南开大学孙亚民:奥密克戎病毒株或起源于老鼠 未来要防动物传人
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南开大学孙亚民:奥密克戎病毒株或起源于老鼠 未来要防动物传人

继阿尔法、贝塔、伽玛、德尔塔之后,传播速度更快、隐匿性和传染能力更强的奥密克戎来势汹汹,横行西方国家在多国掀起了几乎垂直式的新增病例大潮,并迅速取代德尔塔,成为全球优势流行株,防疫格局随之改变。

世界卫生组织(WHO)已将奥密克戎纳入第五种“关切变异株”(VOC)。2021年11月27日,奥密克戎输入中国香港;2021年12月9日,该变异株首次登陆中国内地,并在近期引发全国多地发生聚集性感染或跨省传播病例。

但肆虐背后,奥密克戎的起源仍然是个谜。近日,中国疾病预防控制中心徐建国院士团队和南开大学公共卫生与健康研究院孙亚民教授团队在权威专业期刊《生物安全与生物安保杂志》(Journal of Biosafety and Biosecurity)上发表了一篇题为“SARS-CoV-2奥密克戎变体的起源和进化分析(Origin and evolutionary analysis of the SARS-CoV-2 Omicron variant)”的研究论文。

该团队发现,奥密克戎不是从德尔塔进化而来,而是形成了单系群谱,与伽马变体系姐妹群,但分支更长。且种种迹象表明,奥密克戎可能在非人类的物种中悄然进化和演变。对此,研究团队通过对鼠适应性毒株和奥密克戎突变谱的对比后发现,奥密克戎病毒株或起源于老鼠,在鼠宿主中进化后重新回传给人类。

新冠流行两年,人类已疲于防疫。如若“动物传人”,无疑是雪上加霜。而这一研究结果,或将有助于预测和防止未来危险变体的上升。

对此,澎湃新闻(www.thepaper.cn)对话孙亚民教授,试图进一步走近神秘的奥密克戎,探讨接下来的防疫之路。孙亚民表示,动物强大的繁衍能力很适应病毒的进化,通过跟人类的接触,病毒来回“溢出”,会进一步加剧新冠病毒的多样性和难以预测性。未来,我们要防止人传人、物传人,更要防动物传人。

中国疾病预防控制中心徐建国院士团队和南开大学公共卫生与健康研究院孙亚民教授团队发表一篇题为“SARS-CoV-2奥密克戎变体的起源和进化分析”的研究论文。锁定老鼠澎湃新闻:一直以来,外界都有新冠病毒可能是“动物传人”的说法,而动物感染新冠病毒的情况也早有先例。截至2021年12月底,世界动物卫生组织记录了625起动物感染新冠病毒的疫情,如水貂、鹿等。你和团队通过什么契机,把研究对象锁定为老鼠?

孙亚民:动物感染新冠病毒的情况主要从2020年的4月开始,当时,变异株在刺突蛋白受体结合域(RBD)上出现了一个关键且重要的突变,叫“N501Y”。而这个突变,赋予了此后出现的新冠病毒一种“广宿主”的适应性能力,可以感染啮齿类动物、猫科类动物,如猫、老虎、水貂等。

但是,感染一个动物、能够在动物群体内引起传播,以及能够引起传播并回传给人,是三个完全不同的概念。

前期的大量研究表明,很多动物感染后,病毒在动物体内的复制能力并不强,病毒载量也达不到能够引发群体内传播,或传播给其他动物、人类的能力,而且我们也完全可以通过现有的检测手段筛查出来。

去年11月,奥密克戎被世卫组织纳入全球需关切的第五种变异株后,我们就针对该病毒展开了深入的分析和研究,发现它和其他变异株有很多不同的地方。

比如,它有很多突变的位点数。一个正常进化的新冠病毒,突变累计的速度是一个固定值——在同一时间点分离的不同变体的突变数量一般大抵相同。

但我们计算五种VOCs的平均突变数量后发现,奥密克戎变异株的变异数量明显多余其他变体,特别是在刺突蛋白受体结合域(RBD),变体数量不仅多,而且很集中。所以我们当时就怀疑,这种冠状病毒很有可能是受到了一种比较大的“选择压力”,存在更换了宿主的可能。

当时,针对奥密克戎的起源问题,我们请教了中国疾病预防控制中心徐建国院士,也就是这篇论文的通讯作者。徐建国院士是我国“反向病原学”概念的提出者,他对于传染病的溯源和传播极为敏感。徐院士认为,奥密克戎可能来源于一种“接近人类生活”的动物,在群体内进化后再回传给人类。

在他的指点下,我们对大量文献开展调研,获取基因组序列开展比对研究,寻找证据。

在这个过程中,我们发现,奥密克戎存在不寻常的关键突变位置。随后我们开始研究这些突变比较容易在哪些动物身上发生,或比较下在什么样的情况下容易发生,慢慢就锁定到了老鼠身上。

“或在老鼠体内缓慢积累突变,反向传人”

澎湃新闻:你能否展开说下“关键突变位置”,以及这篇论文的其他研究结果?

