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《新冠病毒或能改变人类细胞基因组》

  • 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：2023-03-27

  • 美国得克萨斯大学休斯顿健康科学中心科学家揭示了新冠病毒对人类健康产生严重影响的一种独特机制：感染新冠病毒后，人体细胞的基因组结构可能会发生变化，这一变化此前从未在其他冠状病毒中发现。该研究不仅有助解释人感染新冠病毒后出现的免疫方面的症状，还能解释“长新冠”。相关论文刊发于23日出版的《自然·微生物学》杂志。

    　　人体细胞内的遗传物质储存在染色质结构中。此前有研究称，一些病毒会劫持或改变人体的染色质，从而在细胞内成功繁殖，但新冠病毒是否以及如何影响人体内的染色质一直是未解之谜。在最新研究中，科学家们使用前沿方法，全面描述了感染新冠病毒后人类细胞内的染色质结构。

    　　最新研究发现，感染新冠病毒后，正常细胞内许多原本结构良好的染色质会变形。例如，人体感染新冠病毒后，一种名为a/B区的染色质结构的阴阳两部分会开始混合在一起，这种混合可能导致被感染细胞内一些关键基因发生变化，其中包括关键的炎症基因白细胞介素-6，它会在新冠肺炎重症患者体内引起细胞因子风暴。

    　　研究还发现，新冠病毒也改变了染色质的化学修饰。已知染色质化学修饰的变化会对基因表达和表型产生长期影响。因此，新发现可能为理解新冠病毒对宿主染色质的影响提供一个新视角，这种影响可能与“长新冠”有关。

