中國科學家發表:新型冠狀病毒進化來源與傳播機制

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中國科學院上海巴斯德研究所郝沛研究員、軍事醫學研究院國家應急防控藥物工程技術研究中心鐘武研究員和中科院分子植物卓越中心合成生物學重點實驗室李軒研究員合作,在《中國科學:生命科學》英文版(SCIENCE CHINA Life Sciences)發表論文,說明新型冠狀病毒進化來源。

新型冠狀病毒基因序列

文章的開頭,先仔細解讀新型冠狀病毒。2020年1月10日,第一例新型冠狀病毒(2019-nCoV)基因組定序完成,之後相繼有5個樣本的病毒基因組序列公佈。為了探究病毒與已知冠狀病毒的異同,推測其進化途徑,研究比較了新型冠狀病毒與兩種已知會在人群中傳播的冠狀病毒——SARS和MERS。

這項最新研究顯示,目前已知的6個新型冠狀病毒基因組序列幾乎完全一致,並且從基因序列同源性上來說,新型冠狀病毒更接近SARS- CoV,而不是MERS- CoV。新型冠狀病毒目前可以歸到Beta型冠狀病毒屬中,該種屬在演化樹上來說,與SARS-CoV和MERS-CoV接近,但不完全一樣。

新型冠狀病毒、SARS-CoV的病毒外類群都是蝙蝠中的冠狀病毒HKU9-1,而許多與冠狀病毒有聯繫的人類感染冠狀病毒都和蝙蝠有關,許多冠狀病毒的天然宿主都是蝙蝠,該研究指出蝙蝠很有可能就是武漢新型冠狀病毒的原生宿主,經過演化變異,達成蝙蝠到人的傳播。不過,從蝙蝠到人可能還存在更多的中間宿主。

根據新型冠狀病毒基因序列繪出的進化樹

此外,研究專門分析了新型冠狀病毒的感染方式,目的是為了區分其與SARS和MERS的傳播方式異同。在冠狀病毒中有一個關鍵的S蛋白,其能被分成兩個功能單位:S1和S2。S1能夠促進病毒結合到宿主細胞受體的能力,其含有一個重要的C端RBD結構域,正是這個位置負責和受體結合。

總體來說,新型冠狀病毒和SARS的S蛋白同源性較低。根據電腦分析結果,兩種病毒S蛋白的氨基酸序列相似度只有76.47%。但是兩種病毒RBD結構域的有一些基因區域與SARS有高度的同源性。其中SARS感染的5個關鍵位點中,有1個被新型冠狀病毒保留,其餘4個有氨基酸的替換和變化。

另外,ACE2蛋白是SARS病毒結合的關鍵性受體。經過分析,儘管新型冠狀病毒S蛋白中與ACE2蛋白結合的5個關鍵氨基酸有4個發生了變化,但其維持了SARS病毒S蛋白與ACE2蛋白作用的原結構構象。這說明,新型冠狀病毒仍是通過與SARS相同的受體和機制進行病毒感染和傳播,這對後續的治療工作有重要意義。

新型冠狀病毒的預測結構和RBD結構域的關鍵氨基酸

從病毒與受體結合強度來看,新型冠狀病毒由於RBD結構域氨基酸變化,丟失了一些氫鍵作用,使得自由能上升。這說明新型病毒結合能力要弱於SARS-CoV,這暗示著其傳染能力可能要比SARS弱,結合域結構更易被破壞。

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