孙亚民:我们比较了13个鼠适应性菌株与奥密克戎变体的关键突变后发现,奥密克戎变体在病毒S蛋白的五个关键位点——K417、E484、Q493、Q498和N501发生突变。其中,Q493和Q498两个位点的突变与动物感染有关。而Q493K和Q498H突变的菌株,对mACE2的亲和力明显增强。

而同样在这五个位点发生突变的另一种毒株,名为“IA-501Y-MA-30毒株”,它是在”IA-501Y“毒株30次传代后,从小鼠肺部样本中所获得的。这种突变谱特征表明,病毒已经适应了感染老鼠的细胞,也就进一步论证了奥密克戎变体可能是在鼠宿主中进化而来的,或者至少来源于与鼠数量相近的啮齿类动物。

奥密克戎和鼠适应SARS-COV-2毒株之间共有的5个关键突变此外,我们还做了VOCs和VOIs的系统发育分析,将奥密克戎放在整个进化树的框架中,进一步揭示了这种变异株的特殊性。到现在为止,新冠病毒的数据库上有600万个基因组,记录了病毒的出现、发展和进化的过程。但我们对比后发现,系统发育树显示没有进化的中间分支,这是一个非常令人惊讶的结果。

如果奥密克戎是由德尔塔变体的一个菌株演变而来,如AY.4、AY.23或AY.46(分别是欧洲、亚洲和非洲的主要变体),那么两者会存在共同的突变特征,但奥密克戎与这些菌株没有相似之处,这说明奥密克戎不是从德尔塔进化而来,而是形成了单系群。我们发现,奥密克戎谱系是伽马变体的姐妹群,但分支更长。

按时间比例排列的系统发育树显示,在2020年上半年,奥密克戎谱系和伽马谱系发生了分化,这表明奥密克戎可能在非人类的物种中开始进化。经过一年多时间的“沉寂”后,奥密克戎在老鼠体内缓慢积累突变,然后可能通过偶然的机会,反向回传给人类。

一直以来,有一种起源假设认为,奥密克戎是在一个免疫功能缺陷的个体中进化而来,例如长期接受化疗的患者或艾滋病(HIV)病人,体内经历了慢性感染并长期进化,因此带有大量稀有的突变

这种假设有一定依据和可能性。但我们认为,如果一个病毒在一个人的体内长期进化,根据病毒的特性,会更倾向于朝着有利于复制和生存的方向进化,而不会朝着具有更强传播力的方向去演变。

那么,有人会问,为什么不是艾滋病群体间的传播呢?因为如果病人之间传播,一年多时间还没有被发现的概率很小。

所以,我们认为,奥密克戎更可能是起源于一个非人类的群体,而不是个人。

BA.2亚型毒株或取代奥密克戎成为新主流毒株

澎湃新闻:最近,奥密克戎(BA.1)已经出现了BA.2和BA.3两种亚型,被称为“三姐妹”。 BA.2因传播速度更快、传染性更强,被认为或将取代BA.1成为优势株。目前,英国、丹麦等国家的感染者有所激增。那么从结合你此前对鼠的研究来看,BA.2和BA.3这两种亚型有什么传播及变异趋势?

孙亚民:病毒不断进化,奥密克戎不会成为最后一个变异株。

我们最近研究发现,奥密克戎“三姐妹”在关键部位的共同突变很多,可以推断是来源于同一个群体。而BA.2和BA.3之间,有很多相似的特异性突变。

同时,这三个变体之间存在的单核苷酸多态性(SNP)数量和差异化情况,意味着它们可能处于不同的进化时间节点,且出现的顺序也不相一致。我们分析认为,奥密克戎可能在某一个地区或区域内不同鼠群体间来回感染进化,形成了新的亚型。

根据丹麦、英国等国家的研究发现,BA.2亚型毒株的传染性比奥密克戎变异株高1.5倍,传染速度更快,可能会取代奥密克戎,成为新的主流毒株。

从突变位点来看,相比奥密克戎,BA.2亚型的S蛋白上多了几个重要的突变位点,如T376A、R574S等,与传播能力有一定关系,需要深入研究。

未来要防人传人、物传人,更要防动物传人

澎湃新闻:论文中指出,研究人员应该专注于从野生动物,特别是啮齿动物中分离出的SARS-CoV-2变异株。如果奥密克戎是在鼠宿主中进化后回传给人类的,在目前对动物的防疫手段和经验较少的情况下,你认为它在非人类宿主中传播的影响,将对该流行病的防控带来什么新的挑战?

