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英國、南非、巴西……武漢肺炎進入總加速師新階段?

寒波_96
・2021/01/23 ・4311字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 609 ・十年級

事後回顧,仍然未知起源的 COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)應該是在 2019 年某個時候適應人類宿主,獲得人傳人的能力;2020 年 1 月在武漢傳開以後出國深造,2 月時在歐洲衍生出傳播力增強的 D614G 品系。

而一年後的 2021 年初,似乎又有傳染力更強的新型號病毒,在英國、南非、巴西三個地方獨立興起。[1, 2, 3]

巴西的瑪瑙斯,是全世界疫情最嚴重的地方之一,200 萬居民可能已經超過 80% 人口得疫,預期的群體免疫,卻無法阻止病毒持續蔓延。在此絕境之下,只能先讓效果可疑,由中國研發的 CoronaVac 疫苗搶先投入戰場。圖/Public Broadcasting Service

傳染力更強的病毒,在英國誕生,愈演愈烈

三處值得注意的新款病毒中,英國款首先被觀察到,有大量新聞報導,至今知名度最高。它有多個名號,常稱作 B.1.1.7(也叫 VUI 202012/01)。之所以受到注意,是由於它的突變特別多。4, 5

導致武漢肺炎的病原體——SARS二世冠狀病毒(SARS-CoV-2),過去一年觀察下來,平均一個月大約累積 2 個突變;但是和近親相比,英國誕生的新品系卻配備高達 17 處突變,8 個位於 S 蛋白質(spike protein)上頭,另外也喪失 ORF8 基因,ORF1ab 基因上還有 3 個胺基酸缺失。

英國在 2020 年 9 月 20 日首度發現 B.1.1.7 以後,它的存在感持續上升。這款新病毒的性質仍需研究,不過初步幾點間接證據,支持它的傳染力確實有所提升。

  • 第一,感染者人數短期內迅速增加,占總感染比例也明顯上升。[6, 7]
  • 第二,感染者再傳染給下一位的比例,新型號病毒為 15%,其餘品系是 10%。
  • 第三,新型號病毒的感染者,上呼吸道的病毒量比較高(由 Ct 值判斷)。[8]
  • 第四,傳播到丹麥、美國以後,存在感增加的幅度和英國類似。[9]
B.1.1.7 在英國誕生以後,存在感節節高升。圖/參考資料2

所幸英國的新型號病毒,在傳染力增加之外,殺傷力暫時沒見到改變。

去年初誕生,S蛋白質上的 D614G 突變,令傳染力上升,但是沒有提升殺傷力。D614G 成為隨後疫情的主要基礎,如今 B.1.1.7 等型號皆由此而來。看來突變強化傳染力的同時,殺傷力似乎更傾向維持現狀。

有專家憂心,新型號病毒的傳染力上升,是否對未成年人影響更大,讓小孩容易更得疫?這方面仍在調查,初步看來,不同年齡的增加幅度沒有明顯差異,暫時不用緊張。[10]

南非、巴西,也和英國一樣

英國之外,南非、巴西也陸續出現特徵類似的新款病毒,在三地的存在感皆明顯上升。由演化關係看來,三地的新品系是獨立誕生,它們和英國的 B.1.1.7 一樣配備許多新突變,而且多數位於基因組上類似的位置。例如三者的 S 蛋白質上,都有 E484K、N501Y 兩個突變。

B.1.351 在南非誕生以後,存在感節節高升。圖/取自 [參考資料2]

南非誕生的新品系名喚 B.1.351(也叫 501Y.V2),S蛋白質上有 7 個突變,ORF1ab 也有 3 個胺基酸缺失。[11]

巴西的新品系名喚 P.1(衍生自 B.1.1.28),在亞馬遜地區,疫情可謂全世界最嚴重的城市瑪瑙斯蔓延;它的 S蛋白質上有 10 個突變,ORF1ab 還有 3 個胺基酸缺失。[12]

值得重視的問題是,眾多突變是否會影響疫苗作用?初步看來某些突變,或許會減弱抗體的效果,不過在現實世界中未必會造成明顯的影響。要掌握狀況,仍需更全面的研究。[13]

P.1 在巴西誕生以後,存在感節節高升。圖/取自 [參考資料2]

三處獨立發展的病毒,各自出現類似的遺傳變異,而且似乎在傳播上都有優勢,看來不是巧合。情況或許是「趨同演化(convergent evolution)」,也就是不同遺傳支系的病毒,面臨類似環境時,產生不同突變,卻有類似效果。

