美國時間24日，美國杜克大學(Duke University)研究人員利用結構生物學，模擬分析出新冠病毒(SARS-CoV-2)棘突蛋白如何突變成更具有傳播性、且對抗體產生抗性的突變病毒，這項研究也描繪出變種病毒的詳細結構圖，有望從中預測病毒下一步突變的變化。該研究發表在《Science》。
 
「新冠病毒是透過棘突蛋白突變，讓病毒可從人類傳播到水貂身上，再突變傳播回人類，棘突蛋白的變化決定了病毒的傳播能力、範圍與速度，因此了解棘突蛋白的機制非常重要。」杜克大學人類疫苗研究所結構生物學部主任Priyamvada Acharya指出。
 
研究人員開發了可識別病毒棘突蛋白變化的結構模型，並利用可觀察到原子等級的冷凍電子顯微術(Cryo-electron microscopy, cryo-EM)，一同分析研究團隊創建的模擬活病毒與影響宿主細胞功能之間的機制。
 
透過建構棘突蛋白的骨架，研究人員可以觀察棘突蛋白如何移動，以及突變如何影響棘突蛋白的移動。
 
杜克大學人類疫苗研究所、醫學院助理教授Rory Henderson表示，「不同的棘突蛋白突變其移動的方式不同，如B.1.351(南非)和B.1.1.28/P.1(巴西)突變株的機制相同，而B.1.1.7(英國)和水貂突變株則是另一種機制，但目的均可增強與宿主的結合能力。」
 
研究發現，所有的變種病毒與宿主的ACE2受體結合能力都增強，而南非與巴西突變株則產生對中和抗體具有抗性，研究人員擔心，棘突蛋白的持續突變可能會影響疫苗的效力。
 
研究指出，B.1.1.7(英國)突變其受體結合域(RBD)被N501Y取代，使病毒與ACE2的結合力提高，但基本上不影響目前疫苗的效力，但其結構顯示，英國變種病毒對於靶向N端結構域(NTD)的抗體抗性增加。
 
而在不同地區的突變病毒中，發現RBD中有K417N、E484K 和 N501Y這3個胺基酸替換，顯示出病毒突變具有趨同演化(convergent evolution)和選擇優勢(selective advantage)。
 
研究指出，這些突變病毒利用修改S1次單元結構域的相互作用，來控制RBD的關鍵功能，以增強與宿主的ACE2受體結合能力和對抗抗體的能力。
 
第一作者Sophie Gobeil指出，這項研究發現病毒以多種方式突變成更具傳染性和侵入性，顯示出大自然的聰明與病毒演化的複雜性，此外，這項研究也描繪出變種病毒的詳細結構圖，有望從中預測病毒下一步突變的變化。
 
參考資料：https://medicalxpress.com/news/2021-06-reveals-mechanisms-infectivity-antibody-resistance.html
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/06/23/science.abi6226
 
(編譯/李林璦)