我们知道,造成COVID-19危机的冠状病毒在跨越物种屏障、传播给人类之前,曾在蝙蝠和其他野生动物体内无害地存活。
如今,杜克大学(Duke University)的研究人员在该病毒约3万个字母的遗传密码中发现了一些“无声”突变,正是这些突变帮助该病毒实现了飞跃,并可能为这场全球大流行奠定了基础。这种微妙的变化涉及到病毒如何在人类细胞内折叠其RNA分子。
在10月16日发表在PeerJ杂志上的这项研究中,研究人员使用了他们开发的统计方法来识别人类SARS-CoV-2基因组中出现的适应性变化,但在蝙蝠和穿山甲中发现的与之密切相关的冠状病毒中却没有发现。
杜克大学生物学家格雷格·雷实验室的博士后助理亚历杭德罗·贝里奥说:“我们试图找出这种病毒如此独特的原因。”
先前的研究发现,冠状病毒表面编码“刺突”蛋白的基因中存在阳性选择的指纹,这种基因在病毒感染新细胞的能力中起着关键作用。
这项新的研究同样标记了改变尖峰蛋白的突变,表明携带这些突变的病毒株更有可能茁壮成长。但通过他们的方法,研究作者Berrio、Wray和杜克大学博士生Valerie Gartner还发现了之前研究未能发现的其他罪魁祸首。
研究人员报告说,在SARS-CoV-2基因组的另外两个区域(称为Nsp4和Nsp16)发生了所谓的沉默突变,这似乎使该病毒在不改变其编码蛋白质的情况下,比以前的病毒株具有了生物学上的优势。
贝里奥说,这种变化不会影响蛋白质,而是可能影响病毒的遗传物质(由RNA构成)如何在人体细胞内折叠成3-D形状并发挥作用。
Berrio说,RNA结构的这些变化是如何将人类的SARS-CoV-2病毒与其他冠状病毒区分开来的,目前还不清楚。但它们可能导致了病毒在人们还没有意识到自己感染了它之前就传播开来——这是一个至关重要的区别,使得目前的形势比2003年SARS冠状病毒爆发时更难控制。
Berrio说,这项研究可能为治疗或预防COVID-19带来新的分子靶点。
贝里奥说:“Nsp4和Nsp16是病毒感染一个新人时最先产生的RNA分子。”“刺突蛋白直到后来才表达出来。所以他们可以找到更好的治疗靶点,因为它们出现在病毒生命周期的早期。”
更广泛地说,科学家们希望通过精确定位使新型冠状病毒在人类宿主中茁壮成长的基因变化,在未来人畜共患疾病爆发之前更好地预测它们。
贝里奥说:“病毒在不断地变异和进化。“因此,一种能够感染其他动物的新型冠状病毒可能会出现,并有可能像SARS-CoV-2那样传播给人类。”我们需要能够识别它,并尽早努力控制它。”