国外的新冠病毒是否已发生变异？

如果变异了，那疫苗还有用吗？如果病毒变异了，那群体免疫是不是也没用了呢？

有关回应 · 2021-5-25 14:45:53

网络上太多议论病毒变异的文章了，我觉得首先要和大家说清楚，变异到底指什么？病毒的变异/突变可以分为两种，一种是基因突变，一种是功能突变。
我们在以前说新冠病毒是 RNA 病毒容易突变，是指它容易发生基因突变，比如某个位点的碱基变成了另外一个碱基，这种突变已经发生了很多很多了，在国家生物信息中心可查到：
2019nCoVR - 2019新型冠状病毒信息库而我之前的某篇文章或者某篇答案里（具体忘了），曾有人评论反驳我说：就你天天说病毒容易突变，为什么（当时）专家说没有突变。
这就涉及到另外一层了，基因突变，不一定影响病毒功能（比如毒性、传染性），也更不一定会被划分为新的病毒。
从目前观察到的来看，新冠病毒的关键位置——结合人体部位的 S 蛋白是高度保守的（也就是不容易突变），因而疫苗才有更大的用武之地。
如果从这个层面上讲，病毒在国内传播的时候，就已经发生了基因突变了。
[h1]那么现在是否已经发生了功能突变呢？[/h1]李兰娟院士团队 4 月 21 日在预印本网站 medRxiv 上发表了一篇论文，阐述了病毒可能已经有了功能突变，致病性发生改变了。

以下 11 名患者构成本研究基础来进行分析，并发现了突变：

基于全球共享流感数据倡议组织(GISAID)中的数据，研究人员将11个病毒分离株整合到系统发育分析中，它们分散在整个系统发育空间中。

他们的突变与其他地方的关联情况：
ZJU_1 病例：与英国和荷兰的毒株一个簇。

ZJU-2和ZJU-8与美国西雅图的毒株一个簇。
ZJU-9和ZJU-11与澳大利亚的毒株一个簇。
其他的病人要么突变很少，要么没有与任何已知的大规模群体成一个簇的新突变。
这些突变造成了什么影响
研究人员通过体外感染恒河猴细胞（因为这个细胞和人的ACE2受体类似），来看这些突变对病毒的功能有什么影响。
病毒载量的趋势差异：

感染后8小时，ZJU-6、ZJU-7、ZJU-9、ZJU-10和ZJU-11的Ct值已经有了明显下降，也就是病毒载量已经明显升高了；
感染后24小时，除了ZJU-2和ZJU-7，其余都有了明显下降，ZJU-10和ZJU-11比别人下降得快得多；
感染后48小时，ZJU-10和ZJU-11反而稳住了，其余的明显下降。
ZJU-11病毒阳性持续45天（不一定是传染性持续45天，前面我们已经讲过，分离出活病毒才是有传染性的，而这个病毒感染后携带病毒尸体并不少见——即RNA检查阳性，但是没有活病毒）

注：荧光定量PCR仪能够监测出荧光到达预先设定阈值的循环数（Ct值）与病毒核酸浓度有关，病毒核酸浓度越高， Ct值越小。图中所示趋势为Ct值的趋势。

他们之间病毒载量的区别:

感染后24小时，ZJU-2和ZJU-8表现出明显较低的病毒载量；
ZJU-1与S-D614G枝簇(主要在欧洲发现)，其病毒载量是ZJU-2和ZJU-8的19倍；
在24小时内，ZJU-10和ZJU-2的病毒载量相差近1倍。

并且在感染后48小时和72小时的显微镜下观察这些细胞系的细胞病变效应（CPE）或细胞死亡率，与病毒载量数据高度一致。
这篇研究告诉了我们什么：

尽管采样日期相对较早，但在31个已识别的突变中，有19个是新颖的，这表明病毒株的真正多样性仍未得到充分认识。
证明目前发生在SARS-CoV-2基因组中的突变具有影响病毒致病性的功能潜力。