不過這邊看來,不同支系間至少部分突變是一樣的。若是如此,定義上應該是「平行演化(parallel evolution)」,亦即不同遺傳支系的病毒,在一樣的遺傳背景下各自突變,卻產生相同的新變異,又在環境中產生類似的效果。

話說回來,演化的詳細過程不容易釐清,知道概念比較重要。不要太計較的話,以趨同演化描述,不能說有錯。

分歧演化、平行演化、趨同演化,分子演化上的範例。平行演化是兩個支系,同樣的原料各自演化成一樣的結果;趨同演化是兩個支系,不同的原料各自演化成一樣的結果。圖/Wikipedia

強化病毒來自倒楣的「總加速師」?

突變數目和同類相比特別多的新品系們,是怎麼形成的?這種事的真相大概永遠都無法得知。有些專家猜測,是在免疫力衰弱的慢性病患體內醞釀出來的。[14]

有些罹患嚴重慢性病的患者,免疫力虛弱,體內妖魔鬼怪橫行,各方入侵者競爭激烈,也與免疫系統衝突不斷。SARS 二世冠狀病毒入侵這樣的宿主以後,將面臨很大的壓力;由於刺激多,病毒複製時犯錯,也就是發生突變的機率會增加。

倘若能從如此險惡的環境生存下來,就有機會發展成某方面更強大的新型病毒,這是個「總加速師」的概念。配備許多新突變的病毒離開總加速師,再感染普通人之後,如果能彰顯傳染力的優勢,將更容易傳播,在同類中脫穎而出。

上述推測缺乏明確的證據,不過頗有道理,不管你信不信,反正我先信了。然而,為什麼類似的突變組合包,會在英國、南非、巴西出現,而不是其他地方呢?是其他地方尚未出現,或是有別的原因?

比賽場次少的時候,實力強的隊伍更容易受運氣影響,被弱隊擊敗,實力無法反映到戰績上。圖/翻拍自蘋果日報

規模愈大,適者脫穎而出的機率愈高

想像一下,一支比較強的球隊,若要展現出符合水準的優秀戰績,和弱隊的比賽場次,是少或多場更有可能?答案是場次多。因為場次愈少,愈容易受到運氣影響;隨著場次增加,運氣的相對影響力下降,更有機會反映出應得的戰績。

病毒的傳染也是如此。感染的人數和比賽場次一樣,感染規模愈小,運氣的影響愈大,傳播能力比較強的病毒,未必能發揮優勢,可能受到運氣不好拖累。假如感染的規模變大,天擇更容易發揮作用,讓佔有優勢的品系增加存在感。

到 2021 年 1 月 19 日為止,南非超過 136 萬人確診,幾個月來都是非洲最嚴重的地區。長期同時存在非常大量的感染者,有助於天擇作用,篩選出傳染力更強的病毒。圖/Worldometers

英國、南非、巴西三地的共同點是,疫情幾個月來都非常嚴重,感染人數非常非常多。此一狀況下,除了更容易讓久病的總加速師感染外,如果有傳染力相對優勢的品系出現,比起疫情規模小的地方,脫穎而出的機率將會更高。

三地都觀察到類似結果,表示這套變異組合在當今世道下,很可能確實有傳播優勢。其他地方沒有見到,也許是還在等待倒楣的總加速師,尚未演化出來;或是曾經出現過,但是運氣不好已經消失,沒有廣傳到被發現的規模。

