2019新型冠状病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位点

2019年12月,中国武汉报道了2019新型冠状病毒(2019 novel Coronavirus,2019-nCoV)引起的肺炎。基于基因组信息,我们前期研究结果显示2019-nCoV与SARS冠状病毒虽然同属于Beta冠状病毒B亚群(BB冠状病毒),但两种病毒差异较大,这一结果与两者临床症状差异一致。前期研究还发现了BB冠状病毒存在大量的可变翻译,并从分子水平揭示了BB冠状病毒变异快、多样性高的特点。本研究在国际上首次报道Beta冠状病毒S蛋白上的一个重要突变,这个突变使2019-nCoV具有了一个可供Furin蛋白酶切的位点,是大部分Beta冠状病毒(特别是SARS和SARS样(SARS-like)冠状病毒)所不具有的。我们的一个结论是这个突变有可能增强了2019-nCoV侵染细胞的效率,进而使其传播力显著大于SARS冠状病毒。由于这个突变,2019-nCoV的感染机制也会不同于SARS等大部分Beta冠状病毒,而与鼠肝炎冠状病毒、HIV、埃博拉病毒和一些禽流感病毒的感染机制更相似。我们意外发现一些禽流感病毒也可以通过突变获得Furin蛋白酶切位点,这说明自然突变可以引入Furin酶切位点。除此之外,在2019-nCoV的S蛋白中插入的"CGGCGG"序列编码两个精氨酸,然而"CGG"对于宿主(人)来说是蛋白质翻译的稀有密码子。我们的另一个结论是引入Furin蛋白酶切位点的插入突变中包含的"CGGCGG"是传播到人之前形成的;2019-nCoV的中间宿主应该是密码子"CGG"相对使用频率更高的哺乳动物。使用我们提供的密码子"CGG"相对频率表结合2019-nCoV检测阳性的动物样品信息可以准确地确定2019-nCoV的中间宿主。对这个重要突变的后续研究将为揭示2019-nCoV传播力强的原因,以及为药物、抗体和疫苗的开发等工作奠定基础。     

2019新型冠状病毒基因组的生物信息学分析

2019年12月,中国武汉报道了冠状病毒引起的肺炎,其临床症状与2003年爆发的严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS)不同,因此推断该病毒可能是冠状病毒的一个新变种。不同于简单使用全基因组序列的其它研究,我们于2018年在国际上首次提出分子功能与进化分析相结合的研究思想,并应用于Beta冠状病毒B亚群(BB冠状病毒)基因组的研究。在这一思想指导下,本研究使用BB冠状病毒基因组中的一个互补回文序列(命名为Nankai complemented palindrome)与其所在的编码区(命名为Nankai CDS)对新发布的2019新型冠状病毒基因组(GenBank:MN908947)进行分析以期准确溯源,并对BB冠状病毒的跨物种传播和宿主适应性进行初步研究。溯源分析的结果支持2019新型冠状病毒源自蝙蝠,但与SARS冠状病毒差异巨大,这一结果与两者临床症状差异一致。本研究的最重要发现是BB冠状病毒存在大量的可变翻译,从分子水平揭示了BB冠状病毒变异快、多样性高的特点。从BB冠状病毒可变翻译中获取的信息可应用于(但不限于)其快速检测、基因分型、疫苗开发以及药物设计。另外,我们推断BB冠状病毒可能通过可变翻译以适应不同宿主。基于大量基因组数据的实证分析,本研究在国际上首次从分子水平尝试解释了BB冠状病毒变异快、宿主多且具有较强的宿主适应性的原因。