石正丽新研究:病毒与宿主间有进化"军备竞赛"

2020-05-23 07:10:26  来源:澎湃新闻  

(原标题:石正丽新研究:病毒与宿主间有进化军备竞赛,需持续监控蝙蝠)

石正丽等中国科学家发现:进化的“军备竞赛”(arms race)塑造了病毒及其受体的多样性。鉴定涉及种间传播的关键残基对于预测潜在的病原体、了解病毒如何从野生动物向人类跃迁,非常重要。

以前,研究者已经在中华菊头蝠中鉴定出具有不同遗传特征的SARS相关冠状病毒(SARSr-CoV)。而这份最新研究还展现了中华菊头蝠种群中蝙蝠受体ACE2(血管紧张素转化酶2)的高度多样性。这些ACE2变体支持SARS病毒和SARS相关冠状病毒的感染,但对不同刺突蛋白具有不同的结合亲和力。SARS相关冠状病毒刺突蛋白对人ACE2拥有更高结合亲和力,显示这些病毒具有向人类跃迁传染的能力。ACE2和SARS相关冠状病毒刺突蛋白之间的界面处残基的正向选择,表明它们之间存在长期和持续的协同进化动力学。因此,持续监视蝙蝠中的这一组病毒对于预防下一个SARS样疾病非常必要。

以上研究来自中科院武汉病毒所石正丽团队与福建师范大学生命科学学院欧阳松应教授在预印本平台bioRxiv上发表的论文:Evolutionary arms race between virus and host drives genetic diversity in bat SARS related coronavirus spike genes。

中华菊头蝠是SARS病毒的宿主,其体内还携带多种SARS相关冠状病毒。这些病毒具有高度的遗传多样性,尤其是病毒的刺突蛋白基因。尽管有着不同程度的变异,一些蝙蝠SARS相关冠状病毒仍可以利用人类受体ACE2进入人体细胞。研究者推测,蝙蝠的ACE2受体和SARS相关冠状病毒刺突蛋白之间,有着相互作用,而这驱动了SARS相关冠状病毒的遗传多样性。

研究者鉴定出了一系列中华菊头蝠ACE2变异体,这些变异体中有一些与SARS-CoV刺突蛋白有相互作用的多态位点。携带不同刺突蛋白的伪病毒或SARS相关冠状病毒,在表达了蝙蝠ACE2变体的细胞中有着不同的瞬时感染效率。通过测定SARS病毒、SARS相关冠状病毒刺突蛋白与蝙蝠受体、人类受体分子之间的结合亲和力,能观察到相关的结果。

所有被测试的蝙蝠SARS相关冠状病毒刺突蛋白与人ACE2的结合亲和力,均高于其对蝙蝠ACE2的结合亲和力。不过SARS相关冠状病毒刺突蛋白与人ACE2的结合亲和力,比SARS-CoV刺突蛋白与人ACE的亲和力低10倍。

结构建模表明,刺突和ACE2之间的结合亲和力差异可能是由于这两个分子界面中某些关键残基的改变而引起。分子进化分析表明,这些残基处于强的正选择。

这些结果表明SARS新冠病毒刺突蛋白和蝙蝠ACE2可能随着时间的推移而互相进化,并经历彼此的选择压力,从而触发了进化的“军备竞赛”动力学。这进一步证明了,中华菊头蝠是SARS相关冠状病毒的天然宿主。