撰文 | 雪月
2020年4月3日，《紐約時報》著名專欄作家Carl Zimmer和《紐約時報》科學圖形編輯Jonathan Corum發表了題為Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome 的文章。該文章將SARS-CoV-2編碼的29種蛋白以模式圖和簡明易懂的文字呈現出來。
該文作者之一Carl Zimmer是知名科普作家，在耶魯大學教授科學與環境寫作。《紐約時報》的科學專欄獲獎作家。他兩次獲得了美國國家科學院，工程學和醫學交流獎，並且三次獲得了美國科學促進科學新聞協會獎。
Carl Zimmer
他寫過多本廣受歡迎的科普作品，包括《病毒星球》《演化》《在水的邊緣》《萬物身刻》等，曾於2007年摘得美國國家科學院科學傳播獎（The National Academies Communication Award），這一獎項是該領域的桂冠榮譽。
其中《病毒星球》（A Planet of Viruses）值得一看，已有中文版。此書在講述關於自然的新奇故事的同時，能更新你對自然的想法和理解。這本書指出69%的人攜帶了一種致癌病毒。人類在本質上不過是一堆不斷混合、閃轉騰挪的DNA，8%的片段來自病毒。生病時你總想著擺脫病毒，讀完這本書你會感謝病毒。這本書會讓你重新理解病毒與人類的關係，認識人類在萬物中的位置。 另一位作者Jonathan Corum是《紐約時報》的信息設計師兼科學圖形編輯，也是13pt LLC的創始人，畢業於耶魯大學，獲得藝術和東亞研究學位，並且是日本劍術Iaido的講師。Jonathan力求清晰，簡單地呈現複雜的信息，看重清晰、優雅的視覺解釋。他為《泰晤士報》設計了1000多種圖形。他也曾在字體局和交互局的網站上設計字體。
Jonathan Corum
早在1977年生物學家Jean和Peter Medawar提出病毒“只是包裹在蛋白質中的一條遺傳信息”。病毒必須感染進入活細胞才能進行復制和傳播。當SARS-CoV-2病毒找到合適的細胞時，它會注入一條包含整個基因組的RNA鏈。SARS-CoV-2病毒的基因組不到30000個鹼基。研究學者已經鑑定出基因組能夠轉錄多達29種蛋白質。對其他冠狀病毒的研究為學者們提供了了解SARS-CoV-2蛋白的途徑。但是一些蛋白質功能未知，有些蛋白質可能根本不起作用。以下列出SARS-CoV-2的29種蛋白質以及功能，並附上模式圖。原文鏈接中可查看蛋白相關RNA序列。
SARS-CoV-2的29種蛋白質
16種蛋白質鏈·ORF1ab
被SARS-CoV-2感染的細胞內部產生的第一個病毒蛋白實際上是16種蛋白質結合在一起的蛋白鏈（見上圖）。其中的2兩種蛋白像剪刀一樣把蛋白從蛋白鏈上釋放出來。
細胞破壞分子·NSP1
這種蛋白質會減慢受感染細胞自身蛋白質的產生。這種破壞行為會迫使細胞產生更多的病毒蛋白。
NSP1
神秘蛋白·NSP2
尚不能確定NSP2的功能。它附著的蛋白質可能會提供一些線索，其中兩個有助於內體的移動。
NSP2
取消標記和切割蛋白·NSP3
NSP3是一種具有兩個重要功能的蛋白質，一是切割其他病毒蛋白，以便行使各自的功能。它還會改變許多被感染細胞的蛋白質。通常健康的細胞會標記舊蛋白質以進行降解。但是SARS-CoV-2病毒可以去除這些標籤，改變蛋白質的平衡，降低細胞抵抗病毒的能力。
NSP3
液泡製造蛋白·NSP4
NSP4與其他蛋白質結合，有助於在受感染的細胞內形成充滿液體的泡泡結構，這裡也是構建部分新病毒的場所。
NSP4
蛋白質剪刀·NSP5
這種蛋白質可以使大多數其他NSP蛋白質從蛋白鏈上解放出來。
NSP5
液泡工廠·NSP6
與NSP3和NSP4配合構建生產病毒的泡泡結構。
NSP6
複製助手·NSP7和NSP8
這兩種蛋白質可以幫助NSP12生成RNA基因組的新拷貝，用於組裝新病毒。
NSP7
NSP8
細胞中心·NSP9
這種蛋白質會通過微小通道滲入被感染細胞的核中，它可能能夠影響分子進出核的運動-但是出於什麼目的，還未知。
NSP9
偽裝蛋白·NSP10
人類的細胞具有抗病毒蛋白，可以識別病毒RNA並將其降解。NSP10可與NSP16結合，以偽裝病毒的基因組，從而不會受到攻擊。
NSP10
複製機器·NSP12
這種蛋白質協助病毒基因組複製。研究人員已經發現在其他冠狀病毒中，抗病毒藥remdesivir會干擾NSP12。另一個序列NSP11與編碼NSP12的RNA的一部分重疊。但是尚不清楚該基因編碼的微小蛋白質是否具有功能。
NSP12
RNA解開蛋白·NSP13