文献链接：
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.14.20060160v2

有关回应 · 2021-5-25 14:45:54

新冠病毒已经发生突变了，疫苗研制可能比预想的更难。

4月30日，预印本网站BioRxiv上传了一篇来自美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory，LANL）的研究论文，这篇论文叫做「Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2」。科研人员通过对GISAID数据库的4535个新冠病毒核酸序列的分析，发现由于刺突蛋白突变，一种更具传染性的新冠病毒毒株（G614 ）在2月初开始在欧洲传播并且迅速蔓延，目前已经成为全球最主要的毒株。

一
上面这段话有一些专业名词，可能听着比较拗口。为了更好地理解全文，我给大家先简单解释一下。

GISAID：全称是「全球共享流感数据倡议组织」，总部位于德国慕尼黑，数据来源于全球14000名研究人员和1500个机构的共享，是目前全球最大的流感及新型冠状病毒数据平台。
在新冠疫情期间，全球各地的科研人员做完病毒的基因组测序，便将数据上传至GISAID，这样通过大数据分析，我们就知道哪种毒株正在哪个区域流行。

刺突蛋白：病毒有其特定的入侵物种，就像一把钥匙配一把锁一样（当然也有万能钥匙可以开很多把锁）。新冠病毒和SARS病毒同属冠状病毒，两者都是利用它们身上的刺突蛋白（Spike protein）与宿主细胞的受体ACE2蛋白连接，从而侵入宿主。而刺突蛋白上的变异，可能会显著影响刺突蛋白与宿主细胞的连接，引起病毒传播力的变化。

新冠病毒结构，外面那些粉红色的凸起就是刺突蛋白。图片来源：美国CDC例如之前德州大学奥斯汀分校的研究表明，新冠病毒的刺突蛋白和ACE2的KD（解离常数，数值越小亲和力越大）是14.7nM，而SARS病毒的则是325.8nM，这也在一定程度上解释了为何新冠病毒的传染性比SARS更高。

D614G：新冠病毒是一种RNA病毒，而RNA病毒的基因组极易出现突变。由于一个碱基突变，原来614号位点编码天冬氨酸（Asparagine，单字母缩写D）的基因突变成编码甘氨酸（Glycine，单字母缩写G）了，这种突变就简写为D614G，咱们把原来的毒株成为D614（最早在武汉分离出来），把突变后的毒株成为G614（或者D614G）。
另外大家需要知道的一点是，并非所有的突变都有生理学意义，只有极少部分突变可能会显著影响病毒的传播力和致病力。

二

那么，从LANL的这篇文章中，我们能获得的信息有哪些？

首先，G614毒株最早是在今年三月份被发现并上传至GISAID，这比实际出现大约延迟2周左右，在最初上传时，这个毒株只出现了7次。
实际上，各地都有不同的毒株出现。然而后续的跟踪研究发现，研究人员发现G614在三月份时以惊人的速度增长并蔓延至全球。

例如在中国发现H49Y毒株，美国华盛顿发现G476S毒株，冰岛发现A831V毒株，但唯独有G614毒株是全球大面积流行的。在3月1日之前，G614基本集中在欧洲，其他地区所占的比例不大，但是越到后来，G614扩散至全球，比例越来越大。
注意看上面这张图，原始的D614（黄色）逐渐被后来的G614（蓝色）代替，也就是说G614逐渐成为后来许多国家的主要流行株。

这是这一病毒株的规模。我们再看看它的毒力。
大家通过上面的数据也能猜到，它的传播能力肯定是高于普通新冠毒株，实际上的确如此。科研人员发现，原来的毒株D614的侧链可能与相邻原聚体的T859形成氢键，使得S1和S2亚基相连；而G614的突变则会降低S1和S2的作用，使得病毒更易与受体细胞发生融合，增加其传染性。在核酸检测当中，G614显示出了比D614更高的病毒载量。

左轴代表核酸检测中的PCR循环次数，从0到40次，越早出现（越低），就说明原本的病毒载量越高。图片来源：BioRxiv这一点，和之前李兰娟团队发表的研究有吻合之处，李兰娟团队的研究发现，不同变异病毒株感染Vero-E6细胞，病毒载量差异可高达270倍。
然而让我们感到幸运的一点是，从目前的研究来看虽然G614的传播力更强、病毒载量也更大，但它的毒力似乎没有明显提升，G614D突变并未增加感染者住院的概率。

