2020年2月11日訊/
生物谷BIOON/---世界衛生組織（WHO）將一種新型冠狀病毒命名為「2019年新型冠狀病毒（2019-nCoV）」。它是最近於2019年12月初在中國湖北省武漢市開始的肺炎疫情的罪魁禍首。這次疫情與一家大型的海鮮和動物市場有關，目前正在開展調查以確定這種病毒感染的來源。迄今為止，中國已經確診了成千上萬例人類感染病例並向全球傳播了許多病例。
冠狀病毒主要引起呼吸道和胃腸道感染，並且在
遺傳學上被分為四個主要的病毒屬：甲型冠狀病毒（Alphacoronavirus）、乙型冠狀病毒（Betacoronavirus）、丙型冠狀病毒（Gammacoronavirus）和丁型冠狀病毒（Deltacoronavirus）。前兩個屬主要感染哺乳動物，而後兩個屬主要感染鳥類。人們先前已鑑定六種人類冠狀病毒，包括HCoV-NL63和HCoV-229E，它們屬於甲型冠狀病毒；HCoV-OC43、HCoV-HKU1、嚴重急性呼吸症候群（SARS）冠狀病毒（SARS-CoV）和中東呼吸症候群（MERS）冠狀病毒（MERS-CoV），屬於乙型冠狀病毒。直到2003年SARS大流行、2012年MERS疫情和近期的2019-nCoV疫情發生後，冠狀病毒才引起全球關注。SARS-CoV和MERS-CoV被認為是高致病性的，而且SARS-CoV和MERS-CoV可能由蝙蝠傳播給果子狸或單峰駝，最後傳播給人類。
冠狀病毒的基因組大小在26000至32000個鹼基之間，包括可變數量（6至11個）的開放閱讀框（ORF）。第一個ORF大約佔整個基因組的67%，編碼16種非結構蛋白（non-structural protein, nsp），剩下的ORF編碼輔助蛋白和結構蛋白。四種主要的結構蛋白是刺突表面糖蛋白（S）、小包膜蛋白（E）、基質蛋白（M）和核衣殼蛋白（N）。S蛋白在結合到宿主細胞表面上的受體中起著至關重要的作用，並且決定著宿主趨向性。
SARS-CoV的S蛋白和MERS-CoV的S蛋白通過不同的受體結合結構域（RBD）與不同的宿主受體結合。SARS-CoV使用血管緊張素轉換酶2（ACE2）作為主要受體之一，並使用CD209L作為替代受體，而MERS-CoV使用二肽基肽酶4（DPP4，也稱為CD26）作為主要受體。初步分析提示著2019-nCoV與蝙蝠SARS樣冠狀病毒（SARS-like CoV）具有密切的進化關聯性。
在一項新的研究中，來自中國醫學科學院北京協和醫學院、中國疾病預防控制中心病毒病預防控制所、中南大學、蘇州大學和湖南大學的研究人員根據新冠狀病毒2019-nCoV---的前三個已確定的基因組，即Wuhan/IVDC-HB-01/2019（GISAID登錄號：EPI_ISL_402119）（HB01），Wuhan/IVDC-HB-04/2019（ EPI_ISL_402120）（HB04）和Wuhan/IVDC-HB-05/2019（EPI_ISL_402121）（HB05），對這種病毒進行了深入的基因組注釋，並與相關冠狀病毒進行了比較，這些相關冠狀病毒包括1008個人SARS-CoV，338個蝙蝠SARS-like CoV和3131個人MERS-CoV，它們的基因組在2020年1月12日（發布日期：2019年9月12日）之前已在病毒病原體資料庫（Virus Pathogen Database）、分析資源（Analysis Resource, ViPR）（http://www.viprbrc.org）和美國國家生物技術信息中心（NCBI）上發表。相關研究結果於2020年2月7日在線發表在Cell Host & Microbe期刊上，論文標題為「Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China」。
對這三種2019-nCoV毒株的基因組序列進行比較顯示它們幾乎是一樣的，在大約29.8 kb的基因組中僅有5個核苷酸不同。對2019-nCoV基因組進行注釋後發現它有14個ORF，編碼27種蛋白（圖1A）。位於這種基因組5'末端的orf1ab和orf1a基因分別編碼pp1ab和pp1a蛋白。這兩種蛋白總共包含15種nsp，具體為nsp1至nsp10和nsp12至nsp16（圖1A）。這種基因組的3'端包含四種結構蛋白（S、E、M和N）和八種輔助蛋白（3a、3b、p6、7a、7b、8b、9b和orf14）。在胺基酸水平上，2019-nCoV與SARS-CoV非常相似，但也有一些顯著差異。比如，8a蛋白存在於SARS-CoV中，而在2019-nCoV中不存在；8b蛋白在SARS-CoV中為84個胺基酸，但在2019-nCoV中則較長，為121個胺基酸；3b蛋白在SARS-CoV中為154個胺基酸，但在2019-nCoV中則較短，只有22個胺基酸。還需開展進一步的研究來闡明這些差異如何影響2019-nCoV的功能和發病機理。
