中国科研团队对病毒溯源又有重要突破,马来菊头蝠中发现新型蝙蝠冠状病毒

我感觉自己最近应该去玩狼人杀,然后当个预言家什么的。最近做了几次预测都准的吓到我自己了。

上个月预测华农的穿山甲要发nature,结果他们还真发了nature。然后前几天预测,在马来亚穿山甲的栖息地可能有更接近SARS-cov-2病毒的蝙蝠冠状病毒的存在,竟然又被验证了。

CELL子刊,Current Biology在5月10号发布了由山东第一医科大学、中科院版纳所、武汉病毒所、悉尼大学等多个研究机构发表的一篇文章。《A novel bat coronavirus closely related to SARS-CoV-2 contains natural insertions at the S1/S2 cleavage site of the spike protein》,名字超长,翻译过来就是“一种与SARS-CoV-2密切相关的新型蝙蝠冠状病毒,其在S1 / S2裂解处具有自然插入蛋白质的位置”。

文章很长,接近30页的PDF。而且涉及到了大量的生物信息学比对的知识,读起来挺硬的。我现在前边给大家尽量的抽提一下文章的一些我觉得比较重要或者有意思的结论,后边太硬的我就努力翻译吧。

重要点如下:

科研工作者在用元基因组学在马来菊头蝠(Rhinolophus malayanus)的身上发现了一种全新的蝙蝠冠状病毒。

这种新病毒被命名为RmYN02,与新冠病毒的基因相似度为93.3%,在大部分的病毒基因组中,这个病毒是最接近SARS-cov-2病毒的。

RmYN02在RBD(受体节结合区域)与新冠病毒差距很大(相似度为61.3%),也就是大概率不会和ACE2受体结合,至于RBD为啥差的这么多有可能是这部分发生了重组。

RmYN02在与SARS-CoV-2最接近的1ab基因中的同源性为97.2%。

基于以上2点可以认为我们常说的S蛋白中S1和S2部分的氨基酸插入在自然界中是存在的,也侧面证明了某些人说新冠病毒是人造病毒的说法是胡扯。

研究人员在马来菊头蝠和中华菊头蝠中检测到蝙蝠的肛门和粪便中携带病毒的情况,推断蝙蝠屎是可能使得病毒在不同个体之间传播度的通路(让我想起了美国电影《传染病》的最后一幕)。

通过进化树分析,RmYN02病毒或者是其他还没发现的野生冠状病毒,可能与穿山甲冠状病毒发生了重组,成为SARS-cov-2病毒的源头。

来吧,下边开始啃正文。

2019年5月至10月,研究团队从云南勐腊县的227只蝙蝠中一共收集了302个样本。这些蝙蝠属于20个不同种类,大多数样本从马来菊头蝠Rhinolophus malayanus(n=48,21.1%)、中蹄蝠Hipposideros larvatus(n=41,18.1%)和小褐菊头蝠Rhinolophus stheno(n=39,17.2%)中获得。样本来源于多种组织,包括翼膜(219)、肺(2)、肝(3)和粪便(78)。除了3只蝙蝠外,其余所有蝙蝠均为在活着时取样并被释放。

大家可能对勐腊县没什么直观感受,西双版纳植物园就在这个县里,是云南南部边境线上的一个县域。

就是我上边截图里画红圈的地方。这地方的物种和东南亚一些国家的物种分部是有很多重叠的,论文中也提到,马来菊头蝠和中华菊头蝠都广泛分布于中国西南部和东南亚地区。一般来说,这些蝙蝠不会长距离迁移,群居性很强,很可能生活在同一个洞穴中,这可能会促进它们之间的病毒交换和重组的发生。

所以为啥在勐腊县能采集到的这么多马来菊头蝠的原因就在这里了。

利用新一代宏基因组测序技术,研究团队在11份马来菊头蝠的粪便中提取出了2条完整的基因组,命名为BetaCoV/Rm/Yunnan/YN01/2019(RmYN01)(23395bp)和BetaCoV/Rm/Yunnan/YN02/2019(RmYN02)(29671bp)。我们前边提到拿来研究的就是RmYN02。

研究者用SARS-cov-2,RmYN01,RmYN02,RaTG13和来自穿山甲身上的冠状病毒做了比较,发现RmYN01离SARS-cov-2差的挺远的,就70%多。