感染G614和D614毒株的门诊患者、住院患者和ICU患者的比例。可以看出，G614突变并未增加感染者住院的概率。图片来源：BioRxiv

三

那么，这个研究对于人们来说，最主要的意义是什么？
我个人认为它在提示，新冠疫苗的研发，可能会比我们想象的更加困难。
疫苗的本质是一种抗原，但它没有致病能力（或者非常弱），它会刺激身体产生抗体对抗特定的病原体。现在许多疫苗都是采取病原体的一部分（比如一段核酸、一个蛋白或一个亚基）进行研制。
那么，科研人员自然希望病原体的这一部分尽量稳定，这样疫苗研发的成功率就比较大。这就好比你仅凭着一张照片去机场接人，如果这个人衣服、发型都和照片上一致，那你可能比较容易认出来，反之就困难多了。
同样的，对于比较稳定的病毒，疫苗相对来所好研发。比如同样是肝炎病毒，乙肝疫苗几十年前就已经出现了，但丙肝就没有疫苗，因为乙肝病毒是DNA，而丙肝病毒是RNA，后者极易突变，导致疫苗的研发困难重重。
再比如说流感疫苗，流感病毒也是一种RNA病毒，也很容易突变，每年流行的毒株可能都不一样。所以虽然我们很早就有流感疫苗了，但是流感疫苗也不是一劳永逸的，它需要每年都接种，并且有效率大概只有40%~60%。

流感疫苗有效率，美国CDC数据

回到新冠病毒上面。

大家需要了解的一点是，人类至今为止没有成功研发过任何一支冠状病毒疫苗。SARS过去17年了，至今为止也没有SARS疫苗上市；埃博拉疫苗当时WHO给了最高级别的支持，国际上几个制药巨头全都上了，结果硬是倒腾了六年，世界上第一支埃博拉疫苗才在去年年底上市。
因此新冠疫苗的研发对于全人类来说都是个挑战。然而我们现在发现，新冠病毒的突变也许比我们预想的更多，在短短两个月的时间内，全球以D614病毒株为主的疫情就变成了以G614为主，并且这个突变是位于大多数在研疫苗依赖的刺突蛋白。
这个点突变是否影响到疫苗的成败？这其实是个玄学问题。这就好比，你家汽车的发动机里有一个螺母松动了，会不会影响驾驶呢？没人说得准，有可能你这车继续开个几万公里都没毛病，也有可能没过几天就爆缸了。

最后说几句我自己的想法。初步控制疫情，可以靠国家的严格隔离和做好个人的卫生工作，但长远来看，还是需要依靠疫苗。只有疫苗才能实现真正意义上的「群体免疫」，从而遏制病毒扩散。
新冠疫情已经持续数月之久了，我们早已不是一开始的一无所知了。我们在12月底就完成了病毒基因组测序，我们制定了多版可靠的诊疗方案，我们深入分析了病毒的分子结构，我们获得了多种抗病毒药物的临床数据，我们已经有了高效并且可以大规模测试的核酸试剂盒。
但是无论在任何时候，我们都不要轻视新冠病毒，也不要妖魔化他国的防控策略。目前全人类的头号敌人是病毒，而这个敌人，比我们预想的更加强大。

参考资料：
[1]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.29.069054v1.
[2]https://neoskosmos.com/en/157431/coronavirus-remains-a-stranger-to-greek-shores-but-flu-claims-21-lives/.
[3]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1.
[4]https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.14.20060160v2.

【本文已授权腾讯医典独家发布】

有关回应 · 2021-5-25 14:45:55

把最近一两个月的新闻刷完，你会发现病毒在中国还只是新冠肺炎，在外国部分地区已经变异成新冠脑炎了。有抗议戴口罩的、有不怕死聚会的，有舔马桶的，有出门溜假狗的，有怼孙正义捐检测盒的，有起诉中国政府要赔偿的，有电视驱魔的，有烧基站的，有搞群体免疫的，有要暗杀盖茨和福西的，有喝消毒水的，最恐怖的是还有个拉手风琴的在四处甩锅高度自恋。

