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新冠病毒怎么产生的?美国研究追溯至2009年

环球中文网 时间:2020-02-20 13:25:29

【环球中文网 cbeiji.com讯】 2月18日,美国哥伦比亚大学和哈佛大学研究团队在预印本平台bioRxiv上发表论文《Recombination and convergent evolution led to the emergence of 2019 Wuhan coronavirus》。

该论文指出,通过对病毒基因的研究发现,2019年的新冠病毒最早可能在2009年就通过重组,获得了SARS的遗传特征,并在此后通过融合进化成今日的新冠病毒。

新冠病毒是一种此前未被发现的新型RNA冠状病毒。它在核苷酸水平上与SARS病毒具有80%的相似性。

SARS病毒和新冠病毒均属于目前知道的可以感染人类的Sarbecovirus亚属β冠状病毒。该属的其他病毒经常在蝙蝠中出现。

由于病毒种群在新宿主中的能力可以通过快速突变率和重组等因素来解释。一般来说,这些因素导致了病毒的高遗传变化性和高进化率,预计每年每个位点(site)有10-4到10-3次替换。

此前针对冠状病毒的全基因组分析估计,冠状病毒的进化速度与其他快速进化的RNA病毒相同;但其中值得注意的是,冠状病毒的刺突基因(Spike gene)进化速度,比同一病毒中其他基因的进化要快。该基因的编码蛋白(Spike,S蛋白)感染机体的关键组分,能够与宿主细胞受体相互作用。

冠状病毒基因重组离不开S蛋白

因此,该研究团队尝试通过对新冠病毒的基因进行分析,以确认该病毒的起源以及其进化的方式。

首先,研究团队重点关注重组是如何促使β冠状病毒实现在不同的亚属病毒和宿主之间进化。为此,研究团队分析了来自五个主要亚属感染哺乳动物的45个β冠状病毒序列;最终发现,β冠状病毒在跨病毒亚属基因和宿主进行重组时,往往涉及S蛋白。

在此基础上,研究团队对MERS(中东呼吸综合征)病毒的重组是否也涉及S蛋白进行了近一步研究。

选择MERS病毒进行更深入分析,是因为该病毒是距离目前最近的,能够让人类和动物都受感染的病毒;同时该病毒也已经从人和骆驼的身上,进行了大量的采样。结果发现,MERS病毒也大量涉及S蛋白的重组。

新冠病毒是通过重组方式产生的

那么新冠病毒的祖先最早的重组事件是在什么时候出现的呢?

通过一系列的分析,研究团队在刺突基因中发现能够支持RBD进行潜在重组的3个部位。RBD,即受体结合域(receptorbinding domain),它是病毒表面蛋白用来与受体结合的部分。病毒通过它去和人体内细胞上的受体(receptor)结合。

同时,研究还在RBD中发现一个影响到了新冠病毒与人类SARS病毒(humanSARS-CoV)的显著重组事件,以及在RaTG13病毒、新冠病毒和人类SARS病毒共享着47个氨基酸,但其与蝙蝠SARS病毒(bat SARS-CoV)的序列并不相同。

由此可以证明,新冠病毒在RBD区域内与人类SARS病毒具有相似的基因类型,并且是通过重组方式产生的。

“新冠病毒”产生时间或不晚于2009年

为了追溯该重组产生的时间,研究团队通过使用贝叶斯谱系渐进方法(a Bayesian Phylogenetic approach),并与整个基因组谱系进行比较后发现,新冠病毒与RaTG13病毒处于同一进化枝,而人类SARS病毒则在另一个分支上。



▲图说:RBD的时间发展谱系,包括RaTG13病毒、3个新冠病毒序列(红色),6个蝙蝠SARS病毒序列(黑色)和9个人类SARS病毒序列(蓝色)。推论表明至少在11年前(以红色圆点突出显示),甚至是在28年前(蓝色圆点)就进行过一次重组的可能情况。

根据上述这些研究结果,该团队提出了两种可能。第一种可能是,新冠病毒源自人类SARS病毒与另外类似SARS的病毒两者间进行的重组;第二种可能则至少发生了两种不同的重组事件,其中一种导致了人类SARS病毒,另一种产生了这次的新冠病毒。

但不管是哪一种,该团队推断认为,导致产生RaTG13病毒和新冠病毒“共同祖先”的重组事件,其时间不迟于2009年就已经发生了。

此外,该研究团队还发现,自该重组发生以后,通过RBD区域内出现了大量的替换氨基酸,其中就有40多个具有SARS特征的氨基酸,从而使得这些病毒能够适应人类。

对于这两个过程,该研究团队甚至推断也有可能早在2003年SARS爆发时就已经发生。从那时起,冠状病毒就已经获得了感染人类宿主的能力。

 

(新京报)


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