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作者：香雪精準醫療-鄭紅俊
發(fā)布時(shí)間：2020-03-11
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一場(chǎng)新肺炎在武漢肆虐，繼而擴展到全國，甚至到了其他國家和地區。科學(xué)家們分析出這是一種新的冠狀病毒在搗鬼。這不禁讓人想起17年前的SARS冠狀病毒，真是不寒而栗。大魔王又來(lái)了嗎？這大過(guò)年的，還讓不讓人過(guò)年了？
很快，新冠病毒的基因組發(fā)表了，不同團隊發(fā)表的序列高度一致，是同一種病毒沒(méi)跑了（序列編號MN908947，NC_045512，MN938384，MN975262等等）。更多新序列可以在GISAID網(wǎng)站索取。
讓我們來(lái)看看這害人的小妖精是何方妖孽。
首先，冠狀病毒長(cháng)這樣，表面很多刺頭被人們美化成皇冠上的明珠，故而得名冠狀病毒，其實(shí)一個(gè)帶刺的大球球，是不是有點(diǎn)像小時(shí)候玩的蒼耳？蒼耳很容易粘到衣服上，靠的就是表面密密麻麻的刺。冠狀病毒也是一樣，圖中紫色的蛋白就是它的刺，特異性識別人體粘膜蛋白ACE2，所以保護好我們口鼻眼的粘膜就很重要了。
圖1： 冠狀病毒（圖片來(lái)自百度）
于是就有科學(xué)家從這根刺上下手，想辦法封閉掉這刺，就避免了感染人體，包括抗體，小RNA，疫苗，細胞免疫等技術(shù)。也有其他科學(xué)家團隊從其他角度入手，此處不一一列舉了。
我們今天主要是來(lái)認識這根刺（英文名SPIKE，縮寫(xiě)S）。
新冠病毒的S蛋白有1273個(gè)氨基酸，有發(fā)表的其他冠狀病毒S蛋白序列稍長(cháng)稍短，不一而足。總體而言，S蛋白是三聚體，俗稱(chēng)三花聚頂。它有一個(gè)長(cháng)長(cháng)的桿，和一個(gè)大大的頭。桿的位置序列保守，如果針對這個(gè)部位用抗體封閉就舉一反三了，但是桿子被大頭擋住了，很難下手。大頭成了繞不過(guò)去的一道坎，但是大頭的序列就不如桿的序列保守了，它多變，像個(gè)傲嬌的小女人。大頭也叫RBD，就是和人體蛋白結合的區域，在不同的冠狀病毒中序列不一樣，也就導致和人體蛋白結合的強弱不一。很明顯，新冠比SARS引起的病癥要弱，毒性低，但是潛伏期長(cháng)，傳染更隱秘。這是病毒進(jìn)化的結果，更好地依賴(lài)宿主生存和傳播，而不是一上來(lái)就搞死宿主。
病毒究竟是怎樣進(jìn)化得更聰明的呢？ 這是一個(gè)深奧的課題，病毒在地球存在了幾十億年，有150萬(wàn)種之多。人類(lèi)才出現幾十萬(wàn)年，我們認識到的病毒只是其中的冰山一角，所以我們要尊重它們的存在，這個(gè)自然界真正的霸主。
比較已經(jīng)發(fā)布的病毒序列可以看出一點(diǎn)端倪。于是我們把大頭的氨基酸序列丟到數據庫中比對，終于發(fā)現了一點(diǎn)線(xiàn)索。圖2展示的結果顯示出與新冠病毒的大頭最相似的序列是來(lái)自蝙蝠的SARS樣冠狀病毒（AGZ48806，ATO98157）。巧的是，這兩條序列都是武漢病毒所的石正麗的團隊發(fā)表的。所以就有了網(wǎng)上討伐石教授泄露病毒的謠言。序列雖然相似，但是要進(jìn)化到完全一樣，需要幾十年的時(shí)間。幾十年前還沒(méi)這個(gè)團隊呢。
圖2 大頭的序列比對
好了，下面要劃重點(diǎn)了。
當我們把最相似的幾十條序列排好隊仔細查看的時(shí)候，發(fā)現了一些關(guān)鍵氨基酸的區別。
EPI_ISL_410721 LCFTNVYADSFVVRGDEVRQIAPGQTGRIADYNYKLPDDFTGCVIAWNSNNLDSKVGGNY
MN908947 LCFTNVYADSFVIRGDEVRQIAPGQTGKIADYNYKLPDDFTGCVIAWNSNNLDSKVGGNY
ATO98157.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFLGCVLAWNTNSKDSSTSGNY
AGZ48806.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFLGCVLAWNTNSKDSSTSGNY
AGZ48828.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFTGCVLAWNTRNIDATQTGNY
AHX37558.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSSGNF
QDF43825.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
ATO98231.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
ATO98218.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV91631.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU04662.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU04649.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU04646.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
