「研究」“谈变色变”？新冠病毒变异真实过程
最后更新：2020-03-08 12:44:23 手机定位技术交流文章
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简介:昨天，在《国家科学评论》杂志上发表的一篇文章引起了热烈的讨论。文章显示，这种新的冠状病毒已经进化成两种亚型，其中L型具有更强的传染性，各大媒体竞相报道，引起了一些人的恐慌。事实上，突变在核糖核酸病毒如冠状病毒中并不少见。我们不应该过度解释这篇文章。那么新冠状病毒的进化路径是什么？
3年2月2日，加州大学洛杉矶分校和中国疾病预防控制中心在印前平台bioRxiv上发表的最新文章可能对此进行了解释。
冠状病毒是有包膜的单链正链RNA病毒，通常在适应新物种的过程中经历受体结合域(RBD)的快速突变和重组最新的研究表明，新的冠状病毒通过与非典型肺炎冠状病毒进入细胞的受体ACE2相同的受体进入细胞。然而，尽管新冠状病毒的死亡率比非典低，症状也轻，但传播率似乎更高。目前，导致新型冠状病毒传播如此迅速的分子机制尚未被揭示。研究人员分析了120组新型冠状病毒的基因组序列，以确定病毒的进化和分化。研究表明，这种新的冠状病毒在刺突蛋白的S1和S2结构域之间有一个独特的4个氨基酸的插入，这创造了一个潜在的furin或TMPRSS2切割位点来增加其传染性。
方法:研究人员收集并分析了120个新的冠状病毒基因组序列，包括11个新从中国患者中收集的病毒序列通过对这些序列的综合分析，已经追踪到多个遗传的单核苷酸多态性位点(SNPs)，从而确定了新冠状病毒和其他冠状病毒之间的进化关系
的具体研究过程如下:
研究人员将流行病学信息与世卫组织获得的序列数据进行比较，以便将新型冠状病毒的病理特征与特定毒力因子联系起来通过比较新型冠状病毒的感染率与近年来严重急性呼吸综合征和呼吸窘迫综合征的爆发(图1A)，新型冠状病毒的传播速度似乎比严重急性呼吸综合征和呼吸窘迫综合征快得多为了进一步了解这种类型的β冠状病毒(即同时属于新冠状病毒和非典的冠状病毒)的进化，并追踪新冠状病毒的突变，研究人员收集了来自武汉和中国其他城市的11名新发现患者的全长基因组序列并进行测序(图1C)系统进化树显示，这11株病毒可与进化树中其他新的冠状病毒聚集在一起，它们与bat-CoV-RaTG13株病毒的同源性高于人SARS、MERS等冠状病毒的同源性(史研究员以前也报道过这一结论)在氨基酸水平上，它们仅在与人类和蝙蝠的非典中的相应氨基酸序列相同的一致序列上有少量的随机取代
为了鉴定新的基因突变，研究人员基于非典-COV-2株(EPI_ISL_402125)构建了包含所有120种新冠状病毒的完整基因组的系统进化树根据核苷酸阅读区8517和27641之间的碱基差异，新的冠状病毒可分为两类，即G1病毒和G2病毒。所有G1菌株分别在8517和27641处具有胸腺嘧啶和胞嘧啶，而G2菌株分别在8517和27641处具有胞嘧啶和胸腺嘧啶(图2A)流行病学资料显示，最早的G1毒株(EPI_ISL_406801)于2020年1月5日在武汉分离，最早的G2毒株于2019年12月24日在武汉分离这表明这两种亚型在同一城市同时流行。在每一种类型中，研究人员还观察到多种菌株中额外的常见突变研究人员基于这些可遗传突变的时间和位置以及病毒株的分离生成了突变树图，这有助于我们跟踪病毒的传代关系和流动调节分析。例如，1月10日至15日在广东鉴定的5个菌株在G1背景下的28578个核苷酸位置都具有相同的突变，表明它们可能由同一个人传播。从1月29日至31日在日本发现的3名患者中也分离出具有相似突变的菌株，除了这些菌株在核苷酸位置2397处具有额外的突变，而1月22日从美国分离出的菌株在核苷酸位置10818处具有额外的突变然而，在该位点的G1和G2菌株中发现了共有突变，这值得我们关注。目前的分析还表明，G1和G2菌株已经扩散到大多数国家和地区。