    　　美国疾病控制与预防中心称，近1/5感染新冠肺炎的美国人在急性感染恢复数月后仍存在症状。研究人员希望最新发现为更多研究铺平道路，以了解新冠病毒的长期影响。

    　　研究团队总结道，最新研究阐明了新冠病毒改变人体染色质的独特机制，未来他们将集中了解新冠病毒如何做到这一点，研究结果将为保护染色质以及更好地应对新冠病毒提供策略。

  • 原文来源：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2023-03/27/content_551167.htm?div=-1
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  • 《新冠病毒改变感染细胞RNA首次获证》
    • 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：2022-11-11
    • 据物理学家组织网9日报道，通过分析研究病毒、人类和动物细胞RNA获得的13个数据集，巴西圣保罗联邦大学（UNIFESP）的科学家首次证明，新冠病毒会改变宿主细胞RNA的功能。相关论文发表于最新一期《细胞与感染微生物学前沿》杂志。 　　在本研究中，来自UNIFESP的科研团队通过直接RNA测序，检测了源于猴子的Vero细胞和源于人的Calu-3细胞的外转录组——细胞RNA生化修饰（如甲基化）的集合。他们通过分析细胞中存在的所有RNA，定位核苷酸每个区域甲基化的数量，定性地证明了感染细胞RNA的变化。 　　论文作者马塞卢·布里奥尼斯表示：“这项研究中，我们第一个重要发现是，与未感染细胞相比，感染新冠病毒增加了宿主细胞内m6a（N6甲基腺苷）的浓度——一种甲基化。” 　　研究人员解释道，m6a是最常见的RNA核苷酸修饰类型，且参与了细胞内定位和蛋白质翻译等几个重要的过程。甲基化是一种生物化学修饰，会改变蛋白质、酶、激素和基因的行为。“在病毒内，甲基化有两种功能：调节蛋白质表达，并保护病毒免受干扰素的作用。干扰素是宿主产生的一种有效的抗病毒物质。” 　　研究小组还发现，不同毒株核苷酸中的含氮碱基序列存在差异。布里奥尼斯说：“有些毒株可能比其他毒株甲基化程度更高。如果是这样，它们可以在宿主细胞内更好地增殖。” 　　在完成了新冠病毒如何修饰宿主细胞内m6A的研究后，科学家们计划进一步分析存储的数据，以寻找病毒RNA甲基化水平与每个感染细胞释放病毒数量——即病毒暴发规模之间的相关性。 　　布里奥尼斯表示：“病毒甲基化程度越高，病毒暴发的规模也就越大。这些发现为研究新冠肺炎新疗法和现有药物的重新利用奠定了基础，还有助于更深入地了解病毒株如何逃避免疫系统。”
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  • 《Nature子刊：深度挖掘人类肠道宏基因组的古菌病毒》
    • 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：2023-01-03
    • 人类微生物组的组成和功能与宿主的健康密切相关。除了细菌外，肠道微生物群中的非细菌成员（古菌、真菌和病毒）也在微生物群落的动态演替以及人类的生理、免疫、疾病等方面发挥着重要作用。   古菌是人体的共生微生物之一，它们曾在肠道，口腔和皮肤等部位被检测到，与人类疾病密切相关。与细菌相比，古菌在人体内的丰度相对较低，而且大多不可培养，因此与人类相关的古菌经常被忽视。病毒控制着微生物群落的组成和代谢，侵染古菌的病毒在基因组序列和病毒粒子结构方面具有很高的多样性。迄今为止，只有少数研究报道人类肠道内存在古菌病毒，因此，与人类相关的古菌病毒仍然神秘。随着下一代测序技术的发展以及海量数据的产生，基于宏基因组学的方法有助于我们对人类的古菌组和古菌病毒组进行广泛的研究。   2022年12月29日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所马迎飞团队在Nature Communications 期刊发表了题为：Metagenomic analysis reveals unexplored diversity of archaeal virome in the human gut 的研究论文。   该研究首次对来自人类肠道宏基因组的古菌病毒进行了深入挖掘及全面分析，揭示了人类肠道中古菌病毒组的多样性，为人类肠道古菌病毒组的研究提供了前所未有的一瞥。 人类肠道古菌病毒组的多样性   研究表明约有90%古菌基因组包含CRISPR结构， 因此CRISPR spacer-protospacer的匹配分析适用于古菌病毒序列的识别。为了对人类肠道中的古菌病毒进行全面搜索，团队首先构建了人类肠道相关古菌spacer序列数据库（HGASDB, Human Gut Associated Archaeal Spacer Database），并基于HGASDB和古菌病毒的特征基因构建了一套肠道古菌病毒的鉴定方法，从收集的2271个肠道宏基因组样品中及6个公开的病毒数据库中共鉴定出了1279种古菌病毒，构成人类肠道古菌病毒组数据库（HGAVD）（图1a）。随后，团队对鉴定出的病毒代表序列进行质量评估，大多数 （67%）病毒contigs的质量无法得到评估。