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《哺乳动物中ACE2基因表达图谱揭示了SARS-Cov-2传播的新见解》

  • 来源专题：实验室生物安全
  • 编译者： 张虎
  • 发布时间：2020-04-16

  • 该项研究分析了哺乳动物中ACE2的基因保守性，并从人类和常见的哺乳动物物种中收集了140多个转录组数据集，其中包括SARS-CoV-2的推定宿主以及与人类紧密接触的其他动物。为了能够进行物种和组织之间的比较，研究使用统一的管道对ACE2表达水平进行量化和标准化。结果显示，普通哺乳动物在DNA和肽水平上都高度保守ACE2基因，表明广泛的哺乳动物物种可能是SARS-CoV-2的宿主。接下来，研究表明在某些人体组织中高水平的ACE2表达与COVID-19患者的临床症状一致。此外，研究观察到ACE2在受检哺乳动物中以种特异性方式表达。值得注意的是，猫和狗在皮肤和眼睛中的高表达表明这些动物可能在将SARS-CoV-2传播给人类方面发挥了作用。结论：通过在宠物和家畜中建立第一个ACE2表达图谱，我们鉴定了易受SARS-CoV-2感染的物种和组织，从而对病毒传播产生了新的见解。

  • 原文来源：http://biorxiv.org/content/early/2020/03/31/2020.03.30.015644.abstract
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相关报告

