新冠病毒疑似人工插入基因片段PRRA增強了傳播力

多篇學術論文論證結果相近

【新唐人北京時間2020年03月11日訊】武漢新冠病毒在全球持續蔓延,截止2月19日,僅中國確診的新冠肺炎患者就已超過7萬人,但病毒的來源卻始終撲朔迷離,多國世界科學家在竭力研究武漢新冠病毒的機理機制,近期科學家研究有了新進展。

南開大學高山、阮吉壽團隊,貝勒醫學院與德州大學安德森癌症中心基因組團隊,美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Jason S. McLellan團隊等多個學術團隊發表多篇學術論文指出,新冠病毒中存在獨有的基因片段PRRA,疑似人工插入。這個基因片段PRRA可能引入了一個可供Furin蛋白酶切的位點,這種變異可以增強新冠病毒的傳播能力。

新冠病毒基因序列比較發現PRAR片段(微博截圖)

1月27日,南開大學高山、阮吉壽等在中國預印本ChinaXiv發表題為:《武漢2019冠狀病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位點》的論文。

該論文在國際上首次報道此次新冠病毒的一個重要變異,即插入了一個4個胺基酸殘基(PRRA,即脯氨酸-精氨酸-精氨酸-丙氨酸),這個變異引入了一個可供Furin蛋白酶切的位點,是此前所有發現的SARS和SARS樣(SARS-like)冠狀病毒所不具備的。這種變異有可能增強了新冠病毒的傳播能力。


論文《武漢2019冠狀病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位點》(ChinaXiv網站截圖)

該研究的主要結論:

(1)新型冠狀病毒S蛋白可能存在Furin 蛋白酶切位點,其包裝機制有可能與鼠肝炎冠狀病毒、HIV、埃博拉病毒等的包裝機制相同,而不同於SARS 等其它大部分β冠狀病毒;

(2)由於包裝機制的改變,新型冠狀病毒S蛋白獲得了更高的侵染細胞的效率,這可能是其傳播能力大於SARS 冠狀病毒的一個原因;

(3)一些禽流感病毒也可以通過突變獲得一個Furin 蛋白酶切位點PRAR,以提高其侵染細胞的效率。

無獨有偶, 2月13日,美國學者在生物學預印本平台bioRxiv發表了名為《Evidence of recombination in coronaviruses implicating pangolin origins of nCoV-2019》的論文,論文的第一作者是Matthew C. Wong貝勒醫學院分子病毒學和微生物學系 Alkek 宏基因組和微生物組研究中心的學生,第二作者Nadim J. Ajami是大名鼎鼎的德州大學安德森癌症中心基因組。


論文《Evidence of recombination in coronaviruses implicating pangolin origins of nCoV-2019》(bioRxiv網站截圖)

該論文的摘要和思路是:

新型冠狀病毒 Ncov-2019的基因組分析表明,2013年從蝙蝠體內分離到的一種冠狀病毒(RaTG13)有96% 的相似性,但是這兩個基因組的受體結合序列(RBM)的相似性很低。 這一分歧意味著 nCoV-2019中 RBM 編碼序列的可能替代源。 我們發現 nCoV-2019和來自穿山甲的病毒宏基因組數據庫重建的冠狀病毒基因組在 RBM 中具有高度的序列相似性,論文還發現了新型冠狀病毒 Ncov-2019有一個所有其他冠狀病毒都不存在的基因片段,Pro-Arg-Arg-Ala,PRRA。該論文的結論是:新型冠狀病毒可能是一個重組的病毒,nCoV-2019的起源比較複雜。


新冠病毒獨有基因片段PRRA(微博截圖)

針對以上兩篇論文,2月15日復旦大學現代人類學實驗室嚴實博士在微博上就新冠病毒中特有的基因片段PRRA做出如下分析:

