導致 COVID-19 的病毒 SARS-CoV-2 比大多數冠狀病毒更頻繁地產生變異。USC Dornsife 的科學家們找到了原因。（圖片來源：Unsplash。）

研究人員發現了個實驗證據，解釋了為什么 COVID-19 病毒會如此迅速地產生變體，例如 delta 和 omicron。

這項發現于 9 月 13 日發表在《科學報告》雜志上，可以幫助科學家預測新的冠狀病毒毒株的出現，甚至可能在這些毒株出現之前生產疫苗。

多種 COVID-19 病毒變體的相對迅速出現讓研究人員感到困惑，因為大多數冠狀病毒不會如此迅速地變異和進化。這是因為它們具有內置的“校對”機制來防止突變，因為它們在我們的細胞中生長和繁殖時會復制自己。

但南加州大學的科學家們發現了 COVID-19 病毒繞過校對的策略：它劫持了人類細胞內通常防御病毒感染的酶，利用這些酶改變其基因組并制造變體。 

南加州大學多恩西夫文理學院生物科學與化學教授、首席研究員陳曉江表示，這些發現有助于防止由新變種引起的新感染激增，對遏制大流行至關重要。

“新毒株可能會變得越來越具有傳染性，并逃避現有疫苗的保護，”陳說。“提前預測新變種并準備有效的疫苗可以在新變種傳播之前阻止它們。”

的進攻是好的防守

Chen 和南加州大學的團隊在實驗室中用冠狀病毒感染了人類細胞，然后研究了病毒基因組在細胞內繁殖、復制自身時的變化。

該病毒的遺傳密碼序列由 DNA 的近親 RNA 組成，使用四個字母來識別組成核苷酸：A、C、G、U。在分析過程中，陳和團隊注意到一個有趣的模式：出現了許多突變由于病毒自我復制是由將代碼中的一個特定核苷酸更改為另一個引起的——字母“C”變為“U”。

高頻率的 C 到 U 突變將它們指向一組細胞經常用來防御病毒的酶。這些酶被稱為 APOBEC，將病毒基因組中的 Cs 轉化為 Us，目的是引起致命的突變。

但陳和團隊發現，對于在人體細胞中生長的 COVID-19 病毒，C-to-U 突變不僅不會致命，它們實際上通過為病毒提供變異、進化和發展的方式而使病毒受益新菌株的速度比預期的要快。

“我們提供了個實驗證據，證明我們自己的酶可以幫助 COVID-19 病毒快速變異，”陳說。“病毒不知何故學會了改變這些宿主 APOBEC 酶的進化和適應性。”

把桌子轉過來

幸運的是，對于希望克服 COVID-19 的研究人員來說，每一次好的進攻都有其弱點。在這種情況下，APOBEC 酶產生的突變不是隨機的——它們在基因序列中的特定位置將 C 轉換為 U，其中 U 或 A 剛好在 C 之前（如 UC 或 AC）。

有了這種洞察力，科學家們可以在 COVID-19 病毒基因組中尋找每一個 UC 和 AC，并使用強大的計算和實驗方法，預測和測試如果其中任何一個變成 U 會發生什么。這可以幫助他們預測什么是新的可能會出現 COVID-19 變體并建議如何更新疫苗，以防止任何可能傳播的新變體。

Chen 和團隊的目標就是這樣做，研究由 APOBEC 酶引起的 C 到 U 突變可能對 COVID-19 病毒的生命周期及其傳播和引起疾病的能力產生的潛在影響。隨著時間的推移，這些信息可以幫助科學家生產新的藥物和疫苗，以擊敗耐藥和逃避疫苗的 COVID-19 病毒株。

關于研究

除了 Chen 之外，該研究的作者還包括來自 USC Dornsife 的博士生 Kyumin Kim（該研究的作者）和 Shanshan Wang，以及定量和計算生物學 Peter Calabrese 的副教授（教學）；來自南加州大學赫爾曼奧斯特羅牙科學院，教授兼感染與免疫學科主任馮平輝，研究助理秦超和研究員饒有良。

該研究得到了美國國立衛生研究院資助號 AI150524 的支持。