《研究人员提高对 COVID-19 病毒和未来变种的理解》

  • 编译者: 张玢
  • 发布时间:2023-11-27
  • 英国研究与创新机构 (UKRI) 科技设施委员会 (STFC) 哈特里中心 (Hartree Centre) 和 IBM 的研究人员为了解 SARS-CoV-2 病毒及其未来变种提供了宝贵的见解。发表在《生物物理杂志》上的研究结果使人们深入了解了病毒蛋白质在分子水平上的行为方式,以及导致病毒进化的物理因素。研究人员利用哈特里国家数字创新中心(Hartree National Centre for Digital Innovation)的强大计算机,通过大规模分子模拟来了解SARS-CoV-2病毒尖峰蛋白及其与人体细胞的相互作用。这项研究建立在早些时候与牛津大学和钻石光源的合作基础之上,它揭示了与原始武汉病毒株和两个Omicron亚变异株相比,Omicron变异株的基因变化如何导致尖峰蛋白在分子水平上的结构差异。导致 COVID-19 大流行的 SARS-CoV-2 病毒与其他病毒一样,在其整个生命周期中都会发生基因突变。虽然大多数变异对病毒的影响微乎其微,但有些变异会显著改变病毒的特性,从而影响病毒的传播和疾病的严重程度。此外,病毒的变异还会影响疫苗对它们的作用。研究小组还研究了聚糖,这是一种与人体细胞相连的分子,会影响病毒与细胞的相互作用。他们发现,突变会引发聚糖促进结合过程,使病毒在人体细胞中的结合更加有效,从而为病毒的快速传播提供了解释。通过在分子水平上进一步了解病毒变异及其如何使病毒进化,再结合其他工具,这些发现有望预测未来可能出现的新变异和变种,并为之做好准备。

相关报告
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    • 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:2020-03-24
    • 根据发表的发现,去年在中国武汉市出现的新型SARS-CoV-2冠状病毒是自然进化的产物,自那以后引起了大规模的COVID-19流行并传播到其他70多个国家。今天在《自然医学》杂志上发表 对来自SARS-CoV-2和相关病毒的公共基因组序列数据的分析发现,没有证据表明该病毒是在实验室中制造或以其他方式设计的。 “通过比较已知冠状病毒株的可用基因组序列数据,我们可以坚定地确定SARS-CoV-2来自自然过程,” Scripps Research免疫学和微生物学副教授Kristian Andersen博士说。纸。 除了Andersen之外,图兰大学的Robert F. Garry以及《 SARS-CoV-2的近端起源》一书的作者。悉尼大学的爱德华·霍姆斯(Edward Holmes);爱丁堡大学的Andrew Rambaut;哥伦比亚大学的W. Ian Lipkin。 冠状病毒是一大类病毒,可导致严重程度范围广泛的疾病。冠状病毒引起的第一个已知的严重疾病是2003年在中国爆发的严重急性呼吸系统综合症(SARS)。 2012年,沙特阿拉伯爆发了第二次严重疾病,爆发了中东呼吸综合症(MERS)。 去年12月31日,中国当局向世界卫生组织发出警告,称新的冠状病毒毒株暴发引起严重疾病,该毒株后来被命名为SARS-CoV-2。截至2020年2月20日,已记录了近167,500例COVID-19病例,尽管还有更多轻度病例可能未被诊断。该病毒已杀死6600多人。 流行病开始后不久,中国科学家对SARS-CoV-2的基因组进行了测序,并将数据提供给全世界的研究人员。所得的基因组序列数据表明,中国当局迅速发现了该流行病,并且由于单次引入人群后人与人之间的传播,COVID-19病例的数量一直在增加。其他几个研究机构的Andersen和合作者使用此测序数据,通过重点研究该病毒的几种典型特征来探索SARS-CoV-2的起源和进化。 科学家分析了刺突蛋白的遗传模板,刺突蛋白是病毒外部的骨架,用来捕获并穿透人和动物细胞的外壁。