而RmYN02相似度非常高,表现出93.3%的核苷酸序列一致性,尽管在整个基因组上它与SARS-CoV-2的相似性不如RaTG13(96.1%)那么高。但在大多数基因组区域(例如1ab,3a,E,6、7a,N和10)中,RmYN02和SARS-CoV-2非常相似(> 96%序列同一性)。

尤其是在最长的编码基因区域1ab(21,285个核苷酸)中,RmYN02与SARS-CoV-2的同源性为97.2%。然而,RmYN02在S基因中与SARS-CoV-2的序列同一性较低(核苷酸71.8%,氨基酸72.9%),而RaTG13和SARS-CoV-2之间的氨基酸同一性为97.4%。在RBD中,RmYN02与SARS-CoV-2仅具有62.4%的氨基酸同一性,而来自广东缴获的走私马来亚穿山甲携带的冠状病毒具有97.4%的氨基酸同一性,并且是该区域中与SARS-CoV-2最近的关系。

跑个题,上边这图眼熟不?跟《传染病》里哪个科学家看的图类似,挺佩服哪个电影导演的,没有瞎拍。

然后研究者分析了这几种病毒的S蛋白三维结构。

分析过程很复杂,直接跳过,大概意思就是因为氨基酸的缺失和插入,导致这种新发现的RmYN02病毒理论上无法和ACE2受体结合,同时对比蝙蝠,穿山甲,和新冠病毒的病毒的S蛋白区域,研究者认为,研究团队认为,这种进化模式是重组和自然选择的复杂结合的表现。

然后又到了我们喜闻乐见的发育树环节啦。

发育树:a长基因组;b、S蛋白基因;c、RBD结合域基因;d、RdRp基因(RNA聚合酶)

研究者对RmYN02,RaTG13,SARS-CoV-2和穿山甲β-CoVs进行了系统发育分析。与先前的研究一致,穿山甲β-冠状病毒形成了两个得到良好支持的子谱系,代表了广西(Pangolin-CoV / GX)和广东省(Pangolin-CoV / GD)省的走私当局缉获的动物(图A)。

但是,无法确定穿山甲是这些病毒的天然储存器,还是它们独立于蝙蝠或其他野生动植物而获得这些病毒,都需要进一步取样。

更值得注意的是,RmYN02是大多数病毒基因组中SARS-CoV-2的最亲近的亲缘关系,尽管这两种病毒仍以相对较长的分支长度彼此分开(图3A)。

在基因树中,SARS-CoV-2与RaTG13簇集并且与RmYN02远离,这表明后者病毒已在该基因中经历了重组(图B)。

在RBD的系统发育中,SARS-CoV-2与穿山甲CoV / GD的关系最为密切,蝙蝠病毒的位置更趋异,再次表明了重组(图C)。

最后,对通常用于RNA病毒的系统发育分析的完整RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)基因的系统发育分析表明,RmYN02,RaTG13和SARS-CoV-2与穿山甲病毒形成了一个与分子生物学不同的良好支持的亚簇。(图D)。

后边,研究团队再次确定了RmYN02的蝙蝠宿主为马来菊头蝠(Rhinolophus malayanus),和一种马来菊头蝠标本中获得的序列(GenBank accession MK900703)100%一致。

同时根据样本的检查结果,科学家从肛拭子中发现了RaTG13,从粪便中发现了RmYN02。因此,粪便是是蝙蝠将病毒传播给其他动物,特别是能够利用洞穴环境的物种的一种简单但可行的方法。所以蝙蝠附近栖息地的动物很有可能是通过粪便感染了病毒。

基于以上的研究,新冠病毒可能来源于野生动物中多种自然发生的重组事件。来自蝙蝠的病毒可能提供了它的基因骨架,与蝙蝠或其他野生动物(比如穿山甲)的进一步重组事件则导致获得S蛋白、RBD和多碱基剪切位点,以及自然进化和的修饰使得新冠病毒变成了现在的模样。

所以在此重复下我上次预测的观点:在马来亚穿山甲的生存地点,在其中生存的蝙蝠中,可能会有比Bat SARSr-CoV RaTG13更为接近源头的病毒。不要因为我国蝙蝠病毒数据库资源丰富就把这个锅往中华菊头蝠身上甩!

同时也对仍在孜孜不倦的追寻蝙蝠病毒源头的科研工作者致敬。

论文通讯作者是山东第一医科大学基础医学院病原生物学研究所所长史卫峰,中国科学院微生物研究所病毒传播预警与致病机制研究组组长毕玉海,中国科学院西双版纳热带植物园综合保护中心景观生态组组长Alice Catherine Hughes。