新冠病毒或在人群中潛伏進化了7年
化工交流 Yesterday
The following article is from MedSci梅斯 Author DY
MedSci梅斯梅斯醫學（MedSci）是國內領先的醫學科研與學術服務平台，致力於醫療質量的改進，為臨床實踐提供智慧、精準的決策支持，讓醫生與患者受益。
導語：重建的新冠祖病毒ACE2受體結合力更強。
6月18日意大利的國家高等衛生研究院在官網發布報告指出，在去年12月米蘭和都靈以及今年1月博洛尼亞的廢水樣本中檢測出了新冠病毒的遺傳物質。隨後，西班牙也從廢水中檢測出新冠病毒，時間居然可追溯到去年3月。據新華社6月28日報道，巴塞羅那大學腸道病毒小組的研究人員對當地2018和2019年的廢水樣本做了檢測，結果發現在去年3月12日採集的廢水中已有新冠病毒的蹤跡，但病毒水平非常低，其他所有樣本的檢測結果均為陰性。巴塞羅那在2019年3月12日採集的廢水中檢測出新冠病毒Sentinel surveillance of SARS-CoV-2 in wastewater anticipates the occurrence of COVID-19 cases.doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.13.20129627領導該研究小組的生物學教授阿爾韋特·博什認為，雖然樣本已用盡，不可重複實驗，但他們在操作過程中避免了交叉感染的可能性，因此這一研究結果表明世界其他地區很可能也發生了類似情況，即許多新冠病例或因被誤診為流感病例而被掩蓋。目前美國、荷蘭等國也在開展這類研究，以期追溯病毒可能的流行時間，並探索廢水定點監測在應對流行病中的價值。而近期一項針對新冠病毒的系統發育分析在S蛋白進化角度提示我們，新冠病毒可能已經在人群中發展進化了至少7年。作為百年一遇的大流行病，新冠以高傳染性“突然”出現。以前的系統發育分析顯示，其已知的最接近的進化親屬是一種從蝙蝠中分離出來的病毒(RaTG13)，因此人們普遍認為新冠病毒也是從人畜共患病的祖先病毒進化而來，並通過基因突變[可能是在Spike蛋白受體結合域（RBD）中]後具備感染人類的能力。那麼新型病毒究竟具體是在何時獲得識別、結合併首次進入人體細胞的能力的？加拿大卡爾加里大學（University of Calgary）的研究人員在2020年6月22日發表在預印本服務器bioRxiv*上的一項新研究中討論了這個問題。doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.22.165787研究人員使用詳細的系統發育分析、祖先序列重建和分子動力學模型來研究新冠病毒Spike-RBD尖峰蛋白的功能進化，以確認Spike-RBD尖峰蛋白變體與ACE2受體親和力的起源。結果顯示，初步的系統發育分析與之前的研究保持了一致——該病毒與蝙蝠冠狀病毒（RaTG13）基因組相似度為96%，與穿山甲-CoV基因組相似度為90%。新冠病毒與RaTG13基因組（96.0%序列同一性）和穿山甲-CoV基因組（90.0%序列同一性）水平相似研究對2019年12月30日至2020年3月20日收集的479個新冠病毒序列進行更詳細的分析，結果發現16個變體。其中，有11個是發生在5%或更多病例中的錯義突變，而且每個變體都有自己的系統發育路線。然後，研究人員試圖重建Spike-RBD區域的祖先序列，這樣他們就可以確定具體驅動其最近適應人類宿主的重要突變。他們重建了所有感染人類的病毒株的共同祖先Spike-RBD序列，稱為N1，將與其最接近的動物病毒RaTG13的共同祖先標記為N0。N1與新冠參考序列中的Spike-RBD相同，而N0的Spike-RBD序列是唯一的，反映了新冠病毒來源的獨特性。兩者在4個位點上有所不同，分別是t346R、t372A、h/y498Q和n519H，這四個變化將進化的新冠病毒Spike蛋白與和RaTG13的共同祖先區分開來，而這個祖先病毒至少在2013年就已經存在了（其後代RaTG13在那一年被分離出來），這意味着N0和N1之間至少涵蓋了7年的分子進化。N0和當前Spike-RBD序列的功能差異是什麼？研究人員從X射線晶體結構入手，對Spike-RBD-hACE2複合物進行了模擬實驗，顯示當N0變為N1時，該複合物的自由結合能下降。因此，N0變為N1實際上降低了Spike-RBD結合ACE2受體的親和力。SARS-CoV-2 Spike-RBD功能進化的特徵這表明，N0株出乎意料地比N1株具有更大的結合親和力。那麼為什麼直到最近才作為一個公共衛生問題出現？一種可能是，Spike-RBD雖能與ACE2受體結合，但可能需要其他分子成分幫助獲得新的功能後，才能感染人類。第二種可能是，這種病毒可能在過去較長的時間內都能感染人體細胞，但其祖先形式要麼導致的臨床症狀不那麼明顯，要麼其傳染性要小得多（只影響少數人），無論哪種情況，都逃脫了公共衛生系統的監測，而西班牙、意大利的污水檢測的結果似乎支持這種說法。這是第一個表明新冠病毒和RaTG13的共同祖先都具有與人類ACE2受體結合能力的研究。這提示新冠Spike-RBD似乎並不是最近才進化出與人類受體蛋白結合的親和力，這種功能似乎一直是潛伏的，這就表明這種疾病的進化比預期的要複雜。未來在理想情況下，可以構建組合庫，並對其進行功能篩選，以便更詳細地了解這種病毒最近演變的分子機制。目前的新冠大流行顯示了病毒學的巨大未知性，它繼續挑戰着人類面對新冠病原體時保持健康的能力。病毒溯源可以讓我們認清一種病毒如何在進化過程中逐漸感染人類，為人類預防、對抗病毒感染提供證據，雖然困難重重，但這對人類健康至關重要。