更具体地说,他们集中研究了刺突蛋白的两个重要特征:受体结合域(RBD)(一种钩住宿主细胞的钩子)和裂解位点(一种分子开罐器),它可以使病毒裂解然后输入宿主细胞 自然进化的证据 科学家发现,SARS-CoV-2刺突蛋白的RBD部分已经进化为有效靶向人细胞外部称为ACE2的分子特征,ACE2是参与调节血压的受体。实际上,SARS-CoV-2刺突蛋白在结合人类细胞方面是如此有效,以至于科学家得出结论认为,它是自然选择的结果,而不是基因工程的产物。 SARS-CoV-2骨架的数据-整体分子结构支持了自然进化的证据。如果有人试图设计一种新的冠状病毒作为病原体,那么他们将利用已知会引起疾病的病毒的骨干来构建它。但是科学家发现,SARS-CoV-2主链与已知的冠状病毒有很大的不同,并且大多数类似于蝙蝠和穿山甲中发现的相关病毒。 安德森说:“病毒的这两个特征,即刺突蛋白的RBD部分的突变及其独特的骨架,排除了实验室操纵作为SARS-CoV-2的潜在来源的可能性。” 英国Wellcome Trust流行病学负责人Josie Golding博士说,Andersen及其同事的发现“对于为流传有关病毒起源(SARS-CoV)的谣言提供基于证据的观点至关重要。 -2)导致COVID-19。” Goulding补充说:“他们得出结论,该病毒是自然进化的产物,结束了对故意基因工程的任何猜测。” 病毒的可能来源 根据他们的基因组测序分析,Andersen及其合作者得出结论,SARS-CoV-2的最可能起源遵循两种可能的情况之一。 在一种情况下,该病毒通过在非人类宿主中的自然选择演变为当前的致病状态,然后跳向人类。这就是以前的冠状病毒爆发的方式,人类直接暴露于麝香(SARS)和骆驼(MERS)后感染了该病毒。研究人员提出,蝙蝠是SARS-CoV-2最可能的储存库,因为它与蝙蝠冠状病毒非常相似。然而,尚无蝙蝠直接传播的案例,这表明蝙蝠与人类之间可能存在中间宿主。 在这种情况下,SARS-CoV-2刺突蛋白的两个显着特征-与细胞结合的RBD部分和打开病毒的切割位点-在进入人类之前已经进化到它们的当前状态。在这种情况下,一旦感染人类,当前的流行病可能会迅速出现,因为该病毒已经进化出使其具有致病性并能够在人与人之间传播的特征。 在另一种建议的方案中,该病毒的非致病性版本从动物宿主跃入人类,然后在人群中演变为目前的致病状态。例如,一些来自穿山甲,在亚洲和非洲发现的犰狳类哺乳动物的冠状病毒的RBD结构与SARS-CoV-2非常相似。来自穿山甲的冠状病毒可能已经直接或通过中介宿主(如麝猫或雪貂)传播给了人类。 然后,SARS-CoV-2的另一个独特的刺突蛋白特征性切割位点可能已经在人类宿主内进化,可能是通过在流行病开始之前人类人群中未被检测到的有限循环。研究人员发现,SARS-CoV-2裂解位点看起来与禽流感菌株的裂解位点相似,该株已证明可以在人与人之间轻易传播。 SARS-CoV-2可能已经在人类细胞中进化出了这种强力裂解位点,并很快开始了当前的流行病,因为冠状病毒可能已经变得更有能力在人与人之间传播。 该研究的合著者安德鲁·兰巴特(Andrew Rambaut)警告说,目前很难甚至不可能知道哪种情况最有可能发生。如果SARS-CoV-2以当前的病原体形式从动物源进入人类,则会增加未来爆发的可能性,因为致病病毒株仍可能在动物种群中传播,并可能再次跳入人类。非致病性冠状病毒进入人群,然后发展出类似于SARS-CoV-2的特性的机会更低。 该研究的资金由美国国立卫生研究院,皮尤慈善基金会,惠康基金会,欧洲研究委员会和ARC澳大利亚获奖者奖学金提供。
  • 《COVID-19为研究自然和人类系统提供了难得的机会》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-08-05
