【科研速遞】新冠病毒基因寫入人類基因組,成為永不滅亡的病毒?

2021-01-12 網易

　　2020年12月13日，來自麻省理工、哈佛大學以及懷特黑德生物醫學研究所的科研人員發現：SARS-CoV-2 RNA可以被逆轉錄成DNA，並整合到人類基因組中。

　　

　　網址如下-- https://doi.org/10.1101/2020.12.12.422516

　　COVID-19自爆發以來，全球各國都不斷有「復陽」病例出現。初次感染者康復出院時核酸為陰性，但出院不久再次核酸檢測卻又「反陽」的情況時有發生。有些患者是因為二次感染，可由兩次病毒基因測序序列的差異而確認。而有一些就比較特殊，檢測「復陽」後，卻又無法分離到病毒顆粒。

　　該研究的RNA逆轉錄並整合入人基因組的切入點很好的解答了這個問題。新冠病毒的核衣殼N因具有非常豐富的RNA序列，因而極有可能成為逆轉錄和整合的靶點。整合後新序列的再轉錄解釋了複查PCR陽性結但又無法分離到病毒顆粒的原因。

　　該研究為COVID-19 RNA病毒複製提供了一種可能的新途徑，已發表在預印版平臺bioRxiv。值得注意的是，發表在預印版平臺的研究結果，還未經過同行評議，尚不能視之為結論！

　　該研究團隊對已發表的SARS-CoV-2感染者細胞進行了RNA-seq（轉錄組測序）。結果顯示，這些數據集中有大量的宿主-病毒嵌合證據。

　　研究團隊設計了3中閱讀框架，從而區分出單獨的人、新冠以及人-新冠融合的閱讀reads。這些宿主-病毒基因嵌合的證據在多種組織中被發現，包括：肺/心臟/腦/胃器官和組織的細胞，以及新冠患者直接分離的支氣管肺泡灌洗液細胞。

　　

　　研究還發現，嵌合閱讀豐度與整個樣本類型的病毒RNA水平呈正相關。如果沒有排除點單獨的CoV2閱讀，你也可能會說是病毒自身載量的問題，但是該研究的閱讀框架確實進行了區分。嵌合閱讀量在整個樣本中SARS-CoV-2閱讀總量中佔比0.004%-0.14%。

　　是不是覺著比例很小，可以忽略不計，另外一個數據或許使你震驚，來自嚴重COVID19患者的支氣管肺泡灌洗液細胞的最大讀取數竟然可達到69.24%！這也就是說，在人體新冠感染的第一線，肺泡細胞被嵌合整合的概率是很大的。

　　大多數嵌合閱讀反應在SARS-CoV-2核衣殼(N)序列上，即核衣殼(N)RNA。這與其是最豐富的SARS-CoV-2亞基因組的發現是一致的，因此也最有可能是逆轉錄和整合的靶點。

　　

　　有了數據支持，該研究團隊後續進行了細胞實驗，以期找到嵌合機制。

　　為何新型冠狀病毒的嵌合整合會讓科研界驚訝呢，那是因為理論上它不是我們熟悉的B肝、HIV這類能整合的病毒。

　　B肝病毒（HBV），它是DNA病毒，感染人類細胞後，進入細胞核並整合進入人類的DNA，在細胞核裡面形成超螺旋的共價、閉合、環狀DNA分子（covalently closed circularDNA，cccDNA）。

　　

　　cccDNA在細胞核裡面，不容易被抗病毒藥物殺滅，所以，B肝很難根治，吃藥只能抑制B肝病毒複製，不能完全清除病毒。

　　愛滋病病毒/HIV是逆轉錄RNA病毒，愛滋病病毒感染人類細胞之後，需要將RNA逆轉錄成DNA，進入細胞核並整合到人類的DNA中。所以，愛滋病毒很難根治，可以長時間潛伏在人類的身體裡面。

　　

　　
那麼新冠病毒呢？它是一種正鏈RNA病毒，理論上講，新冠病毒進入人體細胞之後，只能在細胞質內合成信使RNA（mRNA），然後合成蛋白質，組裝成為新的病毒，然後從細胞釋放，感染下一個人類細胞。同樣作為RNA病毒，新冠和HIV的不同之處就在於逆轉錄酶。

　　為驗證SARS-CoV-2 RNA的逆轉錄和整合的證據，實驗人員在HEK293T細胞中過表達人LINE-1或HIV-1逆轉錄酶，並用SARS-CoV-2感染轉導的細胞。

　　然後通過PCR或螢光原位雜交（FISH）測試細胞的病毒序列。純化的細胞DNA的PCR擴增結果顯示，在具有人LINE-1或HIV-1 逆轉錄酶過表達的細胞中出現陽性凝膠帶，而在未轉染或未感染的細胞中則沒有。

　　前面我們就提到，SARS-CoV-2核衣殼(N)序列最有可能是逆轉錄和整合的靶點。研究團隊通過凝膠純化的細胞基因組DNA的qPCR實驗，證實了細胞的gDNA中的N序列的存在。

　　

　　然後，研究團隊通過靶向N的螢光團標記的寡核苷酸探針技術，進行單分子RNA-FISH（smRNA-FISH）。結果顯示，SARS-CoV-2感染的細胞顯示了預期的N RNA胞質FISH信號，這表明SARS-CoV-2 N RNA確實通過細胞內源性RT活性整合。

　　在含細胞因子的條件培養基處理細胞，PCR結果發現內源性LINE-1表達有約2-3倍的上調表達。以上結果表明，在病毒感染或暴露於細胞因子的細胞中，LINE-1的表達受到誘導，這揭示了SARS-CoV-2在人類細胞中逆向整合的分子機制。

　　綜上，該研究給出了SARS-CoV-2感染後整合入人基因組的證據，並解釋了為什麼患者在康復後仍可以繼續產生病毒RNA，並為我們提供了更多有關新冠病毒基因複製的思路。

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