重磅研讨提醒新冠病毒演化骤变怎么明显增强感染力

（原标题：中疾控等重磅研讨提醒新冠病毒演化：骤变怎么明显增强感染力）

汹涌新闻记者 张若婷 贺梨萍

当地时刻3月2日，我国医学科学院北京协和医院、我国疾控中心、加州大学洛杉矶分校、匹兹堡大学、湖南大学五家合作单位的研讨人员一起在生物科学预印本网站bioRxiv在线宣布了一项针对新冠病毒演化过程中的骤变、重组和刺进的重磅研讨（“Mutations, Recombination and Insertion in the Evolution of 2019-nCoV”）。

研讨经过剖析病毒的骤变，解说新冠病毒为何感染功能得到明显增强。

团队还进一步估量，大多数人类新冠病毒（2019-nCoV）和蝙蝠RaTG13病毒蛋白之间的差异发作在2005年至2012年之间，而人类SARS病毒和蝙蝠SARS样冠状病毒之间的差异发作在1990至2002年之间。

而除了点骤变外，他们都以为还有潜在的依据标明重组也是2019-nCoV进化的机制。他们的结果标明，2019-nCoV的S蛋白或许从穿山甲冠状病毒衍生出来，而不是蝙蝠冠状病毒RaTG13。而在2019- nCoV 的进化过程中，RaTG13样冠状病毒和穿山甲样冠状病毒病毒株之间或许发作了重组。

该论文通讯作者为我国疾控中心病毒病防备操控所党委书记武桂珍，我国疾控中心病毒病防备操控所研讨员谭文杰，我国医学科学院生物医学大数据中心主任、姑苏体系医学研讨所所长助理蒋太交，加州大学洛杉矶分校微生物与免疫遗传学系教授程根宏。

研讨团队搜集并剖析了120个2019-nCoV基因组序列，包含11个来自我国患者的新基因组。他们发现，雨过天晴2019-nCoV、人和蝙蝠SARS-CoV（严峻急性呼吸综合征冠状病毒）在全体基因组结构中具有高度同源性，但它们经过受体结合域中（RBD）的潜在重组，演化成具有不同受体进入特性的两组病毒。

研讨团队发现，2019-nCoV在刺突蛋白（S蛋白）的S1和S2结构域之间存在一起的四个氨基酸刺进(PRRA)，它或许是一个弗林（Fruin）或TMPRSS2（跨膜丝氨酸蛋白酶2）酶切位点。而此前的研讨标明，冠状病毒或许发作蛋白酶裂解，然后触发病毒-细胞膜之间的交融。这种发动和触发交融机制的灵活性极大地调理了不同冠状病毒的致病性和趋向性。

研讨团队提出，RBD的潜在重组，以及一起的弗林蛋白酶切位点的存在，能够解说新冠病毒感染性的明显添加。

当时，2019-nCoV在全球现已导致超越77000人感染、2400人逝世（到论文提交），其基因组在体系发育上与蝙蝠SARS病毒RaTG13株最相似，该病毒株于2013年在我国云南被初次别离。

研讨人员标明，到现在现已有许多针对新冠病毒的研讨，但导致这种病毒感染和分子进化的机制仍不清楚，这项研讨提醒了乙类冠状病毒的进化、特异性、以及增强感染力的或许机制，为2019-nCoV的进化和传达供给了全面的见地。

他们都以为，运用从不同地址、不同时刻点的患者身上别离到的2019-nCoV毒株进一步追寻基因组骤变，将为了解这种快速传达病毒的分子进化供给思路。

2019-nCoV传达中发作的骤变

研讨团队将2019-nCoV的感染率与最近爆发的β冠状病毒，即2002年的SARS病毒和2012年的MERS（中东呼吸综合征）病毒的感染率进行了比较。

与SARS和MERS比较，2019-nCoV的传达速度要快得多。迄今为止，已承认的2019-nCoV病例比2002年整个SARS爆发期间的病例要多。

在曩昔的18年中，科学家宣布了许多冠状病毒的基因序列，这中心还包含2002年SARS爆发期间从不同国家别离出的SARS病毒株，从沙特阿拉伯和阿拉伯联合酋长国等中东国家也别离出许多MERS病毒株。

研讨团队这次从包含武汉在内的多个我国城市的新患者中搜集并测序了11条全长2019-nCoV基因组序列。

体系发育剖析标明，与人类SARS、MERS和其他冠状病毒比较，这11个新的2019-nCoV病毒株与其他2019-nCoV病毒株相似，它们与蝙蝠冠状病毒RaTG13病毒株同源性更高。

在氨基酸水平上，它们只在与人类和蝙蝠SARS中相应氨基酸序列相同的一起序列方位上有少数随机骤变。

为了判定新的遗传骤变，研讨人员运用新冠病毒株EPI_ISL_402125作为根，为GIAID（全球同享禽流感数据建议安排）中的一切120个新冠病毒的可用完好基因组构建了体系树（更新至2020年2月18日）。

