《自然》:全球最早公布的新冠序列如何在上海破译

  • 来源:讯媒
  • 2020-02-04
2月3日,顶尖学术期刊《自然》(Nature)以“加快评审文章”(Accelerated Article Preview)形式在线发表了来自中国团队、有关新型冠状病毒的论文:《一种与中国呼吸道疾病相关的新冠状病毒》。该研究团队获得的新型冠状病毒全基因组序

2月3日,顶尖学术期刊《自然》(Nature)以“加快评审文章”(Accelerated Article Preview)形式在线发表了来自中国团队、有关新型冠状病毒的论文:《一种与中国呼吸道疾病相关的新冠状病毒》。该研究团队获得的新型冠状病毒全基因组序列系全球最早公布,对之后全球的防疫和研究工作意义重大。此番论文中,研究团队分析了新型冠状病毒基因组序列,该病毒基因组从来自武汉华南海鲜市场的一名病人身上获得。基因组分析显示,该病毒与此前在中国蝙蝠体内找到的一组SARS样冠状病毒密切相关。

上述研究由中国疾病预防控制中心传染病预防控制所研究员、上海市(复旦大学附属)公共卫生临床中心兼职教授张永振及其同事进行。作者单位包括上海市(复旦大学附属)公共卫生临床中心和公共卫生学院、华中科技大学武汉中心医院、中国疾病预防控制中心(CDC)传染病预防控制研究所、武汉疾病预防控制中心、澳大利亚悉尼大学等。

2019年12月26日,上海市公共卫生临床中心科研项目常规收集到武汉市中心医院和武汉市疾控中心的不明原因发热患者标本一份。2020年1月5日凌晨,研究团队就从标本中检测出一种新型SARS样冠状病毒,并通过高通量测序获得了该病毒的全基因组序列(GenBank:MN908947)。

1月11日,研究团队在《病毒学组织》网站(virological.org)发布了所获得的新型冠状病毒全基因组序列,系全球最早公布该病毒序列的团队,此举对后续新型冠状病毒的溯源以及鉴定至关重要。1月14日,世界卫生组织(WHO)正式将引发此轮肺炎的病毒命名为2019新型冠状病毒(2019-nCoV)。

值得一提的是,上述病毒全基因组序列在国际上公布后,国际上多只团队即开始紧锣密鼓开始着手相关的疫苗研发工作。

论文披露,该研究的样本来自一名41岁的男性患者,无肝炎史、肺结核或糖尿病。2019年12月26日,他出现症状后的第6天,他在武汉市中心医院住院。当时他已经发烧(>37.5°C)、胸闷、干咳、全身疼痛无力一周。

武汉市疾控制中心的流行病学调查显示,该患者在当地的华南海鲜市场工作。值得注意的是,除了鱼类和贝类鱼类外,在疫情爆发之前,该市场还出售各种活的野生动物,包括刺猬、獾、蛇和鸟类(斑鸠),以及动物尸体和动物肉。 

但据称该市场不出售蝙蝠。尽管患者可能与市场上的野生动物接触过,但他回忆说没有接触活禽。在武汉市中心医院,该患者被认为是新型冠状病毒疑似病例。住院期间他的支气管肺泡灌洗液(BALF)被收集并保存在-80°C环境,为下一步实验做准备。

临床症状和患者数据

针对他心血管、腹部和神经系统的物理检查结果正常,他的淋巴细胞轻度减少(每立方毫米少于900个细胞),但是在全血细胞计数(CBC)测试中他的白细胞和血小板数量正常。

他的C反应蛋白远高于正常水平(CRP,血液含量41.4mg/L,参考范围为0-6mg/L),此外,他的天冬氨酸转氨酶、乳酸脱氢酶和肌酸激酶在血液化学测试中略高于正常水平。

患者有轻度低血氧症,在动脉血气试验中氧水平为67mmHg。入院第1天(发病后第6天),患者胸片显示异常,存在磨玻璃阴影。

患者入院当天(发病后第6天)进行的胸部CT扫描

入院后第5天(发病后第11天),患者的胸片显示双侧弥漫性斑块状模糊影。医院期间联合使用抗生素、抗病毒药和糖皮质激素进行治疗,但患者表现出呼吸衰竭,并接受了高流量无创通气。治疗3天后患者的病情没有改善,他被送进了重症监护室(ICU)。

治疗3天后病情无改善。入院6天后,该患者转到武汉另一家医院接受治疗。

为调查与该疾病相关的可能病原,研究团队收集了患者的支气管肺泡灌洗液(BALF)并进行了深度转录组测序。该临床标本在上海公共卫生临床中心生物安全三级实验室中处理。从200微升支气管肺泡灌洗液提取总RNA(核糖核酸),并使用Illumina MiniSeq构建亚转录组文库,用于成对末端(150bp)测序。

研究团队总共产生了56565928个从头开始的序列读取组装并筛选潜在的病原体。在Megahit组装的384096个重叠群中,最长的(30,474个核苷酸[nt])具有很高的丰度,并且与蝙蝠SARS样冠状病毒分离株bat-SL-CoVZC45高度相似。

这与此前1月30日国际顶级医学期刊《柳叶刀》上披露的结果类似。《柳叶刀》一篇论文指出,对2019-nCoV完整基因组进行的源序列搜索显示,GenBank(美国国家生物技术信息中心建立的DNA序列数据库)中最紧密相关的病毒是bat-SL-CoVZC45(同源性87.99%;查询覆盖率99%),以及另一种蝙蝠起源的SARS样乙型冠状病毒bat-SL-CoVZXC21(登录号MG772934;同源性87.23%;查询覆盖率98%)。这两种最紧密相关的病毒均采集于2018年中国东部城市舟山。

这种新型病毒的基因组序列及其末端分别通过RT-PCR和5'/3'RACE试剂盒(TaKaRa)被该团队确认,团队将该病毒称为WH-Human 1冠状病毒(WHCV)(现被普遍称为“2019-nCoV”),其全基因组序列(29903nt)已存入GenBank,登录号为MN908947。通过定量PCR(qPCR)估计BALF样品中的病毒载量为3.95×10^8拷贝/mL。

为了更好地了解WHCV感染人类的能力,研究团队将其刺突蛋白的受体结合结构域(RBD)与SARS冠状病毒和蝙蝠SARS样冠状病毒的进行比较。WHCV的RBD序列与SARS冠状病毒的RBD序列(氨基酸同源性73.8%-74.9%)和SARS样冠状病毒(包括Rs4874,Rs7327和Rs4231毒株,氨基酸同源性75.9%-76.9%)的亲缘关系都较近,而它们都能通过人类ACE2受体进入细胞。

研究团队在论文的最后提到,尽管在中国的蝙蝠中广泛发现了SARS样病毒,但与SARS-CoV相同的病毒尚未记录。值得注意的是,2019-nCoV与蝙蝠冠状病毒最密切相关,甚至在nsp7和E蛋白中与Bat-SL-CoVZC45表现出100%的氨基酸相似性。 

因此,这些数据表明蝙蝠可能是2019-nCoV的宿主。但是,由于首次报告该病时市场上有多种动物在出售,因此需要更多的工作来确定2019-nCoV的天然宿主和中间宿主。

注:A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature (2020). 论文地址为https://www.nature.com/articles/s41586-020-2008-3

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