嚴實博士認為,這個內切位置正好是新型冠狀病毒Covid-19和其它所有毒株,包括與其最近的雲南蝙蝠冠狀病毒 RaTG13都不同的(穿山甲在這段和Covid-19更遠)。新型冠狀病毒4個殘基就是12個核苷酸鹼基,並不是一種很容易發生的突變。而這一突變正好造成了一個furin內切酶識別位點。

furin是一種蛋白內切酶,識別的蛋白序列為RXXR(R是精氨酸,X是任一殘基)。PRRA加上後面緊跟著的R正好形成了furin識別位點,是在保守區引入了這樣一個插入,形成了識別位點。而印度團隊的分析不靠譜,是因為他們分析說有插入的地方太不保守,不同毒株什麼樣的長度都有。但這次是只有Covid-19與別的株不同。)因為這個地方正好是切開兩個蛋白亞基,多兩個少兩個殘基一般並不很影響蛋白構像。

再看,這個位點會不會是被人有意引入的呢?結果發現,2009年真就有人做過實驗了,發在PNAS上,就是把SARS在這個位置的RSTSQ變成了RRSRR,即引入了furin識別位點(原先是胰蛋白酶(trypsin)的識別位點)。結果發現病毒侵染效率提高了。所以,這個地方真的很像人工設計的了。不過現在還沒有一個除這個位點以外其它部分都特別像Covid-19的母本病毒序列被公布。


復旦大學嚴實博士關於新冠病毒中特有的基因片段PRRA的分析(微博截圖)

其後嚴實博士又補充說明:這個多出來的PRRA確實不像自然演化的產物,而很符合人為設計的特徵,但我也不能完全說這就不是自然演化,碰巧了。

而在同一天,來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Jason S. McLellan團隊在預印版平台bioRxiv發布了一篇引爆網絡的論文《Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation》,多家媒體都報道了該團隊利用冷凍電鏡技術分析了新冠病毒(SARS-CoV-2)表面刺突糖蛋白(S蛋白)的近原子結構,並發現新冠病毒與人類血管緊張素轉化酶2(ACE2)的親和力為SARS病毒的10-20倍。


論文《Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation》(bioRxiv網站截圖

但大多沒有報道論文中其他重要研究成果。該論文稱,研究顯示和蝙蝠RaTG13的S蛋白最顯著的變化是新冠病毒具有S1/S2蛋白酶切割點位PRRAR(furin蛋白酶識別位點胺基酸序列,而不是單個精氨酸。這一現象在流感病毒中較為普 其中高毒力禽流感病毒較為普遍,其中入流感病毒常發生流感血凝素蛋白的關鍵位置上產生多Furin蛋白酶位點的胺基酸插入。除了在S1/ S2連接處的胺基酸殘基差異外,新型冠狀病 毒和RaTG13 S蛋白還存在29個胺基酸殘基的 差異,其中17個位於受體結合的RBD部位。 這些觀察與之前的很多序列分析結果是一致 的。


新冠病毒S蛋白S1/S2 PRRAR(論文截圖)

總結四篇論文學者的觀點,我們可以得到這樣的結論:

新冠病毒Covid-19和蝙蝠病毒及SARAS病毒等多個病毒比較,新冠病毒在S1/ S2連接處插入了4個胺基酸殘基PRRA,這個PRRA加上後面緊跟著的R正好形成了furin識別位點,這種變異有可能增強了新冠病毒的傳播能力。而這一現象在流感病毒中較為普遍。南開大學高山、阮吉壽團隊認為新冠病毒的包裝機制有可能與鼠肝炎冠狀病毒、HIV、埃博拉病毒等的包裝機制相同,而不同於SARS 等其它大部分β冠狀病毒。包裝機制的改變,使得新型冠狀病毒S蛋白獲得了更高的侵染細胞的效率,美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Jason S. McLellan團隊的結論是新冠病毒的S蛋白與細胞ACE2的親和力是SARS-CoV的10-20倍。嚴實博士認為這個多出來的PRRA確實不像自然演化的產物,而很符合人為設計的特徵。新型冠狀病毒可能是一個重組的病毒,nCoV-2019的起源比較複雜。

以上相關論文在中國的微博上引起了熱議,有相當多的生物學學者參與學術討論,但一天後相關的學術討論微博不是被刪除就是做科普的生物學博主被禁言。這不禁令人匪夷所思。

參考文獻:

《武漢2019冠狀病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位點》http://www.chinaxiv.org/abs/202002.00004

《Evidence of recombination in coronaviruses implicating pangolin origins of nCoV-2019》 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.07.939207v1

《Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation》https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1

(轉自希望之聲/責任編輯:葉萍)

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