员围绕着新冠病毒免疫逃逸及其演化变异的分子特征展开系统性研究，其中有关新冠中和抗体药物研制和奥密克戎株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，以第一作者或共同通讯作者在Nature、Cell等杂志发表10余篇论文。值得注意的是，自过去的一年里，曹云龙以第一作者兼共同通讯作者在Nature杂志发表了3篇论文（最新一篇将于近期上线）。

2022年，奥密克戎在全球流行，打破了病毒的单一进化规律，多种亚型株不断变异出现并显示出很强的免疫逃逸能力。曹云龙/谢晓亮团队深入地研究了奥密克戎变异株的免疫逃逸特征。

在获得大量研究数据的基础上，该团队揭示了新冠病毒的趋同进化趋势，并表明新冠病毒突变可被预测。这将有助于人类在病毒变异前有望进行前瞻性研判，为后续抗体药物和广谱疫苗的研制提供了科学理论与技术支撑，对未来如何加强病毒感染免疫防治提出了新的思路。

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。

基于酵母展示的高通量突变扫描技术描绘抗体逃逸图谱

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

今年8月以来，上百种突变株在全球范围内同时出现，且诸多突变株比BA.5更有增长优势，其中BQ.1和XBB两个家族流行度最高。曹云龙及其团队发现，近期流行的CH.1.1、BQ.1.1、BQ.1.1.10（BQ.1.18）和XBB显示出更强的抗体逃逸能力。例如，接种疫苗后突破感染BA.5的患者，其康复一个月后的血浆虽然对于BA.5和BF.7的中和滴度较高（即防感染效果较好），但对于BQ.1.1.10（BQ.1.18）、XBB、CH.1.1等亚型的中和滴度很低，防感染作用较低。相关研究将近期在Nature^[6]发表。

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

新冠病毒RBD趋同进化突变热点

现有证据表明，新冠病毒奥密克戎支系目前的演化是由中和抗体导致的免疫逃逸压力主导的。曹云龙表示，“利用大量不同变异株感染者抗体逃逸图谱，我们可以分析出在不同的免疫背景下，分别是哪些RBD突变有利于病毒逃逸最多的强效中和抗体，并较准确地预测出不同毒株的突变趋势”。

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

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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

根据这一思路，团队从接种了新冠疫苗的非典康复者中筛选出了一对广谱中和抗体，SA55和SA58。其中，SA55是目前国际上已知唯一处于临床阶段的，对包括BQ.1.1和XBB等株在内的所有当前流行株都有效的抗体。SA55是一个非常“稀缺”的抗体，在目前的人群免疫背景中几乎不存在类似的抗体，这意味着其对应逃逸位点目前几乎不存在免疫压力，因此很难进化出可以逃逸SA55的突变株。

未来展望

为曹云龙校友点赞！

内容来源：生物世界、北京日报、Nature、Cell、北京大学融媒体中心、北京大学生物医学前沿创新研究中心

参考文献：

[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：浙江大学校友总会

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