ABF68957.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV97986.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV97989.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV97990.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV49719.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV49723.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAS10463.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV98001.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU04664.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV97985.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV49722.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU93319.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV98000.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAU04661.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAV49720.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
AAS00003.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
BAE93401.1 LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
3SCI_E LCFSNVYADSFVVKGDDVRQIAPGQTGVIADYNYKLPDDFMGCVLAWNTRNIDATSTGNY
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圖3 與大頭最相似的序列的比對
序列相似性從上到下漸行漸遠。最上面的一行序列是來(lái)自穿山甲的（EPI_ISL_410721），是最相似大頭的（MN908947），所以穿山甲有可能是中間宿主。其次相似的是來(lái)自蝙蝠的冠狀病毒樣序列（ATO98157，AGZ48806），標黃的氨基酸N（天冬酰氨）和大頭一致。其他序列均來(lái)自SARS，在這個(gè)關(guān)鍵氨基酸上卻是R（精氨酸）。由此可見(jiàn)新冠與蝙蝠來(lái)源的更接近，而距離SARS遠些。
憑什么說(shuō)這個(gè)標黃的氨基酸N是關(guān)鍵氨基酸呢？
那是在很久很久以前啦，有人發(fā)表了SARS的刺頭與人體蛋白ACE2的復合結構（PDB網(wǎng)站搜索2AJF），這個(gè)結構就展示了刺頭上能結合ACE2的關(guān)鍵氨基酸，如圖4所示。
圖4： SARS的刺頭結合人體ACE2蛋白的結構展示（PDB：2AJF）
圖中綠色的波浪卷是人體ACE2，青色的是SARS刺頭蛋白，二者之間形成氫鍵（黃色虛線(xiàn)）的關(guān)鍵氨基酸側鏈都在沒(méi)有固定結構的環(huán)上。
那么新冠的大頭又會(huì )怎樣呢？
通過(guò)軟件SWISS MODEL模擬新冠病毒大頭的RBD結構，發(fā)現它與SARS刺頭結構很相似，而上文提到的標黃的關(guān)鍵氨基酸N在圖5中左邊顯示，明顯比SARS刺頭的R要短，不能與ACE2有效形成氫鍵，其他關(guān)鍵氨基酸不變，故而新冠大頭的親和力弱于SARS刺頭。這也就解釋了新冠毒性弱的根本原因。
圖5 模擬的新冠病毒大頭與人體蛋白ACE2結合的結構
圖中綠色的波浪卷是人體ACE2，青色的是SARS刺頭蛋白，黃色是模擬的新冠的大頭。紅圈顯示關(guān)鍵氨基酸的變化R變成N之后，側鏈變短不能形成氫鍵。而其他氨基酸一致。
大頭RBD中的結合區域的氨基酸序列如下：
大家留意到序列中幾個(gè)氨基酸標紅了，這些就是大頭序列中與人體蛋白ACE2會(huì )結合的關(guān)鍵氨基酸。其中標黃的則是與SARS不一樣的氨基酸，其他標紅的一致。值得一提的是，近期發(fā)表的穿山甲中攜帶的冠狀病毒序列與新冠病毒的關(guān)鍵氨基酸完全一致。
好了，重點(diǎn)講完了。今天介紹了新冠給大家認識，從病毒總體到S蛋白，然后到大頭區域。
從根本上認識病毒，才讓我們不畏懼它，才能找到它的弱點(diǎn)戰勝它。
參考：
2 PLoS Pathog. 2017 Nov 30; 13(11):e1006698. Discovery of a rich gene pool of bat SARS-related coronaviruses provides new insights into the origin of SARS coronavirus.
3 Nature. 2013 Nov 28; 503(7477): 535–538. Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor.
4 Viruses. 2019 Nov; 11(11): 979. Viral Metagenomics Revealed Sendai Virus and Coronavirus Infection of Malayan Pangolins (Manis javanica)
5 Science. 2005 Sep 16;309(5742):1864-8. Structure of SARS coronavirus spike receptor-binding domain complexed with receptor.