研讨团队发现，依据核苷酸方位8517和27641，2019-nCoV病毒株可分为两个首要类别。

120个2019-nCoV全长基因组的序列比对，包含11个新的基因组（以星号杰出显现），G1和G2别离用赤色和蓝色符号

第1组（G1）的一切病毒株在8517的方位有胸腺嘧啶，在27641方位有胞嘧啶，这与SARS中相应的核苷酸体现相同；而第2组（G2）则相反，在8517有胞嘧啶，在27641则有胸腺嘧啶。

以上两组病毒的流行病学多个方面数据显现，最早的G1病毒株（EPI_ISL_406801）于2020年1月5日在武汉被搜集，而最早的G2株则于2019年12月24日在武汉被别离得到。

上述两组基因群在同一城市中的存在标明它们是共循环的，但是在疫情爆发前期它们的进化是趋同的。在每个组中，研讨人员还调查到了多个病毒株的其他共有骤变。

依据这些潜在的可遗传骤变以及辨认时刻和方位，研讨人员生成了一个“骤变树”图，以盯梢单个同享骤变并显现不同别离株之间的联系。

例如，本年1月10日至1月15日在广东省辨认出的5个病毒株归于上述第1组病毒，它们在核苷酸方位28578上均有相同的骤变，这标明它们或许是由同一人传达的。相似的病毒或许传达给了1月29-1月31日在日本发现的3例病例，它们的病毒在2397核苷酸方位有额定骤变，这一相似病毒或许也传达给了1月22日在美国发现的1例病例，这例病例的病毒在10818核苷酸方位有一个额定骤变。

研讨团队还说到G10818T这个方位十分风趣，由于它在第1组和第2组中均由数个独立的病毒株同享，这导致了orf1ab多蛋白内的L3606F氨基酸骤变。

G10818T在第1组和第2组中均由数个独立的病毒株同享

现在尚不清楚第1组和第2组病毒株在10818位点的一起骤变是否具有任何成长优势，但穿山甲和蝙蝠冠状病毒在相同方位相同有L3606V骤变。

从树状图来看，这两组病毒株都已传达到陈述有2019-nCoV病例呈现的大多数国家和区域，简直没有破例，这标明这两组病毒都是能够快速传达的。

研讨团队在评论环节说到，雨过天晴这两个不同的2019-nCoV组是在从动物传达给人类之前或之后进化尚待确认，这两个集体都是首先在武汉被发现，然后传达到我国的不同区域和多个国家。

2019-nCoV与穿山甲冠状病毒的比较

现在与新冠病毒最严密相关的病毒株为β型冠状病毒RaTG13，RaTG13此前从中华菊头蝠中别离出。研讨团队运用核苷酸序列对特定病毒蛋白（例如orf1a，S蛋白，基质和核衣壳）进行了其他体系发育剖析后发现，RaTG13病毒株与其他蝙蝠类SARS样冠状病毒株相同有密切联系。

研讨人员进一步估量，大多数2019-nCoV和RaTG13病毒蛋白之间的差异发作在2005年至2012年之间，而人类SARS病毒和蝙蝠SARS样冠状病毒之间的差异发作在1990至2002年之间。

研讨人员在评论环节总结道到，“咱们的进化时钟剖析估量，2019-nCoV别离于大约12年前和30年前从RaTG13和人类SARS-CoV平分化出来。”而除了点骤变外，还有潜在的依据标明重组也是2019-nCoV进化的机制。

在比较全长S蛋白序列时，研讨人员发现，2019-nCoV与人和蝙蝠SARS病毒的序列同源性为39％，与MERS或其他冠状病毒的同源性则为29％。

有必要留意一下的是，研讨团队发现2019-nCoV和穿山甲冠状病毒在S蛋白的RBD（氨基酸315-550区域）中同享简直相同的氨基酸序列，但与RaTG13却不相同。

穿山甲CoV（蓝线）和RaTG13 / 2013（绿线）与2019-nCoV的氨基酸同源性比照图，保存受体结合结构域（RBD）以黄色杰出显现

为了证明这一发现，研讨团队将此前其他课题组宣布的穿山甲CoV与从前别离但未宣布的穿山甲CoV序列进行了比较。

依据比对和体系发育剖析，研讨人员发现2019-nCoV的共有序列与BetaCoV / 穿山甲/广东/P2S/2019（EPI_ISL_410544）具有最高的同一性，而在广西别离的穿山甲CoV株则发现存在其他骤变和刺进缺失。

接下来，研讨人员运用ML办法（Maximum likelihood，最大似然法）检测了2019-nCoV的共有S蛋白序列与25种代表性CoV病毒株（包含Hu-CoV，SARS和MERS）和5新穿山甲CoV病毒株的体系发育联系。

结果标明，2019-nCoV的S蛋白或许从穿山甲冠状病毒衍生出来，而不是蝙蝠冠状病毒RaTG13，当然这两者都或许与蝙蝠-SARS-CoV或bat-SL-CoVZC542处于同一谱系。

