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中国科学家揭示新冠病毒的进化之路 精选

已有 3642 次阅读 2020-3-3 15:15 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流|关键词:学者

3月2日,苏州系统医学研究所和中国疾控中心等机构的研究人员,在预印本网站bioRxiv上发表论文,追踪和梳理了新型冠状病毒的进化和感染机制。

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(注意:预印本网站bioRxiv所有论文未经同行评议。)


新冠病毒的传播速度比包括SARS冠状病毒和MERS冠状病毒在内的任何其他乙型冠状病毒都要快。


然而,导致该病毒感染和分子进化的机制仍不清楚。


冠状病毒是一种包膜的阳性单链RNA病毒,它的受体结合域能快速突变和重组,以适应并感染大量物种。


研究人员收集和分析新冠肺炎患者的120个基因组序列,其中包括11个来自中国患者的新基因组。


不同亚群


通过对新冠病毒菌株可获得的基因组序列的综合分析,研究人员追踪了多个可遗传的单核苷酸多态性(SNP),并确定了新冠病毒相对于其他冠状病毒的进化路径。


基因分析显示,两个具有不同SNP标记的遗传亚群在共同传播,可以用来追踪新冠病毒向不同地区和国家的传播途径。


虽然大多数是新生突变,但研究人员确定了新冠病毒不同菌株共享的多个SNP


研究人员假设这些共享突变是遗传自大量人群的SNP,原因可能是人与人之间的传播。


基于这一假设,他们生成了SNP树跟踪新冠病毒的突变和传播。


结果显示,研究人员分析的新冠病毒毒株分为两个不同的组,它们在两个位置有不同的核苷酸多态性。


尽管这两组新冠病毒在从动物传播给人类之前或之后是否发生了进化仍有待确定,但这两组病毒均首先在武汉被发现,然后传播到中国的不同地区和多个国家。


通过将新冠病毒后续世代中额外的15个可遗传突变与患者样本收集的时间和位置相结合,研究人员可以追踪可能的病毒传播途径。


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分离与重组


研究人员还发现,尽管新冠病毒、人类和蝙蝠SARS冠状病毒在基因组整体结构上同源性较高,但通过受体结合区域的潜在重组,它们进化为两个具有不同受体进入特异性的不同群体。


新冠病毒作为乙型冠状病毒的一员,其基因组结构与蝙蝠SARS、人类SARS、MERS相似,其核苷酸同源性分别超过88%、79%和约50%。


它的近亲是2013年从中国云南省中菊头蝠中分离出来的RaTG13,它们在30 kb的基因组中有超过96%的相同核苷酸。


进化时钟新分析估计新冠病毒分别在大约12年前和30年前从RaTG13和人类SARS冠状病毒中分离出来。


还有一个潜在的证据表明重组是新冠病毒进化的一种机制。


新冠病毒除了与RaTG13高度一致,还与广东分离出的穿山甲冠状病毒突刺蛋白的RBD相似。


研究人员推测新冠病毒在进化过程中,RaTG13和穿山甲样病毒株之间可能会发生突刺蛋白RBD重组。


研究人员使用受体结合基元进行系统发育分析,将2019-nCoV、人类和蝙蝠SARS分成两个不同的支。


所有已知的使用ACE2作为进入受体的病毒都属于第一类,而所有不使用ACE2进入受体的蝙蝠SARS病毒都属于第二类。


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因此,他们预测, I型分支病毒可以通过ACE2感染宿主细胞,而II型分支病毒不能。根据现有的基因组序列,II型蝙蝠冠状病毒比I型多得多。


与人类SARS和I型相比,ZXC21和ZC45等II型蝙蝠冠状病毒与新冠病毒的同源性更高。


弄清同源乙型冠状病毒在RBM中能否通过重组改变嗜性,将是一个有意义的发现。


此外,新冠病毒在突刺蛋白的S1和S2区域之间有一个独特的4个氨基酸插入,从而产生了潜在的弗林蛋白酶或II型跨膜丝氨酸蛋白酶(TMPRSS2)切割位点。


该研究为弄清新冠病毒的演变和传播提供了全面的见解。


研究结果表明,新冠病毒可能通过受体结合域重组和切割位点插入增加其感染性。 


相关论文信息: 
https://doi.org/10.1101/2020.02.29.971101




聚焦武汉新型冠状病毒肺炎疫情
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