基因組學研究指出COVID-19的自然起源

關於2019年冠狀病毒病(COVID-19)的討論。一些人肆無忌憚地宣稱,導致大流行的新型冠狀病毒是在實驗室設計的。一項新的研究證明這種新型冠狀病毒是自然產生的。

一個國際研究小組進行的基因組分析的結果,發表在《自然醫學》雜誌上的研究,研究者使用了先進的生物信息學工具來比較幾種冠狀病毒的公開基因組數據,包括導致COVID-19的新病毒。

研究人員首先對冠狀病毒基因組中編碼刺突蛋白的部分進行了溯源,這些蛋白賦予了這類病毒獨特的樹冠狀外觀。所有的冠狀病毒都依賴於刺突蛋白來感染其他細胞。但是,隨著時間的推移,每一種冠狀病毒對這些蛋白質的形成方式都有點不同,關於這些修飾的進化線索在它們的基因組中被闡明。

新的冠狀病毒COVID-19的基因組數據顯示,其刺突蛋白含有一些獨特的適應性。其中一種適應提供了這種冠狀病毒與人類細胞上一種叫做血管緊張素轉換酶(ACE2)的特殊蛋白質結合的能力。引起人類嚴重急性呼吸綜合徵(SARS)的相關冠狀病毒也結合ACE2。 現有的計算機模型預測,新的冠狀病毒不會與ACE2以及SARS病毒結合。


基因組學研究指出COVID-19的自然起源


a、 SARS-CoV-2刺突蛋白接觸殘基突變。SARS-CoV-2的刺突蛋白(頂部的紅色條)與最密切相關的SARS-CoV樣冠狀病毒和SARS-CoV本身是一致的。與ACE2受體接觸的spike蛋白的關鍵殘基在SARS-CoV-2和相關病毒(包括SARS-CoV(Urbani株))中都標記有藍色。

b、 多鹼基裂解位點和O-連接聚糖的結合。多鹼基裂解位點和三個相鄰的O-連接聚糖都是SARS-CoV-2所特有的,以前在B系betacoronavirus中沒有發現。顯示的序列來自NCBI GenBank,登錄代碼為MN908947、MN996532、AY278741、KY417146和MK211376。穿山甲冠狀病毒序列是由SRR10168377和SRR10168378(NCBI生物項目PRJNA573298)產生的共識。


然而,研究人員發現,這種新型冠狀病毒的刺突蛋白實際上結合得比計算機預測的要好得多,這可能是由於ACE2的自然選擇,使得病毒能夠利用之前未知的交替結合位點。研究人員說,這有力地證明了新病毒不是實驗室有目的操縱的產物。

事實上,任何試圖設計一種威脅人類健康的冠狀病毒的生物工程師,可能永遠不會選擇這種特殊的結構作為刺突蛋白。

研究人員接著分析了與新冠狀病毒的整體分子結構或骨架相關的基因組數據。他們的分析表明,新冠狀病毒基因組的主幹與在COVID-19大流行開始後發現的蝙蝠冠狀病毒的基因組最為相似。然而,結合ACE2的區域類似於穿山甲中發現的一種新型病毒,穿山甲是一種外形奇特的動物,有時被稱為有鱗食蟻獸。這提供了額外的證據,證明引起COVID-19的冠狀病毒幾乎肯定起源於自然界。如果新的冠狀病毒是在實驗室製造的,科學家很可能會使用已經知道會導致人類嚴重疾病的冠狀病毒的主幹。


那麼,導致COVID-19大流行的新型冠狀病毒的自然來源是什麼?研究人員還沒有一個確切的答案。但它們確實提供了兩種可能的情況。

在第一種情況下,當新型冠狀病毒在其自然宿主(可能是蝙蝠或穿山甲)中進化時,其刺突蛋白髮生突變,與結構類似於人類ACE2蛋白的分子結合,從而使其能夠感染人類細胞。這種情況似乎與最近在人類身上爆發的冠狀病毒引起的疾病相吻合,例如由貓狀靈貓引起的SARS;以及由駱駝引起的中東呼吸綜合徵(MERS)。

第二種情況是新的冠狀病毒在能引起人類疾病之前從動物身上傳播到人類身上。然後,經過多年或數十年的漸進進化,病毒最終獲得了從人類傳播到人類的能力,並導致嚴重的、往往危及生命的疾病。

最後,下次你在網上遇到COVID-19的一些謠言時,建議你去國家冠狀病毒謠言控制網站查實,有助於區分謠言和事實。

來源:The proximal origin of SARS-CoV-2 . Andersen KG, Rambaut A, Lipkin WI, Holmes EC, Garry RF. Nat Med, 17 March 2020. [Epub ahead of publication]


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