一些研究已經發現，新冠病毒的Delta變體的傳染性是以前的變體的兩倍以上。然而，究竟是什麼促使Delta變體能夠如此迅速地傳播，這一點還不清楚。現在，一種新的實驗室策略使得快速和安全地研究SARS-CoV-2變體的突變效果成為可能，它提供了一個答案：Delta中一個鮮為人知的突變使病毒能夠將更多的遺傳密碼塞入宿主細胞，從而提高了每個受感染細胞將病毒傳播給另一個細胞的機會。
馬里蘭大學巴爾的摩分校的結構生物學家Michael Summers表示，周四發表在《科學》上的這一發現是“一件大事”–不僅僅是因為它有助於解釋Delta變體的破壞。他說，由諾貝爾獎得主、加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna和她的同事開發的這個新系統是了解當前SARS-CoV-2變體和探索未來變體如何影響大流行的有力工具。他表示：“她開發的系統允許你查看任何變異及其對病毒複製的關鍵部分的影響。……現在可以由更多的科學家以一種更容易的方式進行研究。”
分析新冠病毒基因組中的突變如何影響其活動的研究人員集中在刺突蛋白上。這項研究需要高水平的生物安全設施–探測單個突變的最佳工具是所謂的”假病毒”，即由不同的病毒（通常是慢病毒）製成的構建體，可以在其表面表達一種冠狀病毒蛋白。但是慢病毒只表達刺突蛋白，而不是SARS-CoV-2的其他三種結構蛋白。
Doudna和她的團隊通過調整被稱為病毒樣顆粒（VLPs）的實驗室構建物製成了這個新工具，VLPs包含所有病毒的結構蛋白，但缺乏其基因組。從外面看，SARS-CoV-2病毒樣顆粒與成熟的病毒完全一樣。它可以在實驗室中與細胞結合併侵入它們。但由於它被剝奪了病毒的RNA基因組，它不能“劫持”一個細胞的“機器”來複制和衝出宿主細胞來感染更多的細胞。“它是一張單程票。它不會傳播，”洛克菲勒大學的分子病毒學家 Charles Rice,說。
Doudna和她的同事，包括共同第一作者Melanie Ott，一位病毒學家和Gladstone病毒學研究所所長，為VLPs系統增加了一項新的創新。他們插入了一段信使RNA（mRNA），使被VLPs入侵的細胞發亮併發光。細胞在被VLPs感染后發出的光越亮，說明VLPs成功傳遞的mRNA越多。
接下來，研究人員用各種突變對VLPs的蛋白質進行了調整。其中一個是R203M，這是一個在Delta變體中發現的突變，它改變了核衣殼，一種藏在病毒內部包裝其RNA基因組的蛋白質。核衣殼蛋白是病毒複製中的一個核心角色，其作用包括穩定和釋放病毒的遺傳物質。它包含一個突變熱點：在大多數研究的樣本中，每個SARS-CoV-2變體都有一個7個氨基酸的突變。R203M是這個熱點中的一個突變。
這項工作“揭示了一個驚喜，”Doudna說。根據VLPs的發光強度，“在Delta的核衣殼蛋白中發現的一個氨基酸變化使顆粒的mRNA比原始病毒多10倍！”感染了攜帶Alpha和Gamma變體中發現的N型突變的VLPs的細胞分別發出了7.5倍和4.2倍的光芒。
科學家們接下來在適當的實驗室生物安全條件下測試了一種真正的冠狀病毒，該病毒被設計成包括R203M突變。在實驗室中侵入肺部細胞后，這種變異病毒產生的傳染性病毒是原始SARS-CoV-2病毒株的51倍。
在感染新冠病毒的人中，一個細胞產生的病毒顆粒中只有很小的一部分能夠真正感染另一個細胞，部分原因是許多病毒顆粒缺乏部分或全部病毒RNA基因組。因此，使病毒更有效地將RNA放入宿主細胞內的突變可以提高產生的感染性顆粒的數量。