最後還是要提醒讀者們,疫情快速發展之下,能確定的事不多,推論成分很大。

總之,這場瘟疫似乎正在進入下一階段:總加速師的時代。如今智人開始大量使用疫苗對抗,世界各地卻也面臨傳染力更強的對手興起。這場戰爭仍然十分激烈。

延伸閱讀

參考資料

  1. Trevor Bedford 推特,2020 年 12 月 30 日
  2. Trevor Bedford 推特,2021 年 1 月 15 日
  3. New coronavirus variants could cause more reinfections, require updated vaccines
  4. UK reports new variant, termed VUI 202012/01(VUI 202012/01 就是 B.1.1.7)
  5. Preliminary genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in the UK defined by a novel set of spike mutations
  6. Estimated transmissibility and severity of novel SARS-CoV-2 Variant of Concern 202012/01 in England
  7. Transmission of SARS-CoV-2 Lineage B.1.1.7 in England: Insights from linking epidemiological and genetic data
  8. S-variant SARS-CoV-2 is associated with significantly higher viral loads in samples tested by ThermoFisher TaqPath RT-QPCR
  9. Trevor Bedford 推特,2021 年 1 月 19 日
  10. What new COVID variants mean for schools is not yet clear
  11. Emergence and rapid spread of a new severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2) lineage with multiple spike mutations in South Africa
  12. Genomic characterisation of an emergent SARS-CoV-2 lineage in Manaus: preliminary findings
  13. Fast-spreading COVID variant can elude immune responses
  14. U.K. variant puts spotlight on immunocompromised patients’ role in the COVID-19 pandemic

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
156 篇文章 ・ 425 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。


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Omicron 變種病毒從哪來?打疫苗有用嗎?Omicron相關研究彙整

台灣科技媒體中心_96
・2022/01/22 ・2931字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國內境外移入已出現變種病毒 Omicron 案例,引發國人擔憂。至去年 12 月中為止,我們僅略知 Omicron 會造成曾染疫者再次染疫的風險增加,不過,初次感染比率卻下降,而 Omicron 病毒的傳播力尚待研究證實。

另一方面,Omicron 變種病毒從去年底爆發全球疫情至今,大家最關注的就是新冠疫苗的保護力是否會因為 Omicron 病毒而失效。科學家在 2021 年底初步用施打疫苗的血清做測試,發現這些血清對 Omicron 病毒的抗體反應有下降;但台灣科技媒體中心綜整至今(2022)年陸續發布尚未同儕審核的預印本研究,發現人體由疫苗或感染病毒獲得的 T 細胞免疫反應,並沒有因為 Omicron 變種病毒而受到太大的影響,表示人體過去打疫苗或受新冠病毒感染後,仍帶有一定程度的保護力。

人們施打疫苗或受新冠病毒感染後,面對Omicron 仍帶有一定程度的保護力。圖/envato elements

「台灣科技媒體中心」彙整 Omicron 相關科學文獻,提供國人參考,增加對最新變種病毒的認識。

Omicron 從哪來?這次變種有什麼特徵?

Omicron 變種病毒在 2021 年 11 月 26 日,由 WHO 正式命名。科學家觀察 Omicron 的序列時發現,它與之前的變種病毒相較,突變位置的數量最多。造成全球大流行的 Beta 和 Delta 病毒,改變棘蛋白功能的突變分別是 10 個和 9 個,而 Omicron 有 36 個,這是引起科學家們擔憂的最主要原因。

研究發現,Omicron 病毒在南非,「再感染」的風險增加,但這並不能說明是因為 Omicron 病毒的傳播力變強。南非流行病模擬暨分析中心(SACEMA)於 12 月 2 日,發表尚未經同儕審核的研究,根據 11 月 1 日至 27 日間的數據指出,南非當地曾經感染新冠病毒者,又再感染 Omicron 病毒的風險較高。推測應是從自然感染新冠病毒獲得的免疫力,對抗 Omicron 的效果下降。該研究提醒,雖然再感染率上升,初次感染比率卻下降,研究無法回答再感染率增加的原因,也無法說明 Omicron 免疫逃脫的程度。

南非國家傳染病研究所(NICD)病毒學家潘妮.摩爾(Penny Moore)認為,南非的新冠疫苗覆蓋率較低,再感染率高,所以關鍵在於感染後的症狀與重症程度。雖然目前 Omicron 在南非案例增加快速,但在英國主要流行的變種病毒還是 Delta,因此很難從案例數字看出 Omicron 的傳播狀況。

(示意圖)圖/envato elements

Omicron 會讓疫苗失效嗎?

目前科學家是依據觀察抗體量,來判斷疫苗的作用,而其中的原理,長庚大學臨床醫學研究所教授顧正崙說明:在對抗致病性微生物的戰爭中,後天免疫系統由 B 細胞產生的抗體與 T 細胞的細胞免疫,組成兩個交叉火網。新冠疫苗可以誘發 B 細胞產生抗體,抗體主要中和病毒預防感染。

Omicron 由於在棘蛋白上有高達 30 個以上的突變,由疫苗誘發中和抗體的能力對 Omicron 的結合能力下降,這點也在大量的體外抗體中和實驗中所證實,解釋為什麼接受過疫苗的人仍會被 Omicron 感染;尤其是 AZ 疫苗這種抗體誘發抗體能力較低的疫苗,幾乎沒有辦法有效預防感染。

