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论文介绍-新型冠状病毒COVID-19

论文:Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission

 

1. COVID-19介绍

病毒是由一个核酸分子与蛋白质构成的非细胞形态。它通常是由一个蛋白质组成的保护性外壳包裹的RNA或DNA,借由感染的机制,利用宿主的细胞系统进行自我复制。病毒的传播方式也是多种多样,像艾滋病毒可以通过体液传播,流感病毒可以通过飞沫传播。
病毒COVID-19是一段具有蛋白质外壳的RNA,其显微镜镜像如图1,完整的基因组如图2。

 

2. 宿主(Host)和同源性(Homology)

这篇论文对大量不同来源的冠状病毒序列进行了系统的分析,得出了下图的进化树。
进化树的结果展示了COVID-19属于乙型冠状病毒属(Betacoronavirus genera),这种乙型冠状病毒属是冠状病毒亚科的四个属之一,为具有包膜的正链RNA病毒,许多本属病毒可造成人畜共通传染病。
此外,COVID-19与严重急性呼吸道综合征冠状病毒(SARS)内联并同属于一组,它们共同外联于蝙蝠冠状病毒HKU9-1。因此,蝙蝠成为COVID-19自然的宿主,COVID-19是由蝙蝠通过一些中间宿主传递至人类。

蛋白质的结合,相互作用维持着生命的运转。包裹在COVID-19外的蛋白质分为S1和S2单元,其中S1单元直接的刺激发生感染通过病毒蛋白质与人类蛋白质受体相结合。
论文探索了S1单元内的C端RBD功能区域,发现其与SARS的部分区域有着非常高的同源性,其残基仅仅在442, 472, 479, 487, 491等5个位置发生改变。
这也带来了一个疑问,COVID-19是不是也像SARS冠状病毒一样与人类的蛋白质受体ACE2发生结合促成感染呢

 

3. 结构建模(Structure modeling)

为了探索上述这一点,论文用计算机同源建模方法评价包裹病毒的蛋白质与人类蛋白质受体ACE2相互结合的能力。其蛋白质结构如下图,紫色,棕色,蓝色分别代表代表人类蛋白质受体ACE2的二级结构,包裹COVID-19外的蛋白质二级结构,和包裹在SAS外的蛋白质二级结构。

论文发现尽管COVID-19与人类ACE2蛋白结合的自由能为–50.6 kcal比起SAS和ACE2蛋白结合的自由能–78.6 kcal更高,但COVID-19仍与人类ACE2蛋白有着很强的结合性。这也说明COVID-19与SAS类似,与人类ACE2蛋白结合促成感染。在另一方面,这可能也意味着COVID-19相比于SAS有着更强的灵活性。
与此同时,尽管相比于SAS,几个位点发生突变,从图中可发现棕色和蓝色保持高度相似和恒等,这意味着突变没有带来蛋白构象的改变,它们在相互作用的表面保持着相似的范德华引力和电荷性质。
这一发现,将会对新药的开发带来直接的助益。

基因序列图来源:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN908947
显微镜镜像图来源:https://zh.wikipedia.org/wiki/嚴重急性呼吸系統綜合症冠狀病毒2型

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