与此同时，团队基于对病毒序列的网络分析以及病毒蛋白序列的注释信息，对HGAVD中的病毒序列进行了分类学的分析，其中大部分序列（68.4%）无法被分类到任何已知的病毒类别，这些分析表明人类肠道中依然存在大量未知的古菌病毒。此外，团队还将HGAVD中的病毒与公共的肠道病毒数据库进行了比较（图1d），发现来自HGAVD的大多数病毒（n=1097；86%）均无法与公共数据库中的病毒聚类到一起，这表明HGAVD对肠道古菌病毒组具有良好的代表作用。综上所述，HGAVD极大地扩展了人类肠道中古菌病毒多样性。 古菌病毒广泛分布于人类肠道中 为了了解肠道古菌病毒在全球人群中的分布情况，团队对1279条古菌病毒contigs在人类肠道样品中的丰度情况进行了估计，主坐标分析（PCoA）和Anosim分析的结果显示：肠道古菌病毒群落的组成在不同性别（ANOSIM，r=0.004，p=0.306）和不同BMI指数（ANOSIM，r=0.006，p=0.201）的人群中并无显著性差异。然而，当以国家作为界限分析时，我们观察到这些古菌病毒在各地表现出不同的多样性(图2a)。 团队进一步调查了这些古菌病毒在所有肠道样品中的检出率，共有7种古菌病毒在人群中的检出率10%，虽然这些病毒被归类到了7个不同的病毒簇（VCs）中，但它们的宿主均为Methanobrevibacter_A smithii（M. smithii）。就地理分布而言，这些古菌病毒在非洲人群中的检出率较低，但在亚洲、欧洲和美洲人群中则具有相对较高检出率 (图2b)。在人类肠道中检出率高于1%的古菌病毒共有712种，病毒序列IMG丨UGV-GENOME-0271153在人群中具有最高检出率（72.2%），该序列长度为40.51kb，被评估为中等质量的基因组，侵染M. smithii古菌。该病毒基因组编码46个基因，其中8个基因被预测为有尾病毒的功能基因（图2c）。此外，团队从人类肠道样品中共鉴定出13种smacoviruses，它们的长度分布在2.0-2.5kbp之间。这些病毒与古菌基因组上7个不同spacer序列相匹配，其宿主为Methanomassiliicoccus intestinalis或Methanomassiliicoccus_A intestinalis古菌。与亚洲和美洲人群相比，smacovirus在非洲和欧洲人群中具有更高检出率（图2d）。 M. smithii古菌的病毒在人类肠道古菌组中占主导地位 病毒能够以多种方式影响生态系统及微生物进化，例如部分噬菌体能够通过裂解宿主细胞改变微生物的群落结构和生态功能；一些噬菌体能够劫持其宿主的代谢机制，改变宿主细胞代谢产物浓度；噬菌体也可以作为宿主之间水平基因转移的载体，因此，对于病毒宿主的预测以及病毒与宿主相互作用的研究也是理解病毒的关键步骤。为此，我们通过CRISPR spacer序列建立古菌与其病毒序列间的匹配关系，推断出每种古菌病毒的可能宿主。不出所料，大多数（n=1217，95.2%）古菌病毒的宿主都是甲烷短杆菌（Methanobrevibacteria_A），它也是古菌中的优势属（图3a）。然后，我们通过统计每个古菌属对应的VC数量来衡量病毒的多样性，其中，47个VCs只侵染M. smithii古菌，17个VCs只侵染M. smithii_A古菌，但有13个VCs与这两种古菌均有关联，反映了古菌病毒能够跨种侵染宿主的特性。为了对古菌的跨宿主侵染情况进行更加详细的研究，团队构建了宿主与病毒关系网络（图3c），发现大约三分之一的肠道古菌病毒都具有广泛的宿主范围，并不局限于单一物种，这些分析为人类肠道微生物群中古菌病毒介导的基因流动网络提供了全面参考。 此外，侵染M. smithii的病毒是人类肠道古菌病毒的一个主要分支，为了进一步探索有尾古菌病毒的多样性，团队以末端酶大亚基（Terl，Large Subunit Terminase）作为标记构建M. smithii古菌病毒的系统发育树，以此来估计这些病毒的多样性（图3d）。以上基于Terl蛋白的系统发育分析扩展了M. smithii古菌病毒的多样性，并定义了新的谱系。 古菌病毒基因组编码广泛的蛋白功能 虽然人类肠道中古菌的功能蛋白已被广泛研究，但是对于肠道内古菌病毒蛋白的理解却十分有限。为此，团队从1279条古菌病毒代表序列上共预测出了97208个编码蛋白的基因，分别仅有 10.8%和 17.4% 的基因能够与pVOG数据库及PHROG数据库中的基因相匹配，表明人们目前对人类肠道古菌病毒的潜在功能知之甚少（图4a）。 在所有鉴定出的肠道古菌病毒中，M. smithii古菌病毒的蛋白功能最为多样，共包含了1034种不同功能的蛋白（只考虑了被指定生物功能的蛋白），其中包括一些病毒特有的功能蛋白，例如与结构、包装、裂解、DNA结合/调控和复制相关的蛋白，但其他一些古菌病毒则缺乏这些病毒特有的功能蛋白（图4b）。此外，团队还对36条完整古菌病毒代表序列的基因组进行了研究（图4c），其中23条序列携带PeiW（pseudomurein endoisopeptidase）基因，揭示了该基因对于病毒侵染产甲烷古菌的重要性。此外对33种有尾病毒基因组的分析结果表明，与人类肠道中的细菌病毒类似，温和古菌病毒在人类肠道古菌病毒中占据主体地位。 在这项研究中，研究团队对人类肠道中的古菌病毒进行了全面的宏基因组数据挖掘，本研究结果将为深入了解人体肠道内古菌病毒的多样性和蛋白功能提供前所未有的见解，以供人们更好地了解人类肠道生态系统。
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