为什么冠状病毒 Delta 变种在 2021 年占据主导地位

2021 年是冠状病毒变异的一年。

今年拉开了 Alpha 和 Beta 的序幕,随后又出现了几个令人担忧的变体,omicron 正在将其关闭。omicron 如何定义大流行的未来仍不确定。但即使 omicron 表现强劲,一种变体在年中以 alpha 和 beta 等变体从未达到过的方式上升到全球主导地位,仍然在很大程度上定义了目前的大流行:delta。

事实上,2021 年春末夏初,即 COVID-19 大流行一年半后,世界某些地区的情况似乎正在好转。例如,在美国,数百万人接种了疫苗,病例数下降,人们开始社交并恢复正常活动。

但随后达美航空遭遇重创。这种导致 COVID-19 的冠状病毒于 2020 年 10 月在印度首次发现,并迅速席卷全球,并于 2021 年取代了该病毒的其他版本(序列号: 21 年 7 月 2 日)。达美航空压垮了医疗保健系统,摧毁了未接种疫苗的人群,并表明即使是接种疫苗的人也很脆弱,导致了一些突破性病例。

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很快人们就明白了为什么达美航空会造成如此严重的破坏。研究人员在 2019 年报告中称,与感染其他变种的人相比,感染 Delta 的人会产生更多的病毒,传播时间也更长。临床传染病 在八月。因此,Delta 感染的传染性更强。考虑一下在一个没有人对冠状病毒有免疫力的社区中的两种情况:一个人感染了该病毒的早期版本——“在中国武汉首次发现的病毒,引发了大流行”——可能会将其传播给另外两三个人。但感染 Delta 的人可能会将其传播给五到六个人。

Delta 的成功归功于其一些蛋白质的突变。以冠状病毒核衣壳(病毒内部的 N 蛋白)中名为 R203M 的突变为例。研究人员在 2017 年报告中称,这种突变可能会增加可制造的病毒 RNA 的数量,或者使 N 蛋白更容易完成其工作,将 RNA 包装到新组装的病毒颗粒中。科学 十一月。

与 Delta 类似的突变在其他变种中随处可见,这些变种证明它们比原始病毒更容易传播或更能逃避人体的免疫防御。其中包括首次在英国发现的阿尔法;beta,首先在南非得到表征;和伽马,首先在巴西被发现。最近发现的 omicron 变体首先在南非和博茨瓦纳被描述,也具有一些相同的突变(序列号:12/1/21)。

Delta 的一些突变与其他变体中发现的突变相同,而另一些则以不同的方式改变相同的蛋白质构建块或氨基酸,或者出现在病毒的同一部分。例如,α 和 omicron 在 N 蛋白中的第 203 个氨基酸上也有相同的突变,但它是与 delta 中不同的氨基酸变化。有些突变对于 delta 来说是全新的。

科学家们还不知道所有这些变化对三角洲复制或传播给其他人的能力有何影响。更重要的是,Delta 还在不断发展,随着时间的推移会发生更多的变化。但研究的重点是病毒刺突蛋白的独特突变群。每种冠状病毒中都有一种多节的蛋白质,帮助病毒附着并侵入人类细胞。看起来像一个单独的旋钮实际上是由三个相同的部件组合在一起组成的,每个部件都携带相同的突变集。

Delta 的一些刺突蛋白突变可能有助于病毒更容易地侵入细胞,将细胞机器变成病毒制造工厂。其中两个被称为 T478K 和 L452R,有利地位于受体结合结构域上。这是刺突蛋白的一部分,它附着在宿主细胞表面的一种蛋白质 ACE2 上。

其他突变出现在刺突蛋白的一个称为 N 末端结构域的区域,该区域是免疫系统中和抗体的已知目标。这些突变可能有助于病毒逃避这些抗体,从而阻止病毒感染细胞。

然而,另外两种突变,P681R 和 D614G,可能有助于新制造的病毒做好准备去征服。这些突变位于刺突蛋白两个部分 S1 和 S2 的分界线附近。这些部分需要被分开,以便冠状病毒能够进行必要的体操,帮助它与未来的人类宿主细胞的细胞膜融合。

人类细胞实际上有助于这一过程:在受感染的细胞内,一种名为弗林蛋白酶的人类蛋白质在 S1 和 S2 片段之间切开刺突蛋白,打开受体结合域,使其能够更好地捕获 ACE2。P681R 和 D614G 突变可能使刺突蛋白更容易被弗林蛋白酶切割。一旦被剪断,新制造的病毒就准备好感染其他细胞。

总的来说,这些突变帮助 delta 比其他变体更快地进入细胞并更好地执行多项任务。结果,在 2021 年,达美航空得以成为世界上占主导地位的变种。

以下是特定的 delta 刺突蛋白突变如何帮助细胞接管:

为什么冠状病毒 Delta 变种在 2021 年占据主导地位

刺突蛋白的受体结合域与人类细胞表面的 ACE2 蛋白结合。法尔科涅里视觉效果 刺突蛋白的受体结合域与人类细胞表面的 ACE2 蛋白结合。法尔科涅里视觉效果

1. 一些突变使刺突蛋白能够更好地抓住细胞。

冠状病毒通过附着在多种人类细胞表面的一种名为 ACE2 的蛋白质开始侵入细胞。三个突变可能使 delta 比其他变体更有吸引力。

D614G 中断铰链附近刺突蛋白中的一些分子相互作用,该铰链控制受体结合结构域是处于保护其免受抗体侵害的闭合位置,还是处于开放位置以便抓住 ACE2。有了 D614G 突变,蛋白质的一个或多个 ACE2 捕获部分更有可能会发挥作用。