病毒RNA會纏繞起來。研究學者推測NSP13可以解開纏繞的RNA鏈，以便複製或者蛋白翻譯。
NSP13
病毒校對器·NSP14
NSP12協助病毒基因組複製時，有時會出錯。NSP14可以糾正這些錯誤。
NSP14
清理蛋白·NSP15
研究人員推測這種蛋白質會切碎剩餘的病毒RNA，以躲避機體的抗病毒防禦反應。
NSP15
隱藏蛋白·NSP16
NSP16與NSP10一起可將病毒的基因組隱藏起來，以躲避切割病毒RNA的蛋白質。
NSP16
刺突蛋白·S
刺突蛋白是形成冠狀病毒外層，並保護內部RNA的四種結構蛋白S，E，M和N之一的蛋白。通過形成三聚體，S蛋白在病毒表面上形成明顯的刺突。刺突的一部分可以延伸並附著在ACE2的蛋白質上（圖中為為黃色），然後病毒可以入侵細胞。SARS-CoV-2的刺突蛋白基因中插入了12個鹼基：ccucggcgggca。這種突變或有助於刺突與人類細胞更加緊密結合。目前許多科研團隊正在設計藥物用來阻止刺突蛋白附著在人體細胞上。
刺突蛋白
逃脫行家·ORF3a
SARS-CoV-2基因組還編碼一組所謂的“輔助蛋白”。它們有助於改變被感染細胞內部的環境，從而使病毒更容易複製。ORF3a蛋白在被感染細胞的膜上打洞，使病毒更容易逃脫。
ORF3a
包膜蛋白·E
包膜蛋白是一種結構蛋白。一旦病毒進入細胞內部，它可以鎖定蛋白質，從而幫助打開和關閉被感染細胞的基因組。
包膜蛋白
膜蛋白·M
形成病毒外殼的另一種結構蛋白。
膜蛋白
信號阻止蛋白·ORF6
該蛋白阻止被感染細胞將信號發送至免疫系統。它還能阻止細胞自身的一些抗病毒蛋白。
ORF6
病毒逃逸蛋白·ORF7a
當複製的新病毒試圖逃脫細胞時，細胞可以用稱為tetherin的蛋白質捕獲它們。一些研究表明，ORF7a減少了感染細胞的tetherin表達，從而使更多病毒得以逃逸。研究人員還發現，這種蛋白質可以觸發受感染的細胞自殺，對被感染組織造成損害。
ORF7a
神秘蛋白·ORF8
SARS-CoV-2中該蛋白的基因與其他冠狀病毒有著顯著不同。研究人員正在探究它的作用。
ORF8
核衣殼蛋白·N
N蛋白可以保護病毒RNA，使其在病毒內部保持穩定。許多N蛋白以長螺旋形連接在一起，包裹RNA。
核衣殼蛋白
編碼蛋白ORF9b和ORF9c的RNA片段重疊。ORF9b可以阻斷干擾素，抵抗機體病毒防禦，但目前還不清楚ORF9c的作用。
神秘蛋白·ORF10
SARS-CoV-2的近親病毒並沒有這種微小輔助蛋白的基因，它的用途還不清楚。
ORF10
SARS-CoV-2的RNA組尾端
冠狀病毒的基因組以一小段RNA結尾，從而終止蛋白翻譯，然後以重複的aaaaaaaaaaaaaa序列結尾。
本文資料來源:Fan Wu et al., Nature; National Center for Biotechnology Information; Dr. David Gordon, University of California, San Francisco; Dr. Matthew B.Frieman and Dr. Stuart Weston, University of Maryland School of Medicine; Dr. Pleuni Pennings, San FranciscoState University; Journal of Virology; Annual Review of Virology.
蛋白模型資料來源：Coronavirus by Maria Voigt, RCSB Protein Data Bank headquartered at Rutgers University–New Brunswick; Ribosome from Heena Khatter et al., Nature; Proteins from Yang Zhangʼs Research Group, University of Michigan.
原文鏈接：https://www.nytimes.com/interactive/2020/04/03/science/coronavirus-genome-bad-news-wrapped-in-protein.htmlhttps://english.yale.edu/people/adjunct-professors-and-senior-lecturers-full-part-time-lecturers-creative-writers/carl-zimmerhttp://13pt.com/corum/
閱讀更多 BioArt 的文章