有关回应 · 2021-5-25 14:45:56

目前来看，病毒本身并没有很大的变异可以解释症状严重程度的不同。这对疫苗研发来说是一个好消息。

撰文 | 史隽

4月20日的日记
周一
MA累计确诊 39643例

上一篇日记讲到科学家们对新冠病毒进行全基因组测序，找到了西雅图和北加州新冠病毒传播的源头。

最近由纽约西奈山伊坎医学院 (Icahn School of Medicine at Mount Sinai) 和纽约大学医学院 (N.Y.U. Grossman School of Medicine) 的两个团队，分别通过测序分析3月中旬以来纽约的COVID-19患者身上的新冠病毒基因序列 (两个团队的样本不同)，得出了基本相似的结论：新冠病毒在2月中旬就开始在纽约传播，病毒主要是从欧洲输入的，而不是亚洲。

然而，纽约州宣布的第一位确诊患者是一位从伊朗旅行回来的30多岁女性（3月1日确诊）。这意味着在第一例确诊患者被发现之前，新冠病毒已经默默地在纽约社区里传播开了。

图1：预印本文章https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.08.20056929v2

病毒侵入细胞后，会劫持细胞的分子机制来复制病毒。这个过程很快，但也很马虎。因此，病毒儿子可能会获得其祖先不存在的新突变。病毒儿子被释放感染别人以后，复制产生的病毒孙子也会继承这个突变，并且可能在此基础上增加新的突变。通过对病毒家族的全基因组进行测序，就能追踪病毒的突变过程。

等拿到很多的病毒家族成员的全基因组序列后，科学家们就可以用复杂的计算机程序分析比较突变，去观察随着子子孙孙从共同的祖先那里衍生出来，突变是如何一步一步地产生的。因为突变产生的速度大致是一定的，如果数据足够多，还能粗略的估计祖宗有多大年纪。

现在，世界各国的科学家们都在测序新收集到的病毒样本。因为疫情紧急，很多科学家会把尚未发表的病毒基因序列上传到名为GISAID的在线数据库，和全世界共享。

西雅图弗雷德·哈钦森癌症研究中心的Trevor Bedford（上期讲了他是怎么辟谣的：参见《117疫情观察：群体免疫还远着呢 | 史隽·Ⅵ》）等病毒进化专家团队则组织了一个名为Nextstrain的项目。当这些共享的数据出现在GSAID以后，科学家们就尽快去把这些序列下载到Nextstrain的后台，将这些序列纳入全球传播地图，并在nextstrain.org/ncov上公布新冠病毒的基因组流行病学的最新信息，更新病毒家族树谱。

Nextstrain软件平台在过去几年逐步开发完善，曾应用于埃博拉、Zika和季节性流感等疫情，旨在让基因组流行病学在疫情期间尽快地发挥作用。

科学家们是怎么用病毒的序列来了解病毒传播方式的呢？

先介绍几个基本的概念。

有研究表明，新冠病毒的潜伏期短至2天，长至20多天。感染病毒5.1天以后，50%的人会出现症状；感染11.5天以后，97.5%的人会出现症状。

图2：来源https://annals.org/aim/fullarticle/2762808/incubation-period-coronavirus-disease-2019-covid-19-from-publicly-reported

也有大型的研究证实，新冠病毒在潜伏期内就可以传染人，出现症状前1-3天有传染性。

因此，一个人感染后，在出现症状以前，就可能把病毒传染给另一个人。这个被传染的人也要过一定潜伏期，才会出现症状。这两个人出现症状之间的时间间隔被称为病毒的“世代间隔 (serial interval) ”。有研究估算新冠病毒的世代间隔期大约为7天。

图3：病毒的世代间隔（作者作图）

新冠病毒平均每月突变两次，也就是大约14天，2个世代间隔有一个突变。

简化的病毒传播链为如下所示：

图4：病毒的传播链（作者作图）

这些突变通常是很简单的一个碱基 “T”更改为“A”，或者可能是“G”更改为“C”。这些突变改变了病毒的遗传密码，不过这些小的变化一般不会令病毒产生关键变化，从而改变行为（如传染力和致病性）。

但是，科学家们可以结合取样时间和基因组的序列推断出感染的顺序。相比于传统的流调追踪接触者和病例分析，这种方法是一种更新的、了解病毒传播方式的办法。

举一个经典的例子，在《117疫情观察：新冠无症状感染的威胁 | 史隽·Ⅲ》里曾经提到过，Trevor Bedford通过病毒基因测序而发现无症状/轻症状感染导致西雅图地区社区传播。

