新冠「基因團夥」作案揭秘:有「護衛」「衝鋒兵」「運輸兵」

2020-12-01 澎湃新聞

新冠「基因團夥」作案揭秘：有「護衛」「衝鋒兵」「運輸兵」

張積森/科技日報

2020-02-12 08:25

冠狀，指病毒的獨特形狀，作為一種大型病毒家族，冠狀病毒常見於哺乳類和鳥類中。

與動植物基因組相比，2019新型冠狀病毒（2019-nCoV）基因組實在太簡約，但並不簡單。那麼，2019-nCoV基因組中的這幾個基因又是怎樣「朋比為奸」的？

2019-nCoV基因組簡約但並不簡單

根據NCBI資料庫中，2019-nCoV的NC_045512.2版本，2019新型冠狀病毒的基因組序列是具有29903bp的單鏈RNA（ss-RNA）。這麼少的遺傳信息物質，卻擁有10個基因，並經濟高效地編碼了這10個蛋白，而在許多高等生物中一個長點的基因就可以是30Kbp以上，可見這個病毒RNA基因組的簡約。我們人類擁有30億個鹼基對、2萬多個基因，但在2019-nCoV用不到人類萬分之一的鹼基序列、二千分之一的基因的攻擊下，我們卻節節潰敗，這就是它的不簡單。

在2019-nCoV基因組中，最長基因編碼4405個胺基酸，這個蛋白是非結構性多蛋白，包括多個複製酶功能域。複製酶是一種依賴於RNA的RNA聚合酶，RNA聚合酶是RNA生成的催化劑。由於2019-nCoV不存在RNA病毒複製所需的RNA聚合酶，只有進入宿主細胞後，直接以病毒基因組RNA為翻譯模板，表達出病毒RNA聚合酶。進而是應用這個酶完成負鏈亞基因組RNA的轉錄合成、各種結構蛋白mRNA的合成，從而進行病毒基因組RNA的複製。

冠狀病毒感染會重新排列宿主細胞膜，以組裝複製/轉錄複合體，在其中發生病毒基因組的複製和病毒mRNA的轉錄。在之前的基因組研究中，報告過已知nsp3和nsp4的共存會引起膜重排，但尚不清楚這兩種蛋白相互作用的潛在機制。通過使用SARS-CoV的感染性cDNA克隆和複製子系統，nsp3-nsp4相互作用的喪失消除了病毒複製。所以如果能改變這個基因的複製酶功能域，或許可以揭示治療乙型冠狀病毒感染的抗病毒靶標。

2019-nCoV裡的「護衛」「衝鋒兵」「運輸兵」

在冠狀病毒基因組中，有三個基因是該病毒的「護衛」「衝鋒兵」以及「運輸兵」。

第一個S基因，編碼刺突糖蛋白，這是用於包病毒的外殼的蛋白。第二個M基因，編碼膜糖蛋白，負責營養物質的跨膜運輸、新生病毒出芽釋放與病毒外包膜的形成。另外E基因，是很短的編碼75個胺基酸的小包膜糖蛋白，可以與包膜結合的蛋白。這三個傢伙就形成了病毒蛋白的脂肪膜，把這個病毒「老大」（30K的單鏈RNA）給包起來。其實單鏈的RNA是十分不穩定，且容易變異，而且由於人體有大量的RNA酶會迅速消滅RNA，它只有在蛋白外殼的保護和引導下，才能進入人體「撒野」。

此外，該基因組中，如ORF3a和近緣病毒不同株系比對顯得更「積極」，相似度為75%—91%，應該是冠狀病毒變異的先驅基因，但功能不太明確；ORF7a是一個單次穿膜蛋白，和最近緣病毒的同源基因相似度較高，在84%以上，這個基因可能是冠狀病毒的基本功能基因，從而序列較保守；ORF8是一個很詭異的基因，功能不太明確，但蛋白序列變異大，可能受自然選擇壓力較小，要不然變異率不會這麼高；ORF10是一個核衣殼磷蛋白，該蛋白將病毒基因組包裝到螺旋核糖核衣殼（RNP）中，並在病毒自組裝過程中起基本作用。它是一種具有多種活性的蛋白質，與近緣病毒的同源基因相似度高達90%，這可能是因為該基因負責著病毒基因組包裝的看家功能。

2019-nCoV與最近緣病毒的全基因組相似覆蓋度為88%，相似度為82%。由於病毒沒有化石，很難從基因組分化的角度判斷不同病毒世代變異率。因而，2019-nCoV和地球的許多病毒一樣，長期在人類周圍，人類永遠無法真正意義地「消滅」它們，只能驅離這10個基因早點遠離我們的基因，從而避免它們進入人體當起「統治者」，指導裡面2萬多個基因裡的部分「叛變者」的產物為它服務。

（作者系福建農林大學海峽聯合研究院基因組中心常務副主任、教授 原標題 2019新型冠狀病毒「基因團夥」作案手法揭秘）

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關鍵詞 >> 新型冠狀病毒肺炎,基因

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