作者：代絲雨 & BioTalker

　　近日，一種現身于武漢的神秘病毒正牽動著全世界的關注。根據武漢衛健委在 21 日凌晨的通報，武漢本地已報告新型冠狀病毒感染肺炎病例 198 例，國內在北京、廣州等其他城市和地區也有新增病例報告。

　　截至目前，這種被世界衛生組織正式命名為 2019-nCoV（后文稱：武漢新型冠狀病毒）的新型冠狀病毒的起源和傳播尚不明確。

　　今日，中國科學院上海巴斯德研究所郝沛研究員、軍事醫學研究院國家應急防控藥物工程技術研究中心鐘武研究員和中科院分子植物卓越中心合成生物學重點實驗室李軒研究員合作，在《中國科學：生命科學》英文版在線發表論文，為武漢新型冠狀病毒的進化來源和傳染人的機制給出了學術解釋[1]。

　　這是了解武漢新型冠狀病毒病毒起源、原生宿主以及評估病毒在物種間或人類之間公共傳播風險的重要一步。

論文封面

　　2019 年 12 月 29 日，武漢市衛健委首次報告了武漢市集中性肺炎病例的發生；2020 年 1 月 10 日至今，共有 6 組武漢新型冠狀病毒基因組序列發布。

　　研究者們將武漢新型冠狀病毒序列與已知感染人類的冠狀病毒，即 SARS 和中東呼吸綜合癥（MERS）進行了比較。

　　6 個武漢新型冠狀病毒序列幾乎完全一致，其與 SARS 的同源性更高，相似性約為 70%，與 MERS 相似性約為 40%。序列差異主要在 ORF1a 和編碼S-蛋白的 spike 基因上，這是冠狀病毒與宿主細胞作用的關鍵蛋白。

　　為了進一步了解武漢新型冠狀病毒的起源及與其他冠狀病毒的關系，研究者對病毒序列做了遺傳分析，發現武漢新型冠狀病毒在系統發育樹上屬于 Beta 冠狀病毒屬（Betacoronavirus）。

　　Beta 冠狀病毒是一類有包膜的單鏈 RNA 病毒，可以感染野生動物、畜類和人類，常見感染但無明顯癥狀。

　　武漢新型冠狀病毒與 SARS 及 SARS 樣冠狀病毒群在進化上非常“親密”，擁有共同的外類群，可以推斷它們的共同祖先是一類寄生于蝙蝠的冠狀病毒。因此研究者推測武漢新型冠狀病毒的原生宿主為蝙蝠，不過從蝙蝠到人可能還存在更多的中間宿主。

　　從上面的數據可以看出，武漢新型冠狀病毒與 SARS 的差異還是比較大的，和 MERS 就更大了。這就帶來了下一步的問題：武漢新型冠狀病毒的傳播機制和 SARS/MERS 相似，還是擁有全新的傳播機制呢？

進化樹

　　冠狀病毒的S-蛋白，一般由 S1 和 S2 兩個功能單元組成。

　　其中S1 是負責結合宿主細胞上的特定受體，促進病毒感染。S1 包含兩個結構域，一個是N端結構，另一個是與宿主細胞受體直接相互作用的C端的 RBD 結構域。

　　也就是說，要搞清楚武漢新型冠狀病毒是如何感染人類的，搞清楚蛋白的 RBD 結構域是關鍵。

　　雖然從總體上看，武漢新型冠狀病毒的S-蛋白與 SARS 的同源性比較低（76.47%），但是單從 RBD 這個結構域看的話，同源性卻非常高。與 MERS 相比的話，同源性非常低。如此一來，MERS 之前的研究成果就不在考慮范圍之內了。

　　科學家早已知道，在 SARS 而言，決定它是否能在人與人之間傳播的關鍵是S-蛋白中的 442、472、479、487 和 491 位這 5 個氨基酸殘基。

　　遺憾的是，對于武漢新型冠狀病毒而言，這 5 個關鍵位點里面，只有 491 與 SARS 一樣，其余四個全都不一樣。

S蛋白結構的差異

　　既然如此，那么武漢冠狀病毒還能像 SARS 那樣，通過S-蛋白與人體細胞的 ACE2 結合，以實現傳染的目的呢？如果能的話，這種變異后的相互作用對人與人之間的傳播而言，風險到底有多強呢？

　　很顯然，這個問題非常關鍵。

　　為了解決這個問題。研究人員基于 SARS 的S-蛋白結構，對武漢新型冠狀病毒做了結構模擬，然后基于 SARS 與 ACE2 組成復合晶體的結構，評估武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人類 ACE2 分子相互作用的能力。

武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人 ACE2 結合的預測模型

　　研究結果讓研究人員感到吃驚。

　　雖然，武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人 ACE2 之間的結合自由能為-50.6 kcal/mol，比 SARS 的-78.6 kcal/mol 高了 28 kcal/mol。相較而言，武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人體 ACE2 的結合相對較弱，但是這個親和力仍被認為是很強的。

　　你看，武漢新型冠狀病毒雖然換掉了 4 個關鍵蛋白，但是與人 ACE2 的親和力還是很強。

　　研究人員在吃驚之余，又仔細的比較了 SARS 的S-蛋白與武漢新型冠狀病毒的S-蛋白結構，結果發現，雖然替換了 4 個關鍵氨基酸，但是結構并沒有發生變化，二者 RBD 結構域的 3D 結構幾乎相同。

　　難怪和 SARS 那么像。

　　這個研究說明武漢新型冠狀病毒應該是通過S-蛋白與人 ACE2 相互作用，來感染人的呼吸道上皮細胞。而且，這個結果也暗示，武漢新型冠狀病毒有很強的對人感染能力。

　　總的來說，本研究為我國醫務人員科學防控武漢新型冠狀病毒，以及開發檢測和干預技術手段奠定了科學理論基礎。

總結

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