《研究综述:COVID-19如何劫持宿主细胞等》

  • 来源专题:生物安全网络监测与评估
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2020-11-30
  • COVID-19如何劫持宿主细胞

    德国海德堡大学(Heidelberg University)的研究人员进行了详细的成像分析,以确定导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒是如何对感染细胞进行重组的。这只需要24到48小时。他们的图像显示“感染细胞的内膜系统发生了明显而巨大的变化。”“这些系统允许细胞定义不同的隔间和位置。病毒引起膜的变化,所以它可以产生自己的复制细胞器,放大病毒基因组。研究人员将其描述为“大量气泡的聚集:两层膜形成一个大气球。”气球形成了一个屏蔽隔间,病毒基因组在这里繁殖和释放,合并成新的病毒颗粒。

    海德堡大学(Heidelberg)传染病分子病毒学系教授拉尔夫·布拉滕施拉格(Ralf Bratenschlager)说:“到目前为止,我们可以预计冠状病毒将变得具有季节性。”“因此,迫切需要开发和实施针对该病毒的预防和治疗策略。”

    这些变化是在感染后几小时内观察到的。因为他们相信这可能是新疗法的关键,他们表示希望3D结构信息和他们收集的其他数据能让每个人都能使用。

    “我相信,我们正在与科学界共享我们产生的所有数据,这是一个先例,”海德堡电子显微镜核心设备的负责人、团队负责人Yannick Schwab说。“通过这种方式,我们可以支持研究SARS-CoV-2如何与其宿主相互作用的全球努力。”

    COVID-19和嗅觉

    COVID-19的一个特殊特征是丧失嗅觉和味觉,影响约80%的患者。为什么,怎么做,为什么?早期有人担心它会影响中枢神经系统,但越来越多的数据表明它影响了鼻上皮。嗅觉神经元没有ACE2受体,这是SARS-CoV-2病毒感染细胞的主要方式,但支持嗅觉神经元的支撑细胞有。这些细胞参与了粘液中盐离子的平衡,神经元需要这些盐离子向大脑发送信号。当干扰时,它会关闭神经元信号和嗅觉。在最近对携带SARS-CoV-2的金色叙利亚仓鼠的实验中,支持细胞被迅速感染,但嗅觉神经元没有。但是嗅觉上皮完全脱落,影响了具有嗅觉感受器和探测气味的纤毛。目前还不清楚这种破坏是由病毒本身引起的,还是由免疫细胞对病毒的反应引起的。病毒是如何影响味觉的就更不清楚了。味觉感受器细胞也没有ACE2感受器,但舌头上的支持细胞有。

    分子碘漱口水对COVID-19有效

    犹他州立大学抗病毒研究所的研究人员比较了四种漱口水的抗病毒功效。美国牙科协会推荐两种,1.5%的过氧化氢和0.2%的聚维酮碘。另一种是0.12%的洗必泰葡萄糖酸盐(chlorhexidgluconate),获得了美国药学会的认可。第四种是碘国际公司(ioTech International)开发的分子碘口腔漂洗剂,也接受了测试。测试是由大学研究人员在一个3级生物控制实验室进行的。含碘分子100ppm的漱口水在30秒内完全有效。另一组即使在60秒后仍然部分有效。两种碘溶液都不具有细胞毒性。过氧化氢和洗必定葡萄糖酸洗液显示出毒性。

    MMR疫苗可能对COVID-19提供保护

    世界组织在佐治亚州沃特金斯维尔进行的一项新研究提供了支持证据,表明麻疹-腮腺炎-风疹(MMR)疫苗可能提供对COVID-19的保护。他们证明,在以前接种过MMR II疫苗的新冠肺炎患者中,腮腺炎IgG滴度与严重程度呈负相关。MMR II疫苗由默克公司生产,含有麻疹的Edmonston毒株、流行性腮腺炎的Jeryl Lynn (b级)毒株和风疹的Wistar RA 27/3毒株。

    “在42岁以下接种过MMR II疫苗的人群中,我们发现流行性腮腺炎滴度水平与COVID-19严重程度之间具有统计上显著的负相关关系,”该研究的第一作者、世界组织主席Jeffrey E. Gold说。这进一步证明了MMR疫苗可能对COVID-19具有保护作用。这也可以解释为什么儿童的COVID-19病例率比成年人低得多,死亡率也低得多。大多数儿童在12到15个月左右接种第一次MMR疫苗,第二次接种是在4到6岁。”