他们提出，2019-nCoV的整个基因组结构与RaTG13最具有同源性，但S蛋白的RBD却与穿山甲CoV最具同源性，这一差异标明在2019- nCoV 的进化过程中，RaTG13样冠状病毒和穿山甲样冠状病毒病毒株之间或许发作了重组。

研讨人员还进一步查看了基因组中的一切氨基酸骤变。他们发现，当比较穿山甲样冠状病毒和2019-nCoV时，除了RBD外，nsp（非结构蛋白）14和15中的区域还同享接连序列（图3D）。

两个进化枝，以及一起的弗林蛋白酶切位点

为了进一步评价2019-nCoV与其他SARS冠状病毒的联系，研讨人员剖析了2019-nCoV和不同的人/蝙蝠SARS病毒的RBM（Receptor binding motif，受体结合基序），并调查到它们能够清楚地分为两个不同的进化枝。

进化枝I病毒包含2019-nCoV、穿山甲CoV，以及12种蝙蝠SARS（蝙蝠SARS CoV I，例如RaTG13）和人类SARS病毒。

进化枝II病毒则包含了49种蝙蝠SARS病毒（bat SARS CoV II），例如ZXC21和ZC45，它们与2019-nCoV有大约90％的核苷酸和氨基酸同源性性。

上述两个进化枝之间的首要差异在于，进化枝II病毒的RBM存在5个、13-14个比进化枝I病毒短的氨基酸区域。

此前的研讨标明，SARS病毒RBM的13-14个氨基酸区域构成一起的环结构，该结构经过两个半胱氨酸残基之间的二硫键安稳。雨过天晴该环区中2019-nCoV的氨基酸序列与人SARS病毒的氨基酸序列十分不同，但两个半胱氨酸残基都是保存的。

风趣的是，一切已知运用ACE2作为进入受体的病毒都归于I型，而一切不运用ACE2进入受体的蝙蝠SARS病毒都归于II型。因而，研讨团队猜测，包含2019-nCoV在内的I型分支病毒能够终究靠人ACE2（血管严重素转化酶2）感染宿主细胞，而II型分支病毒不能经过ACE2感染宿主细胞。

此前的研讨得出的是，SARS病毒运用人ACE2作为受体来感染宿主细胞，而MERS病毒则是运用DPP4作为其受体。最近的一些标明ACE2也是2019-nCoV的进入受体，雨过天晴其他宿主细胞因子如TMPRSS2也或许参加其间。

在进化枝II病毒中，雨过天晴它们的整体基因组序列与2019-nCoV存在同源性，但尚无归于该枝的病毒运用ACE2进入受体的报导。

因而，这一研讨不只强调了RBM在确认进入受体特异性中的关键作用，并且提出了一个风趣的问题，即β冠状病毒的同源病毒株怎么经过RBM中的刺进、缺失或重组等骤变来改动趋向性。

有必要留意一下的是，研讨团队还发现，2019-nCoV在S蛋白内或核苷酸方位23619-23632上有一起的四个氨基酸刺进（681-PRRA-684）。

风趣的是，上述2019-nCoV的S蛋白中的这种刺进（PRRA）为哺乳动物弗林蛋白酶蛋白创建了潜在的切开位点RRAR。

为了了解这种刺进的一起性，研讨团队运用了来自人、麝猫和蝙蝠的SARS-CoV株进行了序列比较。他们发现，这种刺进是2019-nCoV特有的。当与其他冠状病毒宗族成员进行比较时，研讨人员发现也能够辨认到相似的坐落S蛋白的S1和S2域之间结构鸿沟的刺进。

而此前的研讨则标明，病毒或许发作蛋白酶裂解，然后触发病毒-细胞膜之间的交融。这种发动和触发交融机制的灵活性极大地调理了不同冠状病毒的致病性和趋向性。

不过，此前在SARS-CoV中没有检测到这种蛋白酶裂解。在SARS-CoV中引进一个酶切位点，则会导致S蛋白的裂解并增强膜交融活性。此外，在SARS-CoV假型病毒中引进一个裂解的S蛋白，也会使其能够直接进入宿主细胞。

依据之前的测序和结构剖析，2019-nCoV S蛋白被猜测为能够与ACE2受体相互作用，触发与宿主细胞膜的交融并引发感染。因而，导致S1-S2亚基改动的骤变或刺进会明显影响病毒感染。

研讨团队估测，PRRA的刺进或许使S蛋白裂解，然后触发病毒交融事情。

雨过天晴导致如此高感染率的切当机制仍有待进一步研讨，但研讨团队以为，他们的多个方面数据显现RBD重组、S1和S2域刺进一起的弗林酶切点或TMPRSS2酶切位点，或许能够解说为什么这个新呈现的病毒和其他SARS、MERS相关的β冠状病毒比较感染性明显添加。