  • 《研究揭示冠状病毒识别海洋哺乳动物ACE2受体的分子机制》
    • 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：2022-07-11
    • 新冠病毒（SARS-CoV-2）具有广泛的宿主范围，可以感染多种陆生哺乳动物。海鲜市场的三文鱼表面可以检测到新冠病毒，海豚和鲸鱼中也检测出其他类型冠状病毒。这提示需要关注海洋生物，尤其是海洋哺乳动物冠状病毒感染。人类的海上活动（海洋养殖、捕捞、航运和污水排放入海等）增加了海洋生物接触新冠病毒的概率，一旦发生感染，则可能在海洋生物中建立新的病毒库，并进一步发生适应性进化、回传给人，引发对人类健康新的威胁。因此，亟需评估海洋哺乳动物对新冠病毒的易感性。 　　2022年6月24日，中国科学院微生物研究所高福院士团队在National Science Review杂志在线发表了题为“Cross-species recognition and molecular basis of SARS-CoV-2 and SARS-CoV binding to ACE2s of marine animals”的研究性文章。受体结合是冠状病毒感染宿主细胞的先决条件，也是病毒实现跨种传播的关键环节。血管紧张素转换酶2（ACE2）是SARS-CoV和SARS-CoV-2的受体。该研究发现SARS-CoV和SARS-CoV-2受体结合域（RBD）可以结合小须鲸和海狮的ACE2（MW/SL-ACE2），并利用其感染哺乳动物细胞。研究团队分别解析了SARS-CoV和SARS-CoV-2的RBD与MW/SL-ACE2的蛋白复合物结构，并阐明了相互作用的分子机制。 　　研究团队发现，SARS-CoV和SARS-CoV-2受体结合域（RBD）可以结合包括小须鲸、抹香鲸、海豚、海狮和海狗等多种海洋哺乳动物的ACE2，但不结合三文鱼的ACE2。值得注意的是，SARS-CoV RBD与小须鲸ACE2结合的亲合力甚至高于与人ACE2（hACE2）结合的亲和力。同时，研究还发现SARS-CoV和SARS-CoV-2假病毒均可以感染表达小须鲸、抹香鲸、海豚、海狮和海狗ACE2的哺乳动物细胞。 　　在此基础上，研究团队进一步解析了SARS-CoV和SARS-CoV-2的RBD与MW/SL-ACE2的蛋白复合物结构。通过结构分析，发现了一些影响受体结合的关键氨基酸，阐明了SARS-CoV和SARS-CoV-2与MW/SL-ACE2相互作用的分子机制（如图）。 　　该研究为冠状病毒感染海洋哺乳动物的潜在可能性提供理论参考，同时提示需要加强对海洋哺乳动物的冠状病毒监测和预警。 　　中国科学院微生物所王奇慧研究员和高福院士为该论文的共同通讯作者。微生物所助理研究员李世华、微生物所与山西农业大学联合培养硕士生杨瑞瑞、中国科学院大学与澳门大学联合培养博士生张弟、微生物所博士后韩普为论文共同第一作者。该课题得到科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
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  • 《PNAS：新研究揭示许多动物物种可能易受SARS-CoV-2感染》
    • 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：2020-08-27
    • SARS-CoV-2是导致COVID-19的新型冠状病毒。在一项新的研究中，来自美国加州大学戴维斯分校等研究机构的研究人员发现人类并不是唯一面临SARS-CoV-2潜在威胁的物种。他们通过基因组分析比较了这种病毒在人体中的主要细胞受体---血管紧张素转换酶-2（ACE2）---在410种不同种类的脊椎动物中的作用，包括鸟类、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳动物。相关研究结果于2020年8月21日在线发表在PNAS期刊上，论文标题为“Broad host range of SARS-CoV-2 predicted by comparative and structural analysis of ACE2 in vertebrates”。 ACE2通常存在于许多不同类型的细胞和组织中，包括鼻子、口腔和肺部中的上皮细胞。在人类中，ACE2蛋白的25个氨基酸是这种病毒结合并进入宿主细胞的重要条件。 这些作者利用人ACE2蛋白的这25个氨基酸序列，并将它的预测蛋白结构与SARS-CoV-2刺突蛋白一起建模，以评估不同物种的ACE2蛋白中存在多少这样的氨基酸。 论文第一作者、加州大学戴维斯分校博士后研究助理Joana Damas说，“预测具有与人ACE2蛋白相匹配的全部25个氨基酸残基的动物通过ACE2感染SARS-CoV-2的风险最高。预测物种的ACE2结合氨基酸残基与人类的差异越大，风险就越小。” 在可能对SARS-CoV-2敏感的物种中，约有40%的物种被国际自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature）列为“濒危物种（threatened species）”，可能特别容易在人类与动物之间传播。 论文通讯作者、加州大学戴维斯分校进化与生态学教授Harris Lewin说，“这些数据为鉴定有感染SARS-CoV-2风险的易感动物群体和濒危动物群体提供了一个重要的起点。我们希望它能激发在大流行期间保护动物和人类健康的做法。” 经预测濒危物种将面临风险 一些极度濒危的灵长类物种，比如西部低地大猩猩、苏门达腊猩猩和北部白颊长臂猿，预计通过它们的ACE2受体感染SARS-CoV-2的风险非常高。其他被列为高危的动物包括灰鲸和宽吻海豚等海洋哺乳动物，以及中国仓鼠。 猫、牛和羊等家养动物被发现具有中等风险，而狗、马和猪被发现具有结合ACE2的低风险。这与感染和疾病风险的关系如何，需要在未来的研究中加以确定，但对于那些有已知感染性数据的物种而言，这种相关性很高。 在记录的水貂、猫、狗、仓鼠、狮子和老虎感染SARS-COV-2的病例中，这种病毒可能使用它们的ACE2受体，或者它们可能使用ACE2以外的受体进入宿主细胞。较低的ACE2结合倾向可能转化为较低的感染倾向，或者一旦建立了感染，在动物体内或动物之间传播的能力较低。 由于动物有可能从人类身上感染这种新型冠状病毒，反之亦然。包括美国国家动物园和圣地亚哥动物园在内的研究机构都为这项研究贡献了基因组材料，而且已经加强了保护动物和人类的计划。 论文共同作者、美国国家动物园史密松-梅森保护学院高级研究科学家Klaus-Peter Koepfli说，“人畜共患疾病以及如何预防人畜共患疾病的传播对动物园和动物护理专业人员来说并不是一个新的挑战。这些新信息使得我们能够集中精力并制定相应的计划，以保证动物和人类的安全。” 这些作者敦促谨慎对待根据这些计算结果过度解释预测的动物风险，并指出实际风险只能通过额外的实验数据来确认。 已有研究表明SARS-CoV-2的直系祖先很可能起源于蝙蝠。人们已发现蝙蝠通过它的ACE2受体感染这种新型冠状病毒的风险非常低，这与实际实验数据一致。 目前并不知道蝙蝠是将这种新型冠状病毒直接传播给人类，还是通过中间宿主传播，但是这项研究支持了一个或多个中间宿主参与其中的观点。这些数据允许科学家们着重关注哪些物种可能作为野生的中间宿主，从而协助努力控制未来在人类和动物群体中爆发的SARS-CoV-2感染。
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