    解码端粒动力学

    端粒是染色体的末端,由长而重复的DNA序列和结合蛋白组成。如果端粒功能失常,就不能保持染色体的稳定性,从而导致癌症等疾病。端粒缩短也与细胞死亡有关。京都大学的研究人员使用一种新的合成探针来可视化活细胞中的染色体尖端。与其他用于分析端粒的探针不同,这些探针使用了一种合成吡啶咪唑聚酰胺(PIP)探针,可以用于活细胞,不那么耗时,也不会用刺激性化学物质使DNA变性。

    减少COVID-19传播的最有效战略

    西蒙弗雷泽大学的研究人员开发了一个模型,以评估减少COVID-19传播的各种方法的有效性。这些包括身体距离、面具或社交泡沫。他们发现,物理距离是最普遍有效的。社会泡沫和面具更依赖于情况。这项研究创造了“R事件”的概念,即在一个事件中由一个人感染COVID-19的预期人数。这些因素包括传播强度、接触时间、个体距离和混合程度等。然后,他们从各种事件(如聚会、餐饮、夜总会、公共交通和餐馆)的爆发报告中提取数据。他们发现,被感染的可能性很大程度上取决于传播率和在特定环境中所花费的时间。高传输设置包括酒吧、夜总会和过度拥挤的工作场所;低传输设置包括带口罩的公共交通、在餐馆和户外活动时保持距离。他们还指出,在聚会、唱诗班、餐厅厨房、拥挤的办公室、夜总会和酒吧等饱和、高传播率的环境中,口罩和其他屏障可能没有那么有效。

    频繁、快速的检测是造成COVID-19瘫痪的关键

    科罗拉多大学博尔德分校的一项研究发现,在抗击COVID-19方面,测试频率和测试周转时间比测试灵敏度更重要。也就是说,易于获取的快速检测比高灵敏度的实验室检测更有价值,后者可能需要几天才能得到反应(或需要几天才能完成)。他们认为,每周对半数人口进行廉价、快速好转的COVID-19检测,可以在数周内几乎消灭病毒,即使它们的敏感性明显低于黄金标准的PCR检测。从本质上说,更快的数据让人们更早地自我隔离。

    该研究的主要作者、科罗拉多大学博尔德分校计算机科学助理教授丹尼尔·拉尔莫尔(Daniel Larremore)说:“我们的重大发现是,当涉及到公共卫生问题时,最好是今天做一个有结果的不那么敏感的测试,而不是明天做一个有结果的敏感测试。”“与其让所有人呆在家里,这样你就可以确保一个病人不会传播病毒,我们可以让只有那些有传染性的人待在家里,让所有人都可以继续生活。”

