研究

プレスリリース SARS-CoV-2オミクロン株の進化パターン一端を解明スパイクタンパク質の収斂進化が適応度の高い変異株の出現に繋がる

ポイント

・本研究では、包括的な進化系統解析と流行モデリング解析により、適応度の高い新型コロナウイルス「オミクロン亜株」の出現の背景にある進化の法則を見出した。 
・オミクロン株はスパイクタンパク質における5ヶ所の変異を収斂的に獲得することで、適応度を上昇させてきたことを明らかにした。 
・5ヶ所の変異を全て獲得したオミクロン亜株「BQ.1.1株」は、高いACE2結合能、感染性、液性免疫からの逃避能を示した。 

研究概要

東京大学医科学研究所システムウイルス学分野の佐藤佳教授が主宰する研究コンソーシアム「The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan)」は、オミクロン株の進化過程において適応度(流行拡大能力)の上昇に寄与した変異を同定しました。進化系統解析により、様々なオミクロン亜株が、スパイクタンパク質の重要な5箇所のアミノ酸残基において変異を収斂的に獲得していることを明らかにしました。次に、流行モデリング解析により、前述の5箇所の変異(収斂変異)の獲得が、ウイルスの適応度を上昇させることを示しました。さらに、i) 収斂変異を多く獲得した変異株ほど高い適応度を示すこと、ii) 5箇所の収斂変異の獲得により、オミクロン株の進化過程における適応度上昇の大部分が説明できることを示しました。これらの結果は、一見複雑に見えるオミクロン株の進化パターンが、多くの収斂変異を獲得するほど適応度が上昇するという、単純な法則で説明可能であることを示しています。 

さらに本研究では、5箇所全ての収斂変異を獲得し、高い適応度を示すオミクロン「BQ.1.1株」について、詳細なウイルス学的実験を行いました。その結果、オミクロンBQ.1.1株は収斂変異を獲得したことで、祖先株であるオミクロンBA.5株よりも高いACE2結合能、感染性、そして液性免疫に対する逃避能を獲得したことが明らかとなりました。一方で、オミクロンBQ.1.1株の実験動物モデルにおける病原性はオミクロンBA.5株と同程度であることが明らかとなりました。本研究成果は2023年5月11日、英国科学雑誌「Nature Communications」オンライン版に掲載されました。 

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(左)各変異がオミクロン株の適応度に与える効果の推定。(右)各Sハプロタイプの適応度の推定。左側のヒートマップは、各Sハプロタイプにおける5種類の収斂変異の有無を表す。
感染後2日目のハムスター肺におけるウイルスの増殖。ウイルスが感染している細胞(Nタンパク質陽性細胞)は、茶色に免疫染色されている。