今年早些時候SARS-CoV-2的Omicron變種迅速在全世界蔓延，來自Gladstone研究所、加州大學伯克利分校和創新基因組學研究所的研究人員利用病毒樣顆粒來確定該病毒的哪些元素負責其高度的感染性和傳播。此外，他們還證明，儘管針對早期病毒變種產生的抗體對Omicron的有效性大大降低，但那些最近打過加強針的人擁有更高水平的有效抗體。這項研究最近發表在《美國國家科學院院刊》上。
“病毒樣顆粒系統讓我們快速查詢新的變種，並深入了解它們在細胞培養中的感染性是否發生變化，”格拉德斯通病毒學研究所所長、這項新研究的資深作者Melanie Ott博士說。”就Omicron而言，它使我們能夠更好地掌握，在分子水平上，這個變種與其他變種有什麼不同。”
“這種方法對於快速研究先前的抗體和疫苗對一個新出現的病毒株的有效性是非常有用的，”該研究的另一位高級作者珍妮弗-杜德納博士指出，他是格拉德斯通公司的高級調查員，加州大學伯克利分校的教授，創新基因組學研究所的創始人，以及霍華德-休斯醫學研究所的調查員。
包括阿卜杜拉-賽義德（左）和艾莉森-西林（右）在內的一個研究小組利用類病毒顆粒來確定SARS-CoV-2病毒的哪些部分是其感染性和傳播性增加的原因。資料來源：邁克爾-肖特/格拉斯通研究所
類似病毒的樣顆粒加速了Omicron的研究
流行病學證據表明，2021年11月在南非首次發現的SARS-CoV-2的Omicron變種，比該病毒的原始毒株傳播得更快。與其他變種相比，它還導致了更多的突破性感染，例如在以前感染過或完全接種過COVID-19疫苗的人身上。
為了研究SARS-CoV-2病毒，Ott和Doudna的研究團隊在2021年的最初幾個月創造了病毒樣顆粒。這些顆粒是由病毒顆粒的結構的膜、包膜、核苷酸和穗狀蛋白組成的。然而，由於類病毒顆粒沒有病毒的基因組，它們不能感染人類，處理起來比活體病毒的危險性要小。此外，研究人員創造新的類病毒顆粒的速度遠遠超過他們培育新的活病毒變種來進行分析。
研究人員先前展示了相應的完整活病毒的感染性是如何與類病毒顆粒的組裝效果相關的。例如，根據細胞培養實驗，如果攜帶某種突變的類病毒顆粒在產生病毒顆粒方面更有效，那麼具有相同突變的活病毒副本也更具感染性。
最近，該團隊開發了病毒樣顆粒，以捕捉新出現的SARS-CoV-2的Omicron變種中不同突變的影響。
他們發現，尖峰蛋白的Omicron突變使病毒樣顆粒的感染性比帶有祖代尖峰蛋白的顆粒高一倍。而攜帶Omicron突變的核衣殼蛋白的病毒樣顆粒的感染性是祖先SARS-CoV-2的30倍。
Ott說：”人們一直在關注尖峰蛋白，但我們在我們的系統中看到，對於Delta和Omicron來說，核衣殼在加強這種病毒的傳播方面確實更重要。我認為，如果我們想產生更好的疫苗或研究阻斷COVID-19的傳播，我們可能想考慮尖峰蛋白以外的目標。”
當研究小組製造出攜帶Omicron突變的膜或包膜蛋白的病毒樣顆粒時，他們發現這些顆粒並不比祖先的病毒樣顆粒更具感染性；事實上，它們的感染性只有其他一些變種的一半左右。
“Omicron有很多突變，我們的發現告訴我們，其中一些突變實際上對病毒是有害的，”該研究的第一作者、格拉德斯通的Doudna實驗室的博士后Abdullah Syed說。”但這也意味着，如果這些剎車被解除，Omicron有可能進化得更具感染性。”
Omicron如何躲避抗體
研究人員還測試了抗體中和SARS-CoV-2型顆粒的能力，他們與Curative的創新團隊合作，該團隊通過在美國各地進行超過200萬次的疫苗接種建立了一個全面的血清生物庫。
該團隊使用了38名接種過COVID-19疫苗或未接種但已從病毒中恢復的人的血清，以及8名在過去3周內接種過加強型疫苗的人的血清。然後，研究人員將他們製造的病毒樣顆粒暴露在這些血清樣本中，以測試他們中和這些顆粒的能力。
在過去4至6周內接種過輝瑞/BioNTech或Moderna疫苗的人的血清對祖先SARS-CoV-2的病毒樣顆粒顯示出很高的中和水平，但對Delta變種的顆粒的中和水平低3倍，對Omicron病毒樣顆粒的中和水平低約15倍。接種強生公司疫苗的人或從COVID-19中康復的人對祖先病毒樣顆粒的中和水平較低，而對Delta和Omicron變種的中和水平則沒有什麼明顯的區別。
此外，研究人員表明，在接受第三劑輝瑞/BioNTech疫苗后的2至3周內，研究中所有8個被增強的人都有可檢測的抗體水平，能夠中和所有SARS-CoV-2變種，包括Omicron。然而，針對Omicron的抗體水平仍然比針對祖先病毒的抗體低8倍。
Ott說：”我們的研究結果支持這樣的觀點，即Omicron比以前的SARS-CoV-2病毒株更有能力逃避我們的疫苗誘導的免疫力。它還強調了mRNA疫苗的加強針似乎提供了某種程度的額外保護，甚至對Omicron也是如此。”
此外，當研究小組測試單克隆抗體casirivimab和imdevimab（商業上稱為REGEN-Cov）時，他們發現這些藥物對SARS-CoV-2的祖代和Delta變種顯示出高水平的中和作用，但對Omicron樣顆粒完全沒有檢測到中和作用。
Syed說：”我們當然沒有達到完全理解這種變種的程度，但是我們的數據增加了越來越多的證據，即它似乎非常善於感染，而且非常善於逃避抗體。”