L452R 可能会加强 ACE2 和刺突蛋白之间的相互作用,使病毒更容易感染细胞。这一变化将刺突蛋白关键部分的蛋白质构建块上的电荷从中性变为正性。因此,就像磁铁吸引金属一样,突变似乎使刺突蛋白与 ACE2 带负电荷的部分结合得更紧密。

T478K 是 Delta 变体所独有的。目前尚不清楚它的作用,但与 L452R 一样,它也可能有助于增强刺突蛋白对 ACE2 的控制。

为什么冠状病毒 Delta 变种在 2021 年占据主导地位

一种名为 TMPRSS2 的人类蛋白质切除了部分刺突蛋白,使冠状病毒能够与细胞膜融合,并将其 RNA 倾倒在里面,形成新病毒。法尔科涅里视觉效果 一种名为 TMPRSS2 的人类蛋白质切除了部分刺突蛋白,使冠状病毒能够与细胞膜融合,并将其 RNA 倾倒在里面,形成新病毒。法尔科涅里视觉效果

2. 一些突变使 δ 能够更好地与细胞膜融合,为冠状病毒将其遗传物质倾倒到细胞中铺平道路。

一旦 delta 锁定到 ACE2 上,一种名为 TMPRSS2 的人类蛋白质就会切除刺突蛋白的一部分。结果,蛋白质的 S1 部分被丢弃,从而释放蛋白质的 S2 部分,使其扭曲成形,以用于该过程的下一步:与细胞融合。一些证据表明 delta 可能更擅长释放 S1,从而更容易侵入细胞。

L452R 可能有助于病毒与其试图感染的细胞外膜融合。这使得病毒释放其遗传物质,并开始劫持细胞的机器,开始复制更多的自身。

P681R 可能会产生一段碱性氨基酸,帮助病毒更好地与细胞膜融合,帮助更多病毒进入更多细胞。

研究人员在 2017 年报告中称,由于这些和其他变化,δ 可以更快地与细胞融合,并且可以进入表面 ACE2 水平低于其他变体的细胞。科学 在十月。

病毒与细胞融合后,它会释放其 RNA,并将其新巢穴变成病毒工厂:病毒 RNA 被复制,人类核糖体产生病毒蛋白,细胞会产生几乎相同的冠状病毒副本。当病毒复制其 RNA 时,它可能会出现拼写错误。有时,遗传错误会帮助病毒,从而产生诸如 delta 之类的变体。但并非所有变化都对病毒有利。一些基因错别字会对病毒蛋白造成损害,这意味着带有这些突变的病毒无法感染新细胞。其他变化对病毒根本没有任何影响。

为什么冠状病毒 Delta 变种在 2021 年占据主导地位

一种名为弗林蛋白酶的人类蛋白质会剪断新病毒的刺突蛋白,从而启动这些病毒感染其他细胞。法尔科涅里视觉效果 一种名为弗林蛋白酶的人类蛋白质会剪断新病毒的刺突蛋白,从而启动这些病毒感染其他细胞。法尔科涅里视觉效果

3. 一些 δ 突变可能会更好地激发新制造的病毒,使其更容易感染细胞。

在新制造的病毒从细胞中释放出来之前,人类弗林蛋白酶会剪断 S1 和 S2 之间的刺突蛋白。这使得刺突蛋白能够采用正确的形状来捕获人类细胞,并设置蛋白质以实现更好的膜融合。

达美航空可能比其他变种更敏捷。

突变 D614G P681R 可能会增加每种新病毒上被弗林蛋白酶切割的刺突蛋白的数量,从而更好地准备病毒进入其他细胞。

D614G 使弗林更容易剪断。此初步剪切发生在与 TMPRSS2 剪切不同的位置。这种突变还可能增加病毒每个副本上刺突蛋白的数量。

像 D614G 一样,P681R 还可能增加被人类细胞蛋白弗林蛋白酶切割的刺突蛋白的数量,从而启动新制造的病毒感染新细胞。

为什么冠状病毒 Delta 变种在 2021 年占据主导地位

抗体可以附着在刺突蛋白上,以防止病毒进入细胞,但战略位置的突变可能有助于病毒逃避免疫系统的攻击。法尔科涅里视觉效果 抗体可以附着在刺突蛋白上,以防止病毒进入细胞,但战略位置的突变可能有助于病毒逃避免疫系统的攻击。法尔科涅里视觉效果

4. 当病毒寻找其他细胞进行感染时,一些突变可能有助于新释放的病毒逃避抗体。

从感染中恢复的人或接种疫苗的人的免疫系统会产生针对冠状病毒的抗体。Delta 的一些突变可能有助于病毒逃避这些抗体,否则这些抗体会阻止病毒进入其他细胞。

T19R, G142D, R158G 和两个点 – 称为 E156 德尔 F157 德尔 ——蛋白质中缺少氨基酸的地方可能会隐藏病毒的部分内容,使其免受抗体的影响,从而帮助其绕过免疫系统的防御。

T478Kδ 变体特有的突变与 E484K 接近同一位点,E484K 是与 β 变体的抗体逃避策略有关的突变。

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