《自然》首次发表新冠论文:武汉病毒所确认病毒进入细胞路径

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研究团队在较短的时间内,通过七例重症新冠肺炎样本,分析出2019-nCoV的全基因组序列、血清学检测等基本生物学特征,以及病毒进入细胞的路径和受体细胞,为后续疫情防控和药物研究等奠定了重要基础。

与此同时,论文的发表也让其背后的通讯作者及其团队再一次被人注视——石正丽,中国科学院武汉病毒研究所研究员,她和她的团队一直进行于病毒的研究,并在十数年时间里致力于此。


北京时间2月3日晚间消息,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)以“加快评审文章”(Accelerated Article Preview)形式在线发表了中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队关于新型冠状病毒(2019-nCoV)的研究论文。

该论文于2020年1月20日提交,1月29日被期刊接收,最终在线发表于2月3日。

这也是《自然》首次以正式论文的形式刊发关于2019-nCoV的研究。

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中科院武汉病毒所周鹏研究员、杨兴娄副研究员和金银谭医院的王先广医生为该论文共同第一作者,武汉病毒所石正丽研究员为通讯作者。

武汉病毒所陈全姣、邓菲、严兵、王延轶、肖庚富研究员、金银谭医院黄朝林、陈慧冬医生和湖北省CDC占发先主任医师、刘琳琳副主任医师为共同作者。

该论文显示,武汉新型冠状病毒nCoV-2019的序列与一种蝙蝠中的冠状病毒序列一致性高达96%,也就是说,引发武汉新型冠状病毒的自然宿主可能仍然是蝙蝠。但目前不明确其间是否还有中间宿主。

武汉病毒所还确认了2019-nCoV进入细胞的路径与SARS冠状病毒一样,即通过ACE2细胞受体,为后续疫情防控和药物研究等奠定了重要基础。

论文指出,自18年前SARS爆发以来,大量与严重急性呼吸综合征相关的冠状病毒(SARSr-CoV)在它们的天然宿主蝙蝠中被发现,对公共健康构成了潜在威胁。先前的研究表明,其中一些蝙蝠sarsr - cov有可能感染人类。

在中国武汉引起了急性呼吸综合征流行的是一种新型冠状病毒(2019-nCoV),该疫情患者于2019年12月首先被发现,此后疫情已蔓延至中国其他地区及海外。起源或为中国湖北武汉华南海鲜市场,患者症状包括发烧、气促和肺炎。

此外,该论文还从核酸检测、血清学诊断、病毒分离和受体利用等方面揭示出该冠状病毒的基本生物学特性。

1 新型冠状病毒全基因组分析

石正丽团队分析了7例重症肺炎患者的样本,其中6人为武汉海鲜市场内的工人,该海鲜市场在2019年12月已首次发现病例。

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7例重症肺炎患者的信息与诊断史

在疫情早期,石正丽团队从5名患者中获得了全长基因组序列,来自5位患者的病毒序列几乎完全相同(相似度超过99.9%),与SARS冠状病毒有79.5%的序列一致。

通过对病毒保守蛋白氨基酸分析发现2019-nCoV与SARS病毒属于同一种冠状病毒(SARS-related coronavirus, SARSr-CoV)。

研究人员进一步发现,该病毒序列与一种蝙蝠冠状病毒在全基因组水平上相似度高达96%,表明蝙蝠可能是该冠状病毒的来源。

对7个保守的非结构蛋白的两两序列分析表明,该病毒属于SARSr-CoV。然后从一名危重病人的支气管肺泡灌洗液中分离出2019-nCoV病毒,该病毒可被几名病人的血清中和。

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图a. 高通量测序从病人样本中获得病毒的全基因组分析;

图b. 2019-nCoV与人SARS病毒和蝙蝠SARSr-CoV同源性分析;

图c. 利用2019-nCoV的复制酶基因完成的进化分析;

图d. 基于冠状病毒完整基因组核苷酸序列的系统树。


2 病毒分子和血清学调查

研究团队对患者不同时期的支气管肺泡灌洗液、咽拭子、肛拭子等样本进行了两轮核酸检测,时间分别为2019年12月30日和2020年1月10日,结果发现前一个时间样本的病毒核酸量比后期高约1000倍以上。

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图a. 七位患者体内病毒核酸检测;

图b. 一位2019年12月23日出现发病症状的患者体内血清学变化情况;

图c. 七位患者抗体水平检测.

