新冠状病毒在自然界是如何重组的?中国科学院西双版纳热带植物园在云南新发现的另一种蝙蝠冠状病毒为中外科学家解决这一难题提供了新的线索。
是一种新发现的蝙蝠冠状病毒,在斯派克蛋白的S1和S2亚基的切割位点上有多个氨基酸插入,揭示了新冠状病毒(HCoV-19)的S蛋白S1/S2切割位点的自然插入和新冠状病毒的可能重组来源。s蛋白是新冠状病毒与人类细胞受体ACE2结合的关键,相当于进入人类细胞的“钥匙”。上述切割位点的插入以前被阴谋论者认为是人工干预。超过
项科研成果来自中外联合研究团队。山东第一医科大学、山东省高校新发传染病流行病学实验室、中国科学院西双版纳热带植物园、中国科学院北京生命科学研究所、中国科学院武汉病毒研究所、中国科学院微生物研究所和澳大利亚悉尼大学联合团队的研究人员于当地时间3月5日在预先打印的网站上发表了关于bioRxiv的论文。这些论文尚未经过同行评议。
在本文中,研究小组报道了一种新的蝙蝠来源的冠状病毒,命名为RmYN02,该病毒是从2019年5月至10月在中国云南省收集的227只蝙蝠的基因组分析中鉴定的。
研究表明,RmYN02与新型冠状病毒HCoV-19在全病毒基因组中的同源性为93.3%,在最接近HCoV-19的1ab基因中的同源性为97.2%相比之下,RmYN02受体结合结构域(RBD)显示与HCoV-19的低序列同源性(61.3%),hCOV-19可能不与血管紧张素转换酶2(ACE2)结合
然而,与HCoV-19相似,RmYN02的特征是在S蛋白的S1和S2亚基的切割位点有多个氨基酸插入研究小组认为,这有力地证明了这种插入事件在自然界中是可能发生的。
这些数据表明,HCoV-19来源于蝙蝠和其他野生动物体内存在的病毒之间的多重自然重组。
本文作者是山东第一医科大学基础医学院病原生物学研究所所长、山东省高校新发传染病流行病学实验室主任石伟峰;中国科学院微生物研究所病毒传播预警与发病机制研究组组长、项目研究员毕玉海;爱丽丝·凯瑟琳·休斯,景观生态组组长,中国科学院西双版纳热带植物园综合保护中心副教授
新冠状病毒的来源仍不清楚。野生动物中仍有大量的冠状病毒
HCoV-19,这在中国及其他地区引起了前所未有的肺炎流行,并引起了世界范围内的公共卫生关注。尽管蝙蝠被认为是HCoV-19最有可能的自然宿主,但这种病毒的来源仍不清楚。
号文件提到,在疫情早期对几个人巨细胞病毒-19型病例的流行病学调查表明,大多数人在发病前都去过武汉的华南海产品市场。市场出售各种野生动物,最终在2020年1月1日关闭。
的系统发育分析表明,HCoV-19是一种不同于SARS-CoV和MERS-CoV的新型冠状病毒迄今为止,与HCoV-19最密切相关的病毒是鼠13,它是由中国科学院武汉病毒研究所的史团队于2013年在云南分离并发现的鼠13病毒株与新冠状病毒具有96.1%的核苷酸同源性和92.9%的S基因同源性这些数据再次表明蝙蝠是冠状病毒的重要宿主。
然而,值得注意的是,香港大学公共卫生学院新发传染病国家重点实验室的关彝教授、广西医科大学的胡彦领教授团队,以及华南农业大学的沈永义教授和广东省现代农业科技实验室的肖丽华教授的两个研究团队先前报告了马来穿山甲中存在的与HCoV-19相关的冠状病毒,该病毒已被非法走私到广西和广东。
研究小组提到,虽然在这些穿山甲中检测到的冠状病毒和HCoV-19之间的距离在整个基因组水平上比大鼠13和HCoV-19之间的距离长得多,但是它们在S蛋白的受体结合域(RBD)上与HCoV-19非常相似。
因此,尽管目前尚不清楚穿山甲是否是人感染HCoV-19的中间宿主,但它们可能在冠状病毒的生态和进化中发挥重要作用。
他们认为在穿山甲鳞片中发现的这些病毒可以表明在野生动物中仍然有大量的冠状病毒样本,其中一些可能直接参与了HCoV-19的出现
HCoV-19与几种代表性蝙蝠源冠状病毒序列的比较
是一种新的蝙蝠来源的冠状病毒,命名为RmYN02
,该文提到,2019年5月至10月,研究小组在云南省勐腊县采集了227只蝙蝠的302个样本这些蝙蝠属于20个不同的物种。大部分样本来自马来菊头蝠(n = 48,21.1%)、河马幼体(n = 41,18.1%)和斯氏菊头蝠(n=39,17.2%)样本来自多种组织,包括翼状胬肉(219)、肺(2)、肝(3)和粪便(78)
除3只蝙蝠外,所有蝙蝠在活着时都被取样并释放。
利用新一代宏基因组测序技术,研究小组首先锁定了两个初步相同的序列。这些序列产生的样本来自2019年5月6日至7月30日的11个马蹄形蝙蝠粪便样本经过一系列验证步骤,研究小组获得了部分(23395bp)和完整(29671bp)的蝙蝠冠状病毒基因组序列,分别命名为贝塔COV/RM/云南/YN01/2019 (RMYN01)和贝塔COV/RM/云南/YN02/2019 (RMYN02)与
