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武汉新型冠状病毒的进化泉源和感染人的分子作用通路

2020年02月12日来源：中国实验动物信息网作者：责任编辑：admin

摘要：通过对武汉的新型冠状病毒spike-卵白的结构模拟盘算，展现武汉新型冠状病毒spike-与人ACE2卵白作用并介导感染人的分子作用通路。评估武汉新型冠状病毒的潜在人间感染力，为尽快确认感染源和流传途径、制定高效的防控计谋提供了科学理论依据。

通过对武汉的新型冠状病毒spike-卵白的结构模拟盘算，展现武汉新型冠状病毒spike-与人ACE2卵白作用并介导感染人的分子作用通路。评估武汉新型冠状病毒的潜在人间感染力，为尽快确认感染源和流传途径、制定高效的防控计谋提供了科学理论依据。

2020年1月21日，中国科学院上海巴斯德研究所郝沛研究员、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心钟武研究员和中科院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室李轩研究员互助，在SCIENCE CHINA Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版），在线揭晓了题为“Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission”的论文。

该论文分析论述了引起近期武汉地域肺炎疫情发作的新型冠状病毒的进化泉源，及与导致2002年广东“非典”疫情的SARS冠状病毒、“中东呼吸综合征”MERS冠状病毒的遗传进化关系，并通过对武汉的新型冠状病毒spike-卵白的结构模拟盘算，展现了武汉新型冠状病毒spike-与人ACE2卵白作用并介导感染人的分子作用通路。该结果评估了武汉新型冠状病毒的潜在人间感染力，为尽快确认感染源和流传途径、制定高效的防控计谋提供了科学理论依据。

2019年12月以来，湖北省武汉市集中发生了不明原因肺炎疫情。盛行病观察发现这些陆续泛起的肺炎病例都与武汉市“华南海鲜市场”有关联。武汉市组织多学科专家会诊观察，使用实验检测等手段认定武汉地域肺炎疫情为病毒性肺炎。2020年1月8日，开端确认了一种新型冠状病毒为此次疫情的病原。

武汉地域的病毒性肺炎疫情发作，与2002年广东发作的“非典”疫情有许多相似的地方，都发生在冬季，初始发生都与人和动物市场生意业务的鲜运动物接触有关，而且都是由未知的冠状病毒病原导致。(编者注：停止1月28日24时，国家卫生康健委收到31个省（区、市）累计陈诉确诊病例5974例，疑似病例9239例。)

2020年1月10日，武汉新型冠状病毒的第一个基因组序列数据被宣布，厥后陆续有多个从患者身上分散的新型冠状病毒的基因组序列公布。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泉源、致病病理机制提供了第一手资料。

为相识武汉新型冠状病毒与已知明确熏染人的两种冠状病毒的关系，此论文的研究者通过对武汉新型冠状病毒基因组与2002年“非典”SARS冠状病毒、“中东呼吸综合征”MERS冠状病毒举行了全基因组比对，发现平均划分有~70%和~40%的序列相似性。其中差别冠状病毒与宿主细胞作用的关键spike基因（编码S-卵白），有更大的差异性。

为相识析武汉新型冠状病毒的进化泉源和可能的自然界宿主，研究者使用武汉新型冠状病毒和收集到大量冠状病毒数据举行了遗传进化分析。效果发现武汉新型冠状病毒属于Beta冠状病毒属（Betacoronavirus）。Betacoronavirus是卵白包裹的单链正链RNA病毒，寄生和熏染高等动物（包罗人）。在进化树的位置上，与SARS（导致2002年“非典”）病毒和类SARS（SARS-like）病毒的类群相邻，但并不属于SARS和类SARS病毒类群。有意思的是它们进化上配合的外类群是一个寄生于果蝠的HKU9-1冠状病毒。所以武汉冠状病毒和SARS/类SARS冠状病毒的配合祖先是和HKU9-1类似的病毒。由于武汉冠状病毒的进化邻人和外类群都在各种蝙蝠中有发现，推测武汉冠状病毒的自然宿主也可能是蝙蝠。如同导致2002年“非典”的SARS冠状病毒一样，武汉冠状病毒在从蝙蝠到人的感染历程中很可能存在未知的中间宿主前言。

由于武汉新型冠状病毒与2002年“非典”SARS病毒和“中东呼吸综合征”MERS病毒有很大的遗传距离，所以论文作者对武汉新型冠状病毒熏染人的机制和通路举行了分析。SARS病毒的 S-卵白和MERS病毒S-卵白划分通过与人的ACE2卵白或DPP4卵白互作联合来熏染人的呼吸道上皮细胞。作者首先比力了武汉冠状病毒与SARS和MERS病毒S-卵白的宿主受体互作区（RBD区），发现在RBD区域中，武汉冠状病毒与SARS病毒比力相似，但与MERS病毒差异很大，所以清除了S-卵白与DPP4互作熏染人的可能。可是，武汉冠状病毒S-卵白与人ACE2互作也存在很大难题-已经证明的SARS病毒S-卵白与ACE2互作的5个关键氨基酸，在武汉冠状病毒中有4个发生了改变。

为了分析清楚这个问题，文章作者使用分子结构模拟的盘算方法，对武汉冠状病毒S-卵白和人ACE2卵白举行了却构对接研究，获得了令人惊讶的效果。虽然武汉冠状病毒S-卵白中与ACE2卵白联合的5个关键氨基酸有4个发生了变化，但变化后的氨基酸，却整体性上很是完美的维持了SARS病毒S-卵白与ACE2卵白互作的原结构构象。只管武汉新型冠状病毒的新结构与ACE2卵白互作能力，由于丢失的少数氢键有所下降（相比SARS病毒S-卵白与ACE2的作用有下降），但仍然到达很强的联合自由能（-50.6 kcal/mol）。这一效果说明武汉冠状病毒是通过S-卵白与人ACE2互作的分子机制，来熏染人的呼吸道上皮细胞。研究结果预测了武汉冠状病毒有很强的对人熏染能力，为科学防控，制定防控计谋和开发检测/干预技术手段奠基了科学理论基础。

这一研究结果，是在国家“重大新药创制”科技重大专项的支持下（应急医学药物新品种研发及其关键创新技术体系），由中国科学院上海巴斯德研究所、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心和中科院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室互助研究完成的。研究同时还获得了国家自然科学基金和中科院战略生物资源计划“生物资源衍生库”项目的支持。徐心恬、陈萍、王靖方为配合第一作者。

原文可戳“http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-020-1637-5?slug=abstract”查阅。

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