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  • 《PNAS:揭示新冠病毒劫持宿主细胞因子NRP1来感染人体细胞》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-06-26
    • 在一项新的研究中,来自英国布里斯托尔大学、爱沙尼亚塔尔图大学和澳大利亚昆士兰大学的研究人员研究了SARS-CoV-2(造成COVID-19大流行的冠状病毒)如何操纵宿主蛋白以渗透到人体细胞中。在确定神经菌毛素-1(Neuropilin-1, NRP1)是SARS-CoV-2感染的宿主因子后,他们描述了这种冠状病毒如何破坏宿主细胞途径以感染人类细胞。相关研究结果于2022年6月13日在线发表在PNAS期刊上,论文标题为“ESCPE-1 mediates retrograde endosomal sorting of the SARS-CoV-2 host factor Neuropilin-1”。 SARS-CoV-2继续对全世界的社区和行业产生重大影响。为了寻找阻断SARS-CoV-2感染的创新策略,这些作者发现作为宿主细胞表面上的一种重要受体,NRP1被SARS-CoV-2劫持以增强感染。 NRP1是一种动态受体,通过识别含有特定神经菌毛素结合序列的蛋白(称为配体)来感知微观的细胞环境。通过模拟这种神经菌毛素结合序列,SARS-CoV-2能够破坏这种受体以增强它进入和感染人体细胞。 在这项新的研究中,在论文共同通讯作者、布里斯托尔大学生命科学学院生物化学系教授Peter Cullen博士、Cullen实验室高级研究员Boris Simonetti博士和Cullen实验室研究助理James Daly博士的领导,这些作者如今确定NRP1及其配体在宿主细胞内被一种称为ESCPE-1的蛋白复合物运输。这种蛋白复合物捕获NRP1并调节它在细胞内不同区室之间的运输。 这一途径的功能仍不完全清楚,但是这些作者发现发现,使用基因编辑从人类细胞中去除ESCPE-1,有效地阻止了大约50%的SARS-CoV-2感染,表明这一过程在感染过程中被这种病毒劫持是有益的。 Pete、Boris和James解释说,“这项新的研究代表了对这种大流行性冠状病毒的理解的进步,以及它如何破坏宿主生物学以感染细胞。SARS-CoV-2使用的这一途径的确定为设计治疗性干预措施开辟了途径,这些干预措施可以防止ESCPE-1和NRP1与这种病毒的刺突蛋白结合以减少感染。” 参考资料: Boris Simonetti et al. ESCPE-1 mediates retrograde endosomal sorting of the SARS-CoV-2 host factor Neuropilin-1. PNAS, 2022, doi:10.1073/pnas.2201980119.
  • 《Science:揭示病毒RNA通过改变形状劫持宿主细胞机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-11-23
    • 在一项新的研究中,来自美国科罗拉多大学安舒茨医学分校的研究人员观察到一种来自雀麦花叶病毒的模拟tRNA的RNA分子如何形成复杂的三维结构,并能够改变它的形状以劫持宿主蛋白。通过使用低温电镜(cryo-EM)技术,这种让科学家们数十年来难以捉摸的过程的细节被揭示出来。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上,论文标题为“A viral RNA hijacks host machinery using dynamic conformational changes of a tRNA-like structure”。 这些研究结果解释了这种分子模拟和形状转换是如何发生的,并强调了低温电镜的新兴力量,使得科学家们能够以更好的方式仔细研究对整个生物学和病毒学至关重要的多功能动态RNA结构。 论文通讯作者、科罗拉多大学安舒茨医学分校的Jeffrey Kieft教授说,“在此之前,我们知道关于病毒模拟tRNA的一些基本情况,但这个例子是一个已存在十年的未解之谜。我们所观察到的结果让我们感到吃惊。在低温电镜取得进展之前,将这一过程可视化观察是非常困难或不可能实现的。通过低温电镜,我们第一次观察到这种病毒RNA的三维形状、它的运动以及它如何与细胞蛋白结合。” RNA分子形成复杂的三维形状,这种形状决定了分子的功能。一些病毒RNA可模拟tRNA的形状---一类在蛋白合成过程中向核糖体输送氨基酸的RNA---作为其劫持宿主细胞的整体策略的一部分。细胞中的tRNA分子呈现“L”形。论文第一作者、科罗拉多大学安舒茨医学分校博士后研究员Steve Bonilla博士说,“我们可视化观察了这种病毒RNA分子的结构,期望看到经典的‘L’形。相反,它形成了一个非常不同的形状,并以一种意想不到的方式与细胞蛋白相互作用,其中涉及到形状的变化。确定为什么会发生这种情况是下一步的研究工作。” 这些作者说道,除了首次观察这一过程外,这项新的研究还强调了低温电镜如今在使这一发现和类似发现成为可能方面所发挥的作用。低温电镜使用电子来观察微小的样本,而且这项新的研究展示了它如今如何能让科学家们研究在健康和疾病中发挥作用并发生动态变化的小型RNA分子的难以捉摸的结构。 Bonilla说,“随着基于RNA疗法的应用日益广泛,三维RNA结构可能是开发新疗法的重要组成部分。未来的治疗可能会以合理的方式使用RNA结构。像这样的研究有助于为探索和思考这种可能性铺平道路。” 参考资料: Steve L. Bonilla et al. A viral RNA hijacks host machinery using dynamic conformational changes of a tRNA-like structure. Science, 2021, doi:10.1126/science.abe8526.