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13例武汉新型冠状病毒全基因组序列已发布,为破译病毒进化及致病机理提供“第一手资料”

2020-01-22健康养身一只机器人48°c
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2019年12月,湖北省武汉市突现一种由新型冠状病毒引起的病毒性肺炎,由于SARS和中东呼吸综合征均由冠状病毒所引发,因此该消息迅速引起社会广泛关注。

图:BetaCoV 冠状病毒的冷冻电镜图片,来源:CDC

2020年1月12日,世界卫生组织正式将造成武汉肺炎疫情的新型冠状病毒命名为2019 新型冠状病毒( 2019-nCoV ),并于同日发布了针对疑似新型冠状病毒感染造成严重急性呼吸道感染的临床管理临时指导意见。据世卫组织官网介绍,“新型冠状病毒”是以前从未在人体中发现的冠状病毒新毒株。这些冠状病毒在蝙蝠等许多物种中很常见,但很少感染人类。最近的三个例子是2019新型冠状病毒(2019-nCoV)、SARS 冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸系统综合征冠状病毒(MERS-CoV)。借助高通量测序技术,1月10日前后,新型冠状病毒基因组全序列由复旦大学上海市公共卫生临床中心提交至NCBI GenBank数据库,目前版本为1月17日升级的编号为MN908947.3基因组版本。

图:新型冠状病毒2019-nCoV基因组结构示意图,来源:Nextstrain

新型冠状病毒2019-nCoV 为线性单链RNA(ssRNA)病毒,基因组全长约29903个核苷酸,共包含10个基因,其中:

前265个核苷酸为5'UTR区域,

266..21555为名为"ORF1ab"的基因,

21563..25384为“S”基因可产生病毒表面糖蛋白,

25393..26220为"ORF3a"基因,

26245..26472为“E”基因可产生病毒包膜蛋白,

26523..27191为“M”基因可产生病毒膜糖蛋白,

27202..27387为"ORF6"基因,

27394..27759为"ORF7a"基因,

27894..28259为"ORF8"基因,

28274..29533为“N”基因可产生病毒核衣壳磷蛋白,

29558..29674为"ORF10"基因,

29675..29903为3'UTR 区域。自2020年1月10日,第一个2019-nCoV 基因组序列数据被公布,此后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。截止到2020年1月19日,全球已有6家机构在“全球共享流感病毒数据库GISAID”上发布了13例新型冠状病毒基因组序列。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,同时为开发特异性诊断试剂盒也具有十分重要的意义,据悉国内已有多家基因检测企业已完成开发相关试剂盒。GISAID上发布的13例新型冠状病毒基因组序列,10例来自武汉,2例来自泰国,1例来自日本。

图:13例新型冠状病毒基因组信息

根据13例病毒序列以及其中的11例,有研究显示,发生在武汉的病例中,有三例病毒株基本是相同的,其他几例与其相差也只有1-3个变异。这初步表明,目前的13例病毒株是来源于近期出现的同一个病毒源。

图:基于PhyML构建的11个病毒株基因组的最大似然树(蓝色基因组来自泰国,黑色来自中国),来源:Nextstrain

图:13例病毒株进化树(上)及序列变异(下),来源:Nextstrain
据悉,泰国报道的第一例患者为武汉市民,其在2020年1月5日发病前曾时常前往武汉当地的生鲜市场,但并没有去过华南海鲜市场;另一例患者是一名74岁中国女子,曾从武汉搭乘飞机前往曼谷。从上图中可以看出,在泰国取样的两个基因组与2019年12月30日从武汉取样的三个基因组基本相同,结合病毒的变异能力,可以初步推测,这些样本或将可以成为本次疫情总体多样性的代表。此外,根据病毒的进化速率可以推测最早病毒源产生的大致时间。有研究基于贝叶斯模型的系统发生树推测方法,根据所假设的阈值不同,计算得出武汉新型冠状病毒的最早出现时间在2019年10月28日或11月27日前后,这与首个病例报到时间也较为相符。那么这种新型冠状病毒到底是从哪儿来?只有回答了这个问题,才能真正地从源头上控制病毒的扩散和再度爆发。对于十几年前SARS冠状病毒来说,真正源头并不是果子狸,它只是病毒的中间宿主,是把SARS病毒从自然宿主传播给人的一个“中转站”。直到十几年之后,人们才证明感染人的SARS病毒是经过在云南山洞中几个蝙蝠SARS样冠状病毒重组而来的、最终确定了SARS病毒的蝙蝠起源。基于十几年的研究,整个路径可以这样推测:蝙蝠SARS样冠状病毒在偶然的情况下感染了云南养殖场的果子狸,感染了病毒的果子狸随后又被贩卖到了广东;病毒进一步在市场上的果子狸中传播,不断变异,最终产生一个传播性极强的SARS病毒,感染了人类。相比之下,武汉新型冠状病毒或许有着类似的源头,SARS病毒源的发现过程或将为其提供重要的参考。昨日,中国科学家在《中国科学:生命科学》英文版在线发表了题为“Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission”的文章。该研究通过对武汉新型冠状病毒基因组与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,其中可产生病毒表面糖蛋白“S”基因差异尤为明显。此外,该研究通过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,结果表明武汉冠状病毒可能是通过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,这为该病毒的致病机理研究提供了一些理论参考。·END·年终回顾

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