    • 斯坦福大学(stanford)牵头的一篇新论文称,就像传说中掉落的苹果砸向艾萨克•牛顿(Isaac Newton)一样,COVID-19可能会让人们意外地一瞥复杂的地球系统是如何运作的。这个观点发表在7月29日的《自然评论地球和环境》上,假设了全球保护令造成的人类活动前所未有的变化的结果,并概述了理解其短期和长期影响的研究优先事项。这组科学家说,正确的方法可能会彻底改变我们对温室气体排放、区域空气质量以及全球经济与贫困、粮食安全和森林砍伐的关系等广泛问题的看法。它还可以帮助确保从冠状病毒大流行中实现经济、社会和环境上的可持续复苏,同时帮助预防未来的危机。 “没有分心从最重要的优先级——这显然是人们和社区的健康和福祉——当前宽松的人类足迹提供了一个独特的窗口到人类对环境的影响,包括一些有效的公共政策的关键问题,“Noah Diffenbaugh说作者卡拉J基金会地球斯坦福学院的教授,能源和环境科学。 例如,电动车在多大程度上改善空气质量的问题,到目前为止主要依赖于理论论证和计算机模型。然而,最近的减排规模提供了一个机会,可以利用大气观测来检查这些模型在模拟减少污染的干预措施(如电动汽车激励措施)的影响方面有多准确。 预测流行病的结果 研究人员指出,尽管COVID庇护的许多最初影响,比如污染物排放减少导致的晴朗天空,可能被认为对环境有益,但长期影响——尤其是与经济衰退相关的影响——并不明显。为了理解短期和长期的影响,他们建议关注两种途径的连锁效应:(1)能源、排放、气候和空气质量;贫困、全球化、粮食和生物多样性。 考虑到这些途径中复杂的相互作用,研究人员强调需要一些技术,可以将多种证据集合起来,以揭示原因和结果。这包括支持和扩大研究大流行影响的协调努力,包括安全部署可跟踪变化条件的环境传感器,模拟地球对庇护措施的反应的计算机模型,以及有助于深入了解人类行为和决策的面向解决方案的研究试验。作者还呼吁建立一个协调的数据存储库,使许多不同类型的数据能够以统一的格式向公众公开。 全世界“几乎在一夜之间,人们不得不改变他们的生活方式,他们的工作方式——与许多面临收入损失的通勤,购买食物,教育他们的孩子和其他能源消耗的行为,“说Ines代理副教授在斯坦福大学能源工程学院的地球,能源和环境科学。“对我们来说,更好地理解未来的社会混乱和灾难会如何影响能源系统和其他服务于社会的系统之间的相互作用是至关重要的。” 理解人类的反应 理解大流行的影响如何发挥作用的一个关键因素是它对人类行为和决策的影响。 “人类行为导致,但也受到影响,地球系统的变化,和COVID-19为确保人们创造了新的挑战,企业采取行动保护地球,”作者玛格丽特•李维说:主任萨拉·米勒McCune的斯坦福大学行为科学高级研究中心和政治科学教授。“虽然政府并不是这篇论文的中心焦点,但它阐明了法律、法规和投资在食品供应和食品工人的安全、排放控制以及地球及其居民健康的许多其他方面所发挥的作用。” 这一流行病对气候和空气质量的一些最持久的影响可能是通过它对衡量个人和社会对不同环境权衡的价值的政策参数的计算提供的洞见而产生的。研究人员指出,COVID-19危机使这些权衡变得更加明确。这是因为政府、社区和个人正在作出历史性的决定,反映出对当前和未来消费的基本偏好,以及不同类型的经济活动与个人和集体风险之间的权衡。 这些决策可以帮助量化环境决策中经常使用的参数(如因空气污染或与二氧化碳排放相关的气候变化而造成的人类生命损失)。随着这些更新后的参数被纳入实际的政策决策,它们将对影响气候和空气质量长期轨迹的法规产生持久影响。 研究旨在防止社会环境破坏的政策干预措施——例如贫困在推动森林砍伐方面的作用——也可以帮助弱势群体应对COVID-19带来的贫困冲击,使他们更深入地了解贫困和环境退化之间的最紧密联系。研究人员建议,利用获得今年诺贝尔经济学奖的那种以解决方案为导向的研究试验,来研究诸如为自然资源保护费等干预措施是否能有效地防止森林砍伐、过度捕捞和其他环境破坏。 “新冠肺炎给我们带来了上个世纪所面临的一些最大挑战,”论文的合著者克里斯·菲尔德(Chris Field)说。他是斯坦福伍兹环境研究所佩里L.麦卡蒂主任,也是从事跨学科环境研究的梅尔文和琼·莱恩教授。“每一个挑战都有学习的机会,这篇论文为拓展机会提供了一张地图。”