图5：来源于Trevor Bedford的博客 (https://bedford.io/blog/ncov-cryptic-transmission/ )。

上图中的 “ USA / WA1 / 2020”就是美国第一例被确诊的COVID-19患者—— 1月15日从武汉返回西雅图Snohomish County (斯诺霍米什县) 的Amazon公司员工。他在1月19日被收集了鼻咽拭子样本，随后样本里的病毒被美国CDC快速测序了。

该病毒的基因组与1月21日在福建采样的“Fujian/ 8/2020“ 的基因组完全相同，福建的这个病毒也被标记是从武汉输入的，说明这两者很有可能是很接近的时间在武汉感染的。

“ USA / WA2 / 2020”就是上一篇日记（见《117疫情观察：群体免疫还远着呢 | 史隽·Ⅵ》）提到的西雅图流感计划 (Seattle Flu Study) 找到的西雅图地区最早的新冠病毒阳性样本。它是通过回顾测序西雅图地区从2020年1月1日至3月10日收集的有急性呼吸道感染的人的鼻拭子样本，而找到的2月21日采样的最早的新冠病毒阳性的样本。这个病例被认为是美国第二个社区传播感染的病例，取样于一名有轻微流感症状的少年。他在距离WA1病人的居住地约15英里处的一所高中上学。这位少年只有很轻微的症状，没有旅行史，并没有和WA1病人有任何接触。因此，他并不符合当时美国CDC测试新冠病毒的条件：“有发烧和呼吸系统症状，并且有中国武汉的旅行史”。患者因为有类似流感的症状就医，因为症状很轻，回家恢复了。

WA2病毒的基因序列和WA1的序列相比，几乎完全一样，只多了三个基因突变。

这个样本采集时间是2月21日，与第一个样本采集的1月19日间隔了差不多5周。根据上面图4的病毒传播链计算，5周的间隔时间也差不多可以累积2-3个突变。

WA1和WA2的病毒基因序列还包含一个关键的遗传变异 (在基因序列18060位置上)，在数据库中59个来自武汉的样本里面，有2个含有这一突变。假设WA2不是WA1的后代，18060位置上的突变是随机产生的几率大约是2/59=3%。

换句话说，有97%的几率WA2病毒是WA1病毒的直接后代。考虑这两个病人活动的地区只间隔了24公里，这个可能性更大了。

这意味着，那位1月15日从武汉返回西雅图的男性在进医院就诊之前，已经把病毒传染给了别人，而那个人是无症状或者轻症状，没有引起警觉。从而导致新冠病毒在西雅图社区里面默默地传播了大约5周，感染了数百人。

后来的情况证实Trevor Bedford的结论是正确的：华盛顿州从后来的病人身上分离的病毒的基因组支持了第一二个病例（WA1和WA2）之间的关联。

再看另一个例子。

截至4月19日，Nextstrain里面有来自美国的新冠病毒的基因序列1149条，其中马萨诸塞州有19条，大部分都是美国CDC测序的。第一条“USA/MA1/2020”采样于1月29日，是那位从武汉回来的麻州大学的留学生，他的基因序列和来自武汉的病毒基因序列很相近。剩下的都是在3月4日至7日间采样，从时间上看很大可能是MA最早暴发的Biogen公司的员工样本 (参见《波士顿新冠暴发危机：Biogen年会病毒大传播始末》)。其中有一条孤零零的“USA/MA_1355/2020”样本采集于3月5日，和来自英国的病毒基因序列最接近。其他的17条形成一个大簇，和来自法国的病毒基因序列接近。这英法的区别不得不让我猜测：是因为两国社交礼仪的不同？

看起来，马萨诸塞州的早期病例大多是欧洲输入的。相比于马萨诸塞州超过36000的病例总量，这19个序列只是很少的一部分，相信以后还会有更多的序列被共享。

图6：Nextstarin截至4月19日全球新冠病毒树谱。图中标注的红点是马萨诸塞州的样本。来源：http://nextstrain.org。

新冠病毒的变异速度比流感慢得多（后者大约是前者的2~4倍）。目前来看，病毒本身并没有很大的变异可以解释症状严重程度的不同。这对疫苗研发来说是一个好消息：“好不容易疫苗做出来，已经对付不了当前流行的病毒”，这种可能性降低了。但是，只要新冠病毒继续感染人，它就会继续突变。这就是为什么科学家需要时刻追踪病毒突变的原因——做好提前应对

