导致 COVID 的 SARS-CoV-2 病毒有一种令人不安的能力，那就是经常产生自身的变种。其他病毒也会发生变异，但由于 SARS-CoV-2 在大流行期间迅速蔓延到整个人类，造成数百万人死亡，因此病毒的动态进化带来了一个严重的问题：它一再挑战我们身体对抗病毒的免疫反应，并阻碍了更新疫苗的准备过程。
了解助长 SARS-CoV-2 产生变异能力的遗传机制对遏制 COVID 有很大帮助。在今天（4月22日）发表在《自然-微生物学》（Nature Microbiology）上的这项研究中，贝勒医学院和合作机构的研究人员开发了一种名为tARC-seq的新技术，它揭示了影响SARS-CoV-2分化的遗传机制，并使研究小组能够计算出SARS-CoV-2的变异率。
利用tARC-seq，研究人员还在实验室中捕捉到了受感染细胞中SARS-CoV-2的新突变，再现了全球大流行病毒测序数据所揭示的观察结果。这些发现有助于监测病毒在人类群体中的进化。
"SARS-CoV-2 病毒使用RNA 而不是DNA 来存储其遗传信息。我们实验室长期以来一直对研究 RNA 生物学感兴趣，当 SARS-CoV-2 出现时，我们决定研究它的 RNA 复制过程，RNA 病毒的复制过程通常容易出错，"通讯作者、贝勒大学分子与人类遗传学教授、分子病毒学与微生物学教授 Christophe Herman 博士说。
研究人员希望跟踪 RNA 复制错误，因为这些错误对于了解病毒如何进化、如何在人类群体中传播时发生变化和适应至关重要，但目前的方法缺乏精确性，无法检测到罕见的新 SARS-CoV-2 变异，尤其是在病毒数量较少的样本中，如来自患者的样本。
Dan L Duncan 综合癌症中心成员赫尔曼说："由于患者样本中的 SARS-CoV-2 RNA 副本非常少，因此很难区分 SARS-CoV-2 RNA 依赖性 RNA 聚合酶（RdRp）（复制这种病毒 RNA 的酶）产生的错误和序列分析中使用的其他酶产生的错误。我们开发了一种技术，称为靶向精确RNA共识测序（tARC-seq），它使我们能够测量复制极低量特定RNA时的真实误差。"
最初的想法是，由于 SARS-CoV-2 有一种内部机制来修复 RdRp 所犯的错误，因此病毒应该不会很快进化或变异。
赫尔曼说："这种想法与大流行期间世界各地经常出现新的 COVID 变种这一事实形成了鲜明对比。自大流行开始以来，我们已经看到了一些突出的变种，包括 Alpha、Beta、Delta 和 Omicron，以及这些群体中的变种"。
有了改进后的分析工具，研究人员准确测定了实验室细胞培养物和临床样本中SARS-CoV-2的变异频率和变异类型。赫尔曼说："我们发现变异率高于最初的预期，这有助于解释COVID变体频繁出现的原因
他们还发现，SARS-CoV-2 RNA 中存在一些热点，这些位置比其他位置更容易发生变异。"例如，我们在与尖峰蛋白相对应的 RNA 区域发现了一个热点，尖峰蛋白是一种能让病毒侵入细胞的蛋白质。此外，尖峰蛋白的RNA也构成了许多疫苗，"赫尔曼说。
tARC-seq 方法还发现，新变体的产生涉及模板切换。"RdRp 在复制一个 RNA 模板或序列时，会跳转到附近病毒上的另一个模板，然后继续复制 RNA，因此产生的新 RNA 副本是两个 RNA 模板的混合物，"赫尔曼说。"这种模板切换会导致序列插入或缺失，从而产生病毒变异。我们还观察到了复杂的突变。SARS-CoV-2利用模板切换和复杂突变这两种强大的生物机制，使其能够快速进化，产生变种，以适应并在人类种群中存活。"
"tARC-seq 使我们能够在实验室细胞培养物中捕捉到新突变的出现，这些新突变再现了全球大流行测序数据中观察到的突变，这既有趣又令人兴奋。我们的新技术捕捉到了个体患者临床样本中新突变的快照，可用于监测人类群体中的病毒进化。"
编译来源：ScitechDaily