國立陽明交通大學微生物及免疫研究所退休教授 黃麗華 也說明,相反的,T 細胞辨識的不是棘蛋白結構,而是呈現在細胞表面上的小片段蛋白質(約 10~24 個胺基酸)。棘蛋白中,約估有數十條小片段可被呈現在細胞表面,可被輔助型及殺手型 T 細胞所辨識。

Omicron 病毒在棘蛋白上雖然有 30 多個突變點,但其中可能影響T細胞功能的分別只有 28% (輔助型 T 細胞)及 14% (毒殺型 T 細胞)而已。換言之,絕大部分因疫苗引發的 T 細胞仍可充分辨識被 Omicron 病毒感染的細胞、並且將之清除。T 細胞反應沒有因 Omicron 病毒而受到太大的影響。(但若未來突變持續增加,呈現在細胞表面上的小片段蛋白質受到更多影響時,T 細胞反應有可能也會隨之降低。)

Omicron 的突變能讓抗體結合力下降,但對T細胞的辨識功能影響不大。圖/envato elements

這樣的研究也解釋了為什麼 Omicron 病毒雖然能造成接受疫苗後的人得到突破性感染,造成感染人數大幅上升,但是由於 T 細胞免疫還是能有效對抗感染,比起未接種疫苗者,這些確診者多為輕症或無症狀。

我應該接種第三劑疫苗嗎?第三劑如何挑選?

中興大學獸醫病理生物學研究所所長吳弘毅 指出,Omicron 會快速流行有許多原因,例如南非疫苗覆蓋率低,各國的防疫措施不同也是影響的重要因素。而判斷 Omicron 影響疫苗效果的關鍵在於,疫苗是何時施打的,因為較早施打疫苗者產生的抗體會逐漸下降。國內病毒專家施信如 則表示,台灣現在的相對優勢是,大多數人最近已施打完第二劑,保護力較高。

但兩人皆認為,提高現階段的保護力,國內最早施打疫苗的第一線人員與高齡老人,可加打第三劑作好保護、提升抗體濃度。另外,較早施打 AZ 疫苗的人,也需要盡快打第三劑。

在第三劑挑選上,施信如說明,AZ 疫苗是利用「腺病毒載體」,免疫系統再次辨認腺病毒時容易消滅疫苗載體,而減低 AZ 疫苗的效果,可能不適合作為第三劑。反過來說,原先打 mRNA 疫苗的,可以第三劑再打 AZ 疫苗,也應該考慮其他種類和品牌的疫苗,包含 Medigen(高端)與 Novavax,蛋白質疫苗也可以是很好的選擇,而不是僅限 AZ、BNT 和莫德納。

國內最早施打疫苗的第一線人員與高齡老人,可加打第三劑作好保護。圖/envato elements

此外她也提醒,疫苗施打策略應該考量全球疫苗的整體覆蓋率,富國可以一直補打第三劑疫苗,但這次 Omicron 疫情來自的非洲,相對之下較沒有量能施打第三劑,應要趕緊提升其他各國(窮國)第二劑疫苗的施打率,並持續關注這些疫苗覆蓋率低的國家的病毒變異。

吳弘毅則表示,以整體來看,未來,我們可能需要如同流行性感冒疫苗一樣,每年固定的月份同時補打新冠疫苗,讓全球的抗體或免疫能力同步。

Omicron 的研究還在進行中

有關 Omicron 的突變對傳播力、各廠牌疫苗的影響,以及感染後的情況,科學證據都還在累積當中。「台灣科技媒體中心」強調,目前應有效評斷最新研究證據的可信度與推論程度,國人不宜在未有足夠證據的狀況下,急於做出對於 Omicron 病毒的評判。

施信如與吳弘毅也表示,從現在 Omicron 有限的資料來看,Omicron 是否會對台灣造成嚴重影響仍未知,必須考量台灣的疫苗覆蓋率、防疫策略以及醫療量能。同時,台灣也須嚴密監測各國 Omicron 的疫情狀況和最新研究,以協助政府進行政策判斷。至於一般民眾則需有心理準備,防疫是長期的工作,勤洗手和戴口罩仍然是最重要的防疫基本方式,如此才能盡量降低接觸病毒的量。

勤洗手和戴口罩仍然是最重要的防疫基本方式。圖/envato elements

台灣科技媒體中心_96
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