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Cell:新研究绘制出SARS-CoV-2的高分辨率基因图谱,并指出这种病毒的基因组仅由9个亚基因组RNA组成

来源:本站原创 2020-04-10 07:16

2020年4月10日讯/生物谷BIOON/---新型冠状病毒SARS-CoV-2(之前称为2019-nCoV)导致2019年冠状病毒病(COVID-19),如今正在全球肆虐。根据美国约翰霍普金斯大学的最新统计,截至2020年4月10日,SARS-CoV-2已在全球疫情大爆发中让超过158万人受到感染,并导致94800多人死亡。当前,尚未批准任何抗病毒药物用于治疗SARS-CoV-2或任何其他引起人类疾病的冠状病毒。

在1977年,Jean Medawar和Peter Medawar写道,病毒“只是包裹在蛋白中的一条坏消息”。SARS-CoV-2中的“坏消息”是这种新型冠状病毒以非常长的核糖核酸(RNA)分子的形式携带它的神秘的基因组。在与COVID-19大流行的斗争中,世界似乎迷失了方向,无法发现这种冠状病毒(SARS-Cov-2)的组成。作为一种RNA病毒,SARS-Cov-2进入宿主细胞并复制它的基因组RNA(gRNA),并产生许多较小的称为“亚基因组RNA(subgenomic RNA)”的RNA。这些亚基因组RNA用于合成SARS-Cov-2所需的各种蛋白(刺突蛋白和包膜蛋白等)。因此,这些较小的RNA是干扰这种新型冠状病毒征服我们的免疫系统的良好靶标。尽管最近的研究报道了SARS-Cov-2的RNA基因组的序列,但是它们只能预测它的基因可能在哪里,从而让这个世界仍然迷失方向。

在一项新的研究中,来自韩国基础科学研究院、首尔大学和韩国疾病预防控制中心的研究人员成功地剖析了SARS-CoV-2 RNA基因组的结构。他们通过实验证实了这些预测的亚基因组RNA的存在,并且它们可经核糖体翻译为病毒蛋白。此外,他们分析了每个亚基因组RNA的序列信息,并揭示了这种病毒的基因在基因组RNA上的准确位置。相关研究结果以论文手稿的形式在线发表在Cell期刊上,论文标题为“The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome”。论文通讯作者为韩国基础科学研究院RNA研究中心的Kim V. Narry教授和Chang Hyeshik教授。
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.04.011。

Kim说,“我们不仅详细描述了SARS-CoV-2的结构,而且还发现了许多新的病毒RNA和这些病毒RNA上存在的多种未知的化学修饰。我们的研究提供了SARS-CoV-2的高分辨率图谱。该图谱将有助于了解这种病毒如何复制以及它如何逃避人类防御系统的监视。”

先前已知10个亚基因组RNA组成了SARS-CoV-2的病毒颗粒结构。但是,这些研究人员证实实际上仅存在9个亚基因组RNA,这就使得剩下的一个亚基因组RNA作废了。他们还发现,由于RNA融合和缺失事件的发生,存在数十种未知的亚基因组RNA。

Kim说,“尽管还需要开展进一步的研究,但是这些分子事件可能导致冠状病毒进化相对较快。此外,我们在这些病毒RNA上发现了多种未知的化学修饰。目前尚不清楚这些化学修饰的作用,但是它们很可能有助于这种病毒可以避免来自宿主的攻击。”

这些研究人员提出,这些经过化学修饰的病毒RNA可能具有与未修饰的RNA不同的新特性,即便它们在RNA碱基序列方面具有相同的遗传信息。他们认为,如果他们发现这些RNA的未知特征,那么这些发现可能会为对抗这种新型冠状病毒提供新的线索。这些新发现的化学修饰也将有助于了解这种病毒的生命周期。

这项研究取得成功的背后是这些研究人员组合使用两种互补的测序技术---DNA纳米球测序(DNA nanoball sequencing)和纳米孔直接RNA测序(nanopore direct RNA sequencing)。纳米孔直接RNA测序可直接分析整个长病毒RNA,而不用事先将它片段化。常规的RNA测序方法在读取RNA之前通常需要一步一步地将RNA切割并转换成DNA。与此同时,DNA纳米球测序只能读取短片段,但具有可以高精确地分析大量序列的优势。事实证明,这两种技术在分析病毒RNA方面具有很高的互补性。

Kim指出,“如今,我们获得了这种新型冠状病毒的高分辨率基因图谱,该图谱指导我们在所有的SARS-CoV-2 RNA(转录组)和所有经过化学修饰的RNA(epitranscriptome,即表观转录组)上找到每个基因的每个碱基存在的位置。如今是时候探究这些新发现的基因的功能以及病毒基因融合的内在机制。我们还必须研究RNA修饰以便观察它们是否在病毒复制和免疫应答中发挥作用。我们坚信我们的研究将有助于开发诊断试剂和治疗性药物,以便更有效地与这种病毒作斗争。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Dongwan Kim et al. The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.04.011.

2.New coronavirus (SARS-CoV-2) mapped out
https://phys.org/news/2020-04-coronavirus-sars-cov-.html
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