新发现:新冠病毒可能是多个已知冠状病毒的重组体

2020-02-14
来源:世界科学

  截至2月14日,全国累积确诊的新冠病毒感染者约6.4万(其中死亡人数已超1400人)。2月7日,在一项发表于《细胞宿主与微生物》(Cell Host&Microbe)上的研究论文中,研究人员对3个SARS-CoV-2(此前我们常称之为2019-nCoV,下文简称“新冠病毒”)的基因组及其编码的蛋白质进行了分析,在将它们与人类SARS冠状病毒(SARS-CoV,下文简称SARS)和蝙蝠SARS样(SARS-like)冠状病毒比对后,确定了彼此之间的差异和相似性。

  新冠与SARS、蝙蝠SARS样病毒、MERS之间的关系

  该研究的作者是来自中国医学科学院、北京协和医学院的计算生物学家蒋太交及其同事。在接受美国科学杂志《科学家》(The Scientist)采访时,蒋太交表示,他和他的同事希望“对新冠病毒的功能和发病机理的分子机制有更多的了解”。

  他们分析了新冠病毒的3个基因组。这些基因组于2019年12月30日和2020年1月1日从中国疾病预防控制中心病毒预防控制所获得,并进行了测序;然后,测序结果被拿来与蝙蝠SARS样冠状病毒、SARS和人类中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)进行了比对。

  美国东卡罗莱纳大学的生物学家雷切尔·罗珀(Rachel Roper)曾表示:“了解基因组和蛋白质的构成对我们了解病毒很有帮助。”罗珀所在的研究团队于2003年首次对SARS进行了分析和测序,不过罗珀本人并未参与这项研究。她说道:“这方面研究让我们了解到,蛋白质之间的差异可能是导致这种病毒在人类中具有如此强的毒力和传播性的关键。”

  截至1月20日,6个不同的实验室已经发布了14个新冠病毒基因组序列。研究人员可以通过国家生物技术信息中心的基因库或GISAID(全球共享流感数据倡议组织)获得这些信息。之前一些研究团队已对病毒进化进行了初步的分析,但新的研究对这些基因组进行了更进一步的深入观察。

  3个新冠病毒基因组比对

  而在蒋太交等人的这项研究中,他们发现,在3个新冠病毒基因组中(这些基因组合计约有29800个核苷酸),只有5个核苷酸有差异。他们还确定了14个可读框(ORF),并预估它们会编码27种蛋白质,其中包括4种结构蛋白和8种辅助蛋白。之前的冠状病毒研究表明,辅助蛋白可能介入宿主对病毒的反应,这或许会对病毒的致病性产生影响,也可能成为病毒颗粒的一部分。

  由于研究人员所确定的基因组之间的核苷酸差异只有5个,所以它们对几种病毒之间的致病性和传播性不太可能有任何大的影响。不过美国堪萨斯大学的生物学家安东尼•菲尔(Anthony Fehr)表示:“但实际上(产生影响)只需要一个变化,这些核苷酸的差异是否会对病毒有任何功能上的意义,将是未来值得关注的一个问题。”(菲尔专门研究冠状病毒的复制和发病机制,并未参与这项研究。)

  不同病毒蛋白之间的比对

  之后,蒋及其同事对新冠病毒和SARS的氨基酸序列进行了比对分析,发现它们非常相似,但存在一些差异:

  例如,一种称为8a的SARS辅助蛋白是新冠中所不存在的,其他辅助蛋白的长度也各不相同;

  例如,新冠病毒中的辅助蛋白8b比SARS中的8b长了37个氨基酸;而前者中的3b则比后者中的3b短了132个氨基酸。

  菲尔对此进行了解释:“所有冠状病毒之间的结构蛋白都高度相似,而辅助蛋白通常是每个特定冠状病毒所特有的。氨基酸序列显示了新冠病毒与蝙蝠SARS样冠状病毒,以及与SARS冠状病毒之间存在的联系。”

  研究结果总结

  蒋等人最终给出了几个关键结论:

  从全基因组来看,新冠病毒与蝙蝠SARS样冠状病毒关系最密切。而且,蝙蝠SARS样冠状病毒中很多蛋白与新冠病毒相似,但没有在蝙蝠SARS样冠状病毒中找到与新冠病毒蛋白质极为相似的冠状病毒。

  从蛋白质(氨基酸序列)分析来看,新冠病毒与SARS非常相似,但也存在一些差异。

  相比蝙蝠SARS样冠状病毒和SARS,新冠病毒与MERS冠状病毒的关系较远。

  新冠可能是多个已知冠状病毒的重组体

  蒋表示:“我们对新冠病毒与其他冠状病毒的基因组数据进行分析发现,尽管这种新型病毒与SARS病毒都来自从蝙蝠中分离出来的SARS样病毒,它们的序列具有高度相似性,但属于不同的进化分支。

  论文作者坦承,鉴于对新冠病毒的有限了解,目前还难以明确在新冠病毒与SARS及蝙蝠SARS样冠状病毒之间发现的380个差异氨基酸的功能。蒋太交认为,这个问题,以及弄清新冠病毒在人类宿主体内短暂生存史中如何发生突变并产生适应性,将是未来的研究重点。

  罗珀说道:“我们都想知道这种病毒是从哪里来的,从新测得的病毒序列以及我们已知的冠状病毒序列中我们可以看到,新型冠状病毒很可能是多个已知冠状病毒的重组体。这一发现可以帮助研究人员了解冠状病毒是如何进入人类宿主的。”

  罗珀接着补充道:“新冠病毒是过去17年中第3个进入人类的冠状病毒。这种情况可能还将会继续出现,因此我们对它们了解得越多越好。这次,我们不知道究竟是不是新冠病毒的最后一站,它可能继续传给猫或狗,然后再回传给人类。此前,我们能够控制和阻止SARS,是因为它没有再继续感染其他动物。我们希望这种情况不会发生,但我们不应假定它在感染人类后就会停止活动。”

  资料来源:

  Researchers find 380 amino acid substitutions between 2019-nCoV and severe acute respiratory syndrome (SARS)-related coronaviruses.

[责任编辑:程向明]
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