有关回应 · 2021-5-25 14:45:57

这个问题，我觉得分为二个层次来看，更好理解：
Lv1:如果仅仅把变异理解为病毒序列的改变，那么毋庸置疑，不管是国内还是国外，新冠病毒一直在发生变异。
要知道，病毒其实就是核酸序列外面加个外壳，真的是极简风格的构造了，所以它的主要使命就是复制，把自己的“印记（DNA/RNA）”延续下去（你想，新冠为啥要去感染宿主，不就是因为它自己级别不够，搞不定自我复制这一套，所以需要黑掉宿主细胞的功能，来帮它完成复制这个过程么）。而核酸的复制过程，就必然会出现复制“误差”，也就必然会产生信息的变异（举个其它的例子，癌症为什么年龄越大越容易的，就是因为年龄越大，细胞复制的次数就越多，所以恰好突变成癌细胞的几率也就越高）。
所以以一图以概之，下面就是截止到5月5日，基于全球上传的新冠病毒样本序列的比对情况，左边的图每一个小点就是一个新冠病毒样本，可以看到已经有非常明显的几个大的分支（比如紫色，红色，绿色），而即便在一个分支里的，DNA序列也没有完全相同的。比如都是红色分支的病毒，某一区段，病毒A的DNA序列是ATGGGGGGC，而病毒B的DNA序列是ATGGGGGGG

Lv2: 这一层理解就要深入一点了，我们要把变异理解为促使病毒发生“质变”的DNA序列改变。

我先用人类的基因组做个铺垫，我们的遗传物质统称为染色体，而每一条染色体其实是高度折叠化的DNA长链，而DNA的基本组成成分被统称为碱基（有ATGC四种，所以我们的DNA实际上就是AGGCTCGAGCGAGCGAGTGCGAGCA........................................这种序列），我们的整个基因组大概是由30亿个这种碱基对构成的。那是不是这30亿个碱基都同样重要呢？至少按目前的认知不是！目前我们还是普遍认为在这条DNA长链上的一些有功能的（传统定义上来讲）片段才是最关键的，而我们将这些片段称为—基因。目前已知的人类基因大概有2.5万个，但这些基因所占区域的总长度占整个基因组不到2%。所以，笼统来讲，我们可以认为如果变异发生在这2%的序列上会比发生在其它98%的序列上，对人体的表型产生跟深远的影响（比如，变异直接影响高矮胖瘦，患癌风险，眼睛颜色，头发直卷等等）。
好，再说回新冠，虽然病毒的序列结构要比动物简单太多，基本都是基因序列，但不同的基因的重要性仍然是不同的（至少对人来说），目前我们普遍认为新冠对人类危害最大的基因是S蛋白的序列，真是由于S基因上的突变，使得新冠具有了跨物种传播的能力，从最初的蝙蝠来到了人类身上。

以上，铺垫了这么多，再回答题主的具体问题，【如果变异了，那疫苗还有用吗？如果病毒变异了，那群体免疫是不是也没用了呢？】
如果变异了，且变异恰好让病毒又发生了“质”的改变（比如传播力，毒性等再度飙升），那可能目前开发的疫苗效果确实会大打折扣（当然，打几折又跟疫苗的种类有关，灭活疫苗可能打个五折，减毒活疫苗可能就打个3折了，这里就不进一步发散）。
至于群体免疫，我觉得不影响。因为。。。群体免疫本来就是一个概念，所以这次疫情不论结果如何，可能都是群体免疫第一个稍微有点实际数据支撑的例子。。。
以前写过几篇相关的文章，有兴趣的朋友也可以看看，传送门：
浩浩耗：一文弄懂，全球新冠疫苗研发到什么程度了？浩浩耗：英国的群体免疫法是兵行险招还是另辟蹊径？

国外的新冠病毒是否已发生变异？

5 个回复

浏览过的版块