相比,RmYN02与HCoV-19密切相关,显示93.3%的核苷酸序列一致性,但在全长基因组水平上,鼠13和HCoV-19具有更高的一致性(96.1%)RmYN02和HCoV-19在大多数基因组区域(例如1ab、3a、e、6、7a、n和10)非常相似(> 96%的序列同一性)特别是,在最长的编码基因区域1ab (n=21285)中,RmYN02与HCoV-19具有97.2%的一致性
,然而,RmYN02和HCoV-19在s基因中的序列一致性(核苷酸71.8%,氨基酸72.9%)远低于鼠13和HCoV-19之间的97.4%值得注意的是,在RmYN02和HCoV-19之间的氨基酸同源性仅为62.4%广东穿山甲冠状病毒与RBD HCoV-19的氨基酸同源性为97.4%,也是目前RBD地区最接近hCOV-19的氨基酸。HCoV-19周围
的同源性模型、体外实验和S蛋白的三维结构分析结果均表明,HCoV-19与SARS-CoV一样,也可以用ACE2作为细胞受体。研究小组还使用同源模型分析了RmYN02、RaTG13和两只穿山甲的RBD。
RmYN02与典型冠状病毒RBD结构的同源建模及结构比较
的研究发现,RmYN02 RBD的氨基酸缺失在受体结合位点附近比HCoV-19 RBD形成两个较短的环重要的是,在RmYN02中删除了在非典型肺炎-CoV、HCoV-19、鼠13、穿山甲/MP789/2019、穿山甲/GX/P5L/2017的外部子域中的保守二硫键
研究小组推测,这些缺失可能导致构象变化,从而减少RmYN02 RBD与ACE2的结合,甚至导致不结合当然,
也是可能的。环缺失型非典相关冠状病毒包括RmYN02、ZXC21和ZC45使用一种我们目前还不知道的受体
值得一提。先前的研究表明,RBD的六个氨基酸残基(L455、F486、Q493、S494、N501和Y505)是HCoV-19与ACE2受体结合的主要决定因素与同源性建模一致,穿山甲/MP789/2019在所有6个位置都具有与HCoV-19相同的氨基酸残基相比之下,鼠13、鼠mYN02、鼠mYN01和HCoV-19仅在一个位置具有相同的氨基酸残基。
研究小组认为,这种进化模式是重组和自然选择的复杂结合。
系统进化树:一个全长基因组;b,s基因;c、RBD;依赖核糖核酸的核糖核酸聚合酶
研究小组还对RmYN02、RaTG13、HCoV-19和穿山甲鳞片中的蝙蝠冠状病毒进行了系统发育分析与以前的研究一致,穿山甲β-CoVs形成了两个亚型然而,论文中提到穿山甲是否是这些病毒的天然宿主,或者它们是否是从蝙蝠或其他野生动物中独立获得的,需要进一步验证。
更值得注意的是,在大多数病毒基因组中,RmYN02和HCoV-19具有最密切的遗传关系,尽管这两种病毒之间仍有很长的分支距离。S基因树显示HCoV-19比RmYN02更接近鼠13,这表明后者在S基因中经历了重组。在RBD的系统进化树中,HCoV-19和穿山甲-CoV/GD关系最为密切,两者都远离蝙蝠病毒,表明重组再次发生。最后,完整的依赖于核糖核酸的核糖核酸聚合酶基因(通常用于核糖核酸病毒系统发育分析)系统发育分析显示,RmYN02、RaTG13和HCoV-19形成了与穿山甲病毒完全不同的亚组
HCoV-19是天然来源。通过重组有可能获得与禽流感病毒相似的
血凝素蛋白。冠状病毒的s蛋白在功能上分为两个亚单位S1和S2然而,在某些禽流感病毒亚型的剪切位点插入多碱基氨基酸被认为与增强致病性有关。
值得注意的是,HCoV-19的特征之一是在S1和S2的连接处插入一个四氨基酸,这在其他β冠状病毒的其他谱系中没有观察到。这种被称为furin的切割位点的插入是HCoV-19所特有的,目前在所有检测到的HCoV-19序列中均有发现
研究小组还发现了三个残基PAA插入在RmYN02中S1和S2的交界处,他们认为这非常重要。“虽然HCoV-19插入的残基(及其产生的核苷酸)与RmYN02不同,但可以证明它们是独立的插入事件。它们在野生动物(蝙蝠)中的存在强烈表明它们是天然来源的,并且可以通过重组获得。“
因此,这些数据有力地表明了HCoV-19的天然来源
此外,研究小组再次证实,RmYN02的蝙蝠宿主是马来菊头蝠,这与从马来菊头蝠标本获得的序列(Genbank Acceptance MK 900703)100%相同
马来菊头蝠和中国菊头蝠广泛分布于中国西南和东南亚论文中提到,一般来说,这些蝙蝠不会长途迁徙,而且非常合群。它们很可能生活在同一个洞穴里,这可能会促进它们之间的病毒交换和重组。
值得注意的是,科学家在肛门拭子中发现了鼠13,在粪便中发现了鼠02。因此,对于蝙蝠来说,粪便是一种简单但可行的将病毒传播给其他动物的方法,尤其是那些能够利用洞穴环境的物种。
根据现有的数据,研究小组认为HCoV-19可能来自野生动物中各种自然发生的重组事件。来自蝙蝠的病毒可能提供HCoV-19的基因框架,并且与蝙蝠或其他野生动物的进一步重组事件导致获得S蛋白、RBD和多碱基切割位点。(本文来源于澎湃新闻,请下载“澎湃新闻”应用获取更多原创信息)
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