采用实验室早期储备的SARSr-CoV抗原,对患者血清样本进行了检测,发现患者产生了相应的IgM和IgG抗体。

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2019-nCoV在细胞内的电镜观察。

随后从一位重症患者的支气管肺泡灌洗液中,分离获得了2019-nCoV病毒,电镜观察可见其在细胞内清晰的冠状病毒颗粒形态。

研究团队还确认了2019-nCoV进入细胞的路径与SARS冠状病毒一样,即通过ACE2细胞受体(血管紧张素转换酶)。该研究成果为后续病毒致病机理、病毒溯源等研究提供了重要依据。

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新冠病毒在人、蝙蝠、果子狸和小鼠ACE2的HeLa细胞中感染情况。

表明2019-nCoV可以利用SARS-CoV的相同受体入侵细胞。

感染2019-nCoV的病人体内的抗体显示出在低血清稀释度下中和病毒的潜力,但是抗SARS病毒抗体是否能与2019-CoV交叉反应,仍需用从SARS病毒感染中痊愈的病人的血清来确认。

作者还开发出了一种可以将2019-nCoV与其他所有人类冠状病毒区分开的测试。

这项研究还表明,最有可能的病毒传播途径是通过个体的呼吸道,不过作者也指出其他途径也有可能,仍需更多患者数据来进一步研究传播途径。

3 站在背后的石正丽团队

石正丽,中国科学院武汉病毒研究所研究员。她和她的团队一直进行于病毒的研究,并在十数年时间里致力于此。

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根据石正丽早在2018年一次公开演讲中的自述,在SARS随后十几年时间里,石正丽团队的足迹遍布了我国28个省市,只要听说有蝙蝠的地方都会去,如同大海捞针一般,抽丝剥茧,溯本求源。

18年前,石正丽团队也是中国SARS病毒的源头攻克团队。

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2017年,石正丽等人在追寻、研究13年之后,终于在云南昆明地区一个小山洞里的蝙蝠身上发现了SARS病毒所有基因组成,基本完成了对SARS病毒的溯源工作。而此前,一度被认为是SARS“罪魁祸首”的果子狸实际上只是中间宿主,并非病毒源头。

据武汉病毒所官网信息显示,2019年12月30日,在疫情爆发初期,武汉病毒所已经启动新型冠状病毒的样本收集和标准化入库工作。

1月2日,该所确定了新型冠状病毒(以下称2019新型冠状病毒)全基因组序列,并于1月5日成功分离到了病毒毒株。

1月9日该毒株资源已按标准完成国家病毒资源库入库,并进行了标准化保藏(保藏编号:IVCAS 6.7512),这为当前2019新型冠状病毒的科学研究、疫苗开发、生物医药筛选等提供重要资源支撑。

1月11日,武汉病毒所作为国家卫健委的指定机构之一,向世界卫生组织提交了2019新型冠状病毒基因组序列信息,在全球流感共享数据库(GISAID,Global Initiative on Sharing All Influenza Data)发布,实现全球共享。此后,在全球范围内,针对新型冠状病毒的研究论文已经超过50篇。

1月21日,根据疫情快速处置与应急在科技方面的迫切需求,湖北省科技厅启动了“2019新型肺炎应急科技攻关研究项目”,成立了新型肺炎应急科研攻关研究专家组,武汉病毒所研究员石正丽任组长。

同时,石正丽团队率先在bioRxiv预印版平台上发表《Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin》,揭示武汉新型冠状病毒nCoV-2019与一种蝙蝠中的冠状病毒的序列一致性高达96%。这意味着,新型冠状病毒可能与18年前的SARS病毒一样,其自然宿主都来自蝙蝠。

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