孙亚民:如果奥密克戎找到了野生宿主,尤其是啮齿类这种群体数量居大的天然宿主后,想把新冠彻底从人类生活中清除的可能性会越来越小。

动物强大的繁衍能力很适应病毒的进化,通过跟人类的接触,病毒来回“溢出”,会进一步加剧新冠病毒的多样性和难以预测性。

未来,我们要防止人传人、物传人,更要防动物传人。奥米克戎在上呼吸道的病毒载量高,对物品的污染计量比其他的变体病毒更高,所以出现了“物传人”的情况,但概率还是相对较低的,因为在非低温的环境下,病毒的存活率随着时间的推移会有所降低,很难达到可传染的病毒数量的要求。

但最近,中国香港疑似出现全球首宗宠物仓鼠将新冠病毒传染给人类的个案,很不常见。当病毒潜伏于和人亲近的宠物身上,是一件很危险的事。

奥密克戎出现后,动态清零的压力超过以往。动物传人,对下一阶段的防疫政策和手段,发起重大挑战。

对于进口物品和动物,要做好检验检疫。针对国内爆发过奥密克戎的地区,要做好疫区内的环境监测和动物检疫,特别是会与人密切相关的动物监测,加强对未知原因的非输入性病例的溯源及研究。

病人清零不容易,但要做到疫区内的“环境清零”,更难。

美国科学家对环境和动物监测的信息,值得我们借鉴和思考。我们的论文中也提到,2021年7月发表的一份针对纽约下水道样本的研究发现,Q498突变在生活于纽约下水道的大量动物宿主中已经积累了很长一段时间。研究者们对此还讨论了SARS-CoV-2在非人类动物宿主之间传播的可能性,富有启发性。

澎湃新闻:对应我国的防疫政策,你认为未来该如何处理活体动物与人的关系?

孙亚民:首先要加强动物微生物研究和动物新冠病毒检测。既然奥密克戎具备了在啮齿动物繁殖的能力,发生疫情的地方,一般要高度警惕,不要让奥密克戎从患者传给当地的啮齿动物。

一旦发生“动物传人”的情况,我们的第一反应不应该是直接大规模捕杀,而是要学会更好地去处理动物,特别是宠物与人的关系。

其实动物感染分几个层次和阶段,绝大多数的动物身上都带有多种病毒,可以用技术手段检测出来,但并不一定具备将病毒传染给人的能力。

我认为,接下来可能会朝着动物宿主和动物感染的方向去研究,比如动物自身的免疫系统能否慢慢把病毒清除等问题,都值得关注。

澎湃新闻:你认为,对动物的研究分析,能为潜在的COVID-19治疗药物和疫苗研发带来什么启发?

孙亚民:目前,新冠疫苗和药物正朝着广谱、预防感染、减少重症和死亡的方向去研发。针对奥密克戎的特点,未来可能会朝着保护特殊人群免于感染的方向发展,尤其是老人和免疫力低下的人群。

随着的新冠病毒感染动物的能力不断增强,研究动物用疫苗需要未雨绸缪。

事实上,在很多国家动物疫苗已经被提上日程。例如:美国的兽医制药公司Zoetis也正在研究用于水貂和宠物的新冠疫苗。因此,评估新冠病毒对于动物(特别是与人类生活息息相关的动物)易感性,在动物群体内传播程度等信息,确定高危动物群体是至关重要的。

澎湃新闻:你的团队接下来有什么新的研究方向和计划?

孙亚民:新冠已经出现两年了,公共数据库累积了庞大的病毒基因组,我们最近计划对新冠病毒的变异和进化做一个总结,比如它的核酸、碱基突变类型有什么进化趋势。

同时,我们还会将研究重点放在没有发生突变的位点上。这两年,新冠病毒群体内的所有位点几乎都发生了突变,被记录在册,说明该群体内突变已经“接近饱和”。

从表象上来看,新冠病毒的感染部位,已经由下呼吸道向上呼吸道转移。而奥密克戎表现出来的所有特点,都可以归因于它在上呼吸道复制的速度更快,得以淘汰掉那些在下呼吸道感染的病毒,因而更具传播优势和选择优势。

所以,我们还会将研究重点放在没有发生突变的位点上,观察这些位点是否会影响病毒的生存和传播速度,这对研究新冠病毒的基因功能和结构有重要价值。

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