与新冠状病毒最密切相关的β冠状病毒是鼠13，它是2013年从云南蝙蝠中分离的(图3A)研究人员使用核苷酸序列对特定的病毒蛋白如orf1a、spike、基质和核衣壳进行了额外的系统发育分析(图3B)，并发现鼠13菌株与其他蝙蝠传染性非典型肺炎样冠状病毒菌株具有相同的密切关系。研究人员进一步估计，新型冠状病毒和鼠13之间的大部分蛋白质差异发生在2005年和2012年，而人类非典和蝙蝠非典样冠状病毒之间的差异发生在1990-2002年(图3B)当比较全长的尖峰蛋白序列时，新的冠状病毒与人和蝙蝠的非典型肺炎的序列同源性为39%，与MERS或其它冠状病毒的序列同源性为29%值得注意的是，我们发现新的冠状病毒和穿山甲冠状病毒在棘突蛋白的RBD(aa 315-550区)具有几乎相同的氨基酸序列，但在大鼠G13中没有(图3A和3D)尽管2019-nCoV在整个基因组结构中与鼠13最同源，但尖峰蛋白的RBD与穿山甲冠状病毒最同源，这表明在2019-nCoV的进化过程中，鼠13和穿山甲冠状病毒样株之间可能发生重组研究人员检查了基因组中的所有氨基酸突变。结果，当比较穿山甲冠状病毒和新型冠状病毒时，除了RBD，非结构蛋白14和非结构蛋白15中的区域也共享连续序列(图3D)
为了进一步评估新型冠状病毒和其他非典型肺炎冠状病毒之间的关系，研究人员还分析了新型冠状病毒和不同的人/蝙蝠非典型肺炎病毒的RBM(核糖核酸剪切蛋白)，发现它们可以清楚地分为两个不同的组(图4A)一类病毒包括新型冠状病毒、穿山甲冠状病毒、12种蝙蝠传染性非典型肺炎病毒(蝙蝠传染性非典型肺炎冠状病毒一)，包括鼠13和人传染性非典型肺炎病毒(表S1)二类病毒包括49种蝙蝠传染性非典型肺炎病毒(蝙蝠传染性非典型肺炎病毒二型)，如ZXC21和ZC45，它们与新冠状病毒的核苷酸和氨基酸具有约90%的同源性(表S2)这两个分支的主要区别在于，第二类病毒的RBM5和13-14氨基酸区域比第一类病毒的区域短以往的结构分析表明，RBM病毒的13-14个氨基酸区域形成了明显的环状结构，并在两个半胱氨酸残基之间形成了二硫键。新冠状病毒的两个半胱氨酸残基是保守的(图4B)目前，所有已知的冠状病毒，包括使用血管紧张素转换酶2作为进入受体的新冠状病毒，都属于第一类另一方面，二类病毒与新的冠状病毒同源，但目前还没有二类病毒通过ACE2进入细胞的报道。上述研究表明，RBM在决定进入受体的特异性方面起着关键作用。
，同时，该研究还表明，新的冠状病毒特异性地将4个氨基酸(681-PRRA-684)插入到穗蛋白的核苷酸23619-23632中(图4C)插入的氨基酸在新冠状病毒的刺突蛋白中为哺乳动物弗林蛋白创造了潜在的切割位点RRAR潜在的furin切割位点插入到刺突蛋白的S1和S2结构域之间的边界，PRRA插入的第一个脯氨酸残基可能将β转化引入多肽链那么这种插入只存在于新的冠状病毒中吗？研究人员使用来自人类、灵猫和蝙蝠的典型非典冠状病毒株进行序列比较。结果表明，这种插入是新型冠状病毒所独有的(图4C)先前的研究表明，在SARS冠状病毒中引入furin切割位点将导致多刺蛋白的切割，从而增强病毒的膜融合活性此外，将切刺蛋白引入到SARS冠状病毒模型中，其可以直接进入宿主细胞新型冠状病毒刺突蛋白被认为是与血管紧张素转换酶2受体相互作用的关键部分因此，刺突蛋白S1-S2亚单位的突变或插入和缺失将显著影响病毒感染。PRRA的插入已被证实位于S1S2亚单位的连接处。可以假设这将使刺突蛋白进入弗林过程，从而触发病毒融合事件。
结论:
研究人员在新型冠状病毒中发现了不同菌株共有的多个单核苷酸多态性位点发现新的冠状病毒基因被分成两个不同的组，在8517和27641位点具有不同的核苷酸多态性。虽然目前还不知道这两组不同的新型冠状病毒是在动物传入人类之前或之后进化而来的，但这两组新型冠状病毒都可以在疫情早期的武汉样本中检测到，然后在其他地区分别同时检测到不同基因型的新型冠状病毒。通过将新型冠状病毒后代中的额外遗传突变与患者样本收集的时间和地点相结合，可以追踪病毒的传播途径。
研究人员发现，除棘突蛋白的受体结合区更接近广东17年分离的穿山甲冠状病毒外，新冠状病毒与鼠13在全基因组中具有高度同源性。基于这些发现，我们假设大鼠G13和穿山甲冠状病毒株可能在新冠状病毒进化过程中重组棘突蛋白RBD
研究人员预测第一类冠状病毒(包括新型冠状病毒)可以通过ACE2感染宿主细胞，而第二分支冠状病毒不能通过ACE2感染宿主细胞根据现有的基因组序列，第二分支蝙蝠冠状病毒(超过49个染色点)多于第一分支蝙蝠冠状病毒(大约12个菌株)同源β冠状病毒能否通过RBM群改变向性将是一个值得探讨的问题。同时，在棘突蛋白的S1和S2结构域之间还发现了一个独特的4个氨基酸的插入(PRRA)，这可能是一个furin切割位点。因此，研究人员假设PRRA的插入可能引发病毒融合事件。这将为快速发展新的治疗或预防策略提供参考。
参考:https://www.biorexiv.org/content/10.1101/2020.02.29.971101 v 1
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