圖1.2019-nCoV的基因組組成和系統進化樹，圖片來自Cell Host & Microbe, 2020, doi:10.1016/j.chom.2020.02.001。
正如利用分子進化
遺傳學分析（MEGA）（版本7.0）構建出的基於全基因組的系統進化樹（圖1B和S2）所顯示的那樣，2019-nCoV與MERS-CoV、蝙蝠SARS-like CoV和SARS-CoV處於相同的乙型冠狀病毒進化枝中。這種系統進化樹分為兩個進化枝。乙型冠狀病毒屬構成一個進化枝，而甲型冠狀病毒、丙型冠狀病毒和丁型冠狀病毒屬構成另一個進化枝。2019-nCoV與蝙蝠SARS-like CoV平行進化，而SARS-CoV由蝙蝠SARS-like CoV進化而來，這表明就全基因組序列而言，相比於SARS-CoV，2019-nCoV與蝙蝠SARS-like CoV存在更密切的親緣關係。
相關數據還顯示2019-nCoV的基因組與蝙蝠SARS-like CoV（MG772933）的基因組具有最高相似性。相比之下，2019-nCoV與MERS-CoV的進化距離較遠，親緣關係也不密切。針對pp1ab、pp1a、E、M、7a和N基因的編碼蛋白的系統進化樹分析顯示2019-nCoV最接近於蝙蝠SARS-like CoV（圖1C）。就S基因而言，2019-nCoV最接近於蝙蝠冠狀病毒，而它的3a和8b基因都最接近於SARS-CoV。儘管不論是在整個基因組上還是在單個基因上的系統進化樹分析都明確表明，2019-nCoV與蝙蝠SARS-like CoV存在最密切的親緣關係（圖1B和1C），但是這些研究人員沒有發現單個蝙蝠SARS-like CoV毒株含有的所有蛋白都與2019-nCoV最為相似（圖1B和1C）。
鑑於2019-nCoV與SARS-CoV或蝙蝠SARS-like CoV之間存在密切的親緣關係（圖1B和1C），對不同蛋白中胺基酸替換的研究可能能夠揭示2019-nCoV在結構和功能上與SARS-CoV有何不同。在2019-nCoV（HB01）的胺基酸序列與SARS-CoV和蝙蝠SARS-like CoV的對應共有序列（consensus sequence）之間共有380個胺基酸替換（圖2）。在nsp7蛋白、nsp13蛋白、E蛋白、M蛋白、輔助蛋白p6和8b中均未發生胺基酸替換。nsp3和nsp2中分別有102個和61個胺基酸替換。此外，在長1273個胺基酸的S蛋白中發現了27個胺基酸替換，包括RBD中的胺基酸區域357-528有6個胺基酸替換，在基礎亞結構域（SD）中的胺基酸區域569-655有6個胺基酸替換。此外，在受體結合亞基S1結構域的C端（圖2）存在的4個胺基酸替換（Q560L、S570A、F572T和S575A）位於兩個以前被報導為SARS-CoV抗原的肽中。
圖2.2019-nCoV相比於SARS-CoV和SARS-like CoV發生的胺基酸替換，圖片來自Cell Host & Microbe, 2020, doi:10.1016/j.chom.2020.02.001。
由於對這種新型病毒的了解非常有限，這些研究人員無法對2019-nCoV與SARS-CoV或SARS-like CoV之間存在的大量胺基酸替換給出合理的解釋。比如，2019-nCoV和SARS-CoV中與人受體ACE2蛋白直接相互作用的受體結合基序中不存在胺基酸替換，但在RBD的其他區域發生了六個突變。與SARS-CoV相比，這些差異是否會影響2019-nCoV的宿主趨向性和傳播特性值得在未來開展進一步的研究。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Aiping Wu et al. Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China. Cell Host & Microbe, 2020, doi:10.1016/j.chom.2020.02.001.