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2019新型冠状病毒“基因团伙”作案手法揭秘

来源:科技日报2020-02-12 09:12

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  冠状,指病毒的独特形状,作为一种大型病毒家族,冠状病毒常见于哺乳类和鸟类中。

  与动植物基因组相比,2019新型冠状病毒(2019-nCoV)基因组实在太简约,但并不简单。那么,2019-nCoV基因组中的这几个基因又是怎样“朋比为奸”的?

  2019-nCoV基因组简约但并不简单

  根据NCBI数据库中,2019-nCoV的NC_045512.2版本,2019新型冠状病毒的基因组序列是具有29903bp的单链RNA(ss-RNA)。这么少的遗传信息物质,却拥有10个基因,并经济高效地编码了这10个蛋白,而在许多高等生物中一个长点的基因就可以是30Kbp以上,可见这个病毒RNA基因组的简约。我们人类拥有30亿个碱基对、2万多个基因,但在2019-nCoV用不到人类万分之一的碱基序列、二千分之一的基因的攻击下,我们却节节溃败,这就是它的不简单。

  在2019-nCoV基因组中,最长基因编码4405个氨基酸,这个蛋白是非结构性多蛋白,包括多个复制酶功能域。复制酶是一种依赖于RNA的RNA聚合酶,RNA聚合酶是RNA生成的催化剂。由于2019-nCoV不存在RNA病毒复制所需的RNA聚合酶,只有进入宿主细胞后,直接以病毒基因组RNA为翻译模板,表达出病毒RNA聚合酶。进而是应用这个酶完成负链亚基因组RNA的转录合成、各种结构蛋白mRNA的合成,从而进行病毒基因组RNA的复制。

  冠状病毒感染会重新排列宿主细胞膜,以组装复制/转录复合体,在其中发生病毒基因组的复制和病毒mRNA的转录。在之前的基因组研究中,报告过已知nsp3和nsp4的共存会引起膜重排,但尚不清楚这两种蛋白相互作用的潜在机制。通过使用SARS-CoV的感染性cDNA克隆和复制子系统,nsp3-nsp4相互作用的丧失消除了病毒复制。所以如果能改变这个基因的复制酶功能域,或许可以揭示治疗乙型冠状病毒感染的抗病毒靶标。

  2019-nCoV里的“护卫”“冲锋兵”“运输兵”

  在冠状病毒基因组中,有三个基因是该病毒的“护卫”“冲锋兵”以及“运输兵”。

  第一个S基因,编码刺突糖蛋白,这是用于包病毒的外壳的蛋白。第二个M基因,编码膜糖蛋白,负责营养物质的跨膜运输、新生病毒出芽释放与病毒外包膜的形成。另外E基因,是很短的编码75个氨基酸的小包膜糖蛋白,可以与包膜结合的蛋白。这三个家伙就形成了病毒蛋白的脂肪膜,把这个病毒“老大”(30K的单链RNA)给包起来。其实单链的RNA是十分不稳定,且容易变异,而且由于人体有大量的RNA酶会迅速消灭RNA,它只有在蛋白外壳的保护和引导下,才能进入人体“撒野”。

  此外,该基因组中,如ORF3a和近缘病毒不同株系比对显得更“积极”,相似度为75%—91%,应该是冠状病毒变异的先驱基因,但功能不太明确;ORF7a是一个单次穿膜蛋白,和最近缘病毒的同源基因相似度较高,在84%以上,这个基因可能是冠状病毒的基本功能基因,从而序列较保守;ORF8是一个很诡异的基因,功能不太明确,但蛋白序列变异大,可能受自然选择压力较小,要不然变异率不会这么高;ORF10是一个核衣壳磷蛋白,该蛋白将病毒基因组包装到螺旋核糖核衣壳(RNP)中,并在病毒自组装过程中起基本作用。它是一种具有多种活性的蛋白质,与近缘病毒的同源基因相似度高达90%,这可能是因为该基因负责着病毒基因组包装的看家功能。

  2019-nCoV与最近缘病毒的全基因组相似覆盖度为88%,相似度为82%。由于病毒没有化石,很难从基因组分化的角度判断不同病毒世代变异率。因而,2019-nCoV和地球的许多病毒一样,长期在人类周围,人类永远无法真正意义地“消灭”它们,只能驱离这10个基因早点远离我们的基因,从而避免它们进入人体当起“统治者”,指导里面2万多个基因里的部分“叛变者”的产物为它服务。

  (作者张积森 系福建农林大学海峡联合研究院基因组中心常务副主任、教授)

[ 责编:张佳兴 ]
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