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自然宿主可能是蝙蝠?对人感染能力较强?我国科学家揭示新型冠状病毒进化来源

来源:新民网


  新民晚报讯
从中国科学院获悉,中科院上海巴斯德研究所研究员郝沛、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心研究员钟武和中科院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室研究员李轩合作,今天在《中国科学:生命科学》英文版在线发表论文,分析阐述了引起近期武汉地区肺炎疫情爆发的新型冠状病毒的进化来源,及与导致2002年广东“非典”疫情的SARS冠状病毒、“中东呼吸综合征”MERS冠状病毒的遗传进化关系,并通过对武汉的新型冠状病毒spike-蛋白的结构模拟计算,揭示了武汉新型冠状病毒spike-与人ACE2蛋白作用并介导传染人的分子作用通路。该成果评估了武汉新型冠状病毒的潜在人间传染力,为尽快确认传染源和传播途径、制定高效的防控策略提供了科学理论依据。


  2020年1月10日,武汉新型冠状病毒的第一个基因组序列数据被公布,后来陆续有多个从患者身上分离的新型冠状病毒的基因组序列发布。这些新型冠状病毒基因组数据,为研究分析武汉新型冠状病毒的进化来源、致病病理机制提供了第一手资料。


  为了解武汉新型冠状病毒与已知明确感染人的两种冠状病毒的关系,此论文的研究者通过对武汉新型冠状病毒基因组与2002年“非典”SARS冠状病毒、“中东呼吸综合征”MERS冠状病毒进行了全基因组比对,发现平均分别有~70%和~40%的序列相似性。其中不同冠状病毒与宿主细胞作用的关键spike基因(编码S-蛋白),有更大的差异性。


  为了解析武汉新型冠状病毒的进化来源和可能的自然界宿主,研究者利用武汉新型冠状病毒和收集到大量冠状病毒数据进行了遗传进化分析。结果发现武汉新型冠状病毒属于Beta冠状病毒属(Betacoronavirus)。Betacoronavirus是蛋白包裹的单链正链RNA病毒,寄生和感染高等动物(包括人)。在进化树的位置上,与SARS(导致2002年“非典”)病毒和类SARS(SARS-like)病毒的类群相邻,但并不属于SARS和类SARS病毒类群。有意思的是它们进化上共同的外类群是一个寄生于果蝠的HKU9-1冠状病毒。所以武汉冠状病毒和SARS/类SARS冠状病毒的共同祖先是和HKU9-1类似的病毒。由于武汉冠状病毒的进化邻居和外类群都在各类蝙蝠中有发现,推测武汉冠状病毒的自然宿主也可能是蝙蝠。如同导致2002年“非典”的SARS冠状病毒一样,武汉冠状病毒在从蝙蝠到人的传染过程中很可能存在未知的中间宿主媒介。


  由于武汉新型冠状病毒与2002年“非典”SARS病毒和“中东呼吸综合征”MERS病毒有很大的遗传距离,所以研究者对武汉新型冠状病毒感染人的机制和通路进行了分析。SARS病毒的

S-蛋白和MERS病毒S-蛋白分别通过与人的ACE2蛋白或DPP4蛋白互作结合来感染人的呼吸道上皮细胞。作者首先比较了武汉冠状病毒与SARS和MERS病毒S-蛋白的宿主受体互作区(RBD区),发现在RBD区域中,武汉冠状病毒与SARS病毒比较相似,但与MERS病毒差异很大,所以排除了S-蛋白与DPP4互作感染人的可能。但是,武汉冠状病毒S-蛋白与人ACE2互作也存在很大困难-已经证明的SARS病毒S-蛋白与ACE2互作的5个关键氨基酸,在武汉冠状病毒中有4个发生了改变。


  为了分析清楚这个问题,文章作者利用分子结构模拟的计算方法,对武汉冠状病毒S-蛋白和人ACE2蛋白进行了结构对接研究,获得了令人惊讶的结果。虽然武汉冠状病毒S-蛋白中与ACE2蛋白结合的5个关键氨基酸有4个发生了变化,但变化后的氨基酸,却整体性上非常完美的维持了SARS病毒S-蛋白与ACE2蛋白互作的原结构构象。尽管武汉新型冠状病毒的新结构与ACE2蛋白互作能力,由于丢失的少数氢键有所下降(相比SARS病毒S-蛋白与ACE2的作用有下降),但仍然达到很强的结合自由能(-50.6

kcal/mol)。这一结果说明武汉冠状病毒是通过S-蛋白与人ACE2互作的分子机制,来感染人的呼吸道上皮细胞。研究成果预测了武汉冠状病毒有很强的对人感染能力,为科学防控,制定防控策略和开发检测/干预技术手段奠定了科学理论基础。

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