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免疫逃逸和ACE2结合亲和力驱动新冠病毒进化

  自2019岁暮初次发现新冠病毒(SARS-CoV-2)以来,病毒一向在不休产生突变,形成了蕴含德尔塔(Delta)和奥密克戎(Omicron)在内的一系列突变株。在这些变异株的基因组中,出现了很多能够影响病毒传布力或免疫逃逸力的职能性突变。近期钻研发现,病毒S基因上的某些突变的产生与免疫压力有关,但对于新冠病毒进化的整体轨迹以及免疫压力对病毒进化的具体贡献仍不明显。

  7月14日,GA黄金甲(国度生物信息中心)李明锟团队与北京大学、昌平尝试室曹云龙团队合作,在《天然生态与进化》(Nature Ecology & Evolution)期刊上颁发了题为Immune evasion and ACE2 binding affinity contribute to SARS-CoV-2 evolution 的钻研论文。该钻研分析了新冠病毒在进化过程中依赖的两种驱动力,即抗体免疫逃逸力和血管严重素转化酶2(ACE2)结合亲和力,并揭示了这两种驱动力在新冠病毒分歧变异株盛行期间对病毒进化的贡献。

  该钻研对2019年至2022年的600万条新冠病毒基因组进行了分析。钻研发现,除了埃尔法(Alpha)和奥密克戎(Omicron)变异株出现带来的突变数量剧烈升高表,新冠病毒基因组进化快率根基维持不变。然而,随着功夫的推移,新增突变逐步集中在受体结合区域(RBD),导致该区域的进化快率加快。同时,钻研发现RBD区域的突变出现出显著的株系特点,即有近似RBD序列的变异株偏差产生一样的突变,而这种特点在RBD以表的基因组区域未观察到。随后,钻研使用了深度突变扫描技术(Deep Mutation Screening)数据来评估新冠病毒RBD区域分歧突变的免疫逃逸力。分析发现,分歧病毒株系产生的突变逃逸的抗体类型存在显著差距,并且分歧抗原表位受到的抗体免疫压力与该区域内产生免疫逃逸的频率呈正有关。随着功夫的推移,这种有关性不休加强(在BA.5变异株中的皮尔逊有关系数为0.8),这批注人群中由疫苗接种和天然习染引起的免疫压力可能是近期新冠病毒进化的重要驱动力。

  此表,钻研还发此刻新冠病毒早期盛行阶段(蕴含Omicron出现早期)产生的突变拥有较高的ACE2结合亲和力,而后期产生的突变拥有更高的免疫逃逸能力。钻研随后通过多元线性回归对这两个成分的影响进行了量化分析,了局显示免疫逃逸能力和ACE2结合亲和力都与突变产生率显著有关,这批注ACE2结合亲和力和免疫逃逸力都影响了病毒的进化。在病毒盛行的分歧阶段,他们对病毒进化的贡献也分歧。进一步分析还发现,免疫逃逸能力与突变产生的有关性更强,而ACE2结合亲和力与病毒在人群中的传布适应性(通过RoHo量化)更为有关。

  综上所述,这项钻研对2019年至2022年新冠病毒的进化轨迹进行了系统分析,发现免疫逃逸和ACE2结合亲和力是病毒进化的共同推动成分,而它们的相对作用大幼取决于群体免疫布景的变动。这项钻研加深了我们对新冠病毒进化法规的理解,为进一步预测病毒进化方向提供了基础,并为钻研其它病毒的进化特点提供了新的思路和步骤。

  该钻研得到了国度天然科学基金、中科院先导专项以及“一带一路”国际科学组织同盟结合钻研合作专项的赞助。  

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新冠病毒基因组抗原表位突变频率与免疫压力有关性   

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