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系统分类学

2020年2月11日,国际病毒分类委员会(ICTV)发表声明,根据系统发育、分类学和已有的经验,冠状病毒研究专家组(CSG)正式确认新冠病毒为严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoVs)的姊妹,属于(冠状病毒科、正冠状病毒亚科、β属(Sarbecovirus亚属)类SARS病毒种。

  • 划分标准是:替换的氨基酸占比在2.1%~2.3%之内的算同一个种。

从分类学上来讲,SARS-CoV-2与SARS-CoV具有某些共同特性,但实际上它与SARS-CoV又不一样,属于另一个毒株。

冠状病毒分类与人的类比(图源:ICTV CSG—SARS-CoV-2)

遗传学(基因组比对)

1.在基因序列相似性上,SARS-CoV-2与SARS-CoV全基因组水平相似性约79%[1]。其中1ab、1a、1b、S、E、M、N蛋白基因序列同源性分别为79.5%、75.4%、86.3%、72.7%、93.5%、85.1%、88.1%。

2.在氨基酸水平上,SARS-CoV-2和SARS-CoV基因组编码蛋白的氨基酸序列大致相同,但也存在一定差异性。比如:

  • 辅助蛋白:8a蛋白存在于SARS-CoV中,而在SARS-CoV-2中不存在;8b蛋白在SARS-CoV中为84个氨基酸,但在SARS-CoV-2中较长,为121个氨基酸;3b蛋白在SARS-CoV中为154个氨基酸,但在SARS-CoV-2中则较短,只有22个氨基酸。这些辅助蛋白的组成性差异,意味着新型冠状病毒和SARS-CoV可能存在着一定差异性的致病机制。

此外,通过系统地比较SARS-CoV-2与SARS和SARS类似冠状病毒两组病毒在每个编码蛋白上的氨基酸序列,发现二者之间存在总共380个差异性氨基酸位点。

  • 无差异性氨基酸位点:nsp7蛋白、nsp13蛋白、E蛋白、M蛋白、辅助蛋白p6和8b中均未发生氨基酸替换。
  • 有差异性氨基酸位点:
  1. nsp3和nsp2中分别有102个和61个氨基酸替换。
  2. S蛋白存在27个氨基酸替换,包括RBD中的氨基酸区域357-528有6个氨基酸替换。
  3. 基础亚结构域(SD)中的氨基酸区域569-655有6个氨基酸替换。
  4. 受体结合亚基S1结构域的C端存在的4个氨基酸替换(Q560L、S570A、F572T和S575A)位于两个以前被报道为SARS-CoV抗原的肽中。

值得注意的是,在病毒的S蛋白上,SARS-CoV-2与SARS-CoV的差异位点分布在SARS-CoV受体结合部位周围和SARS-CoV的抗原表位上,这些蛋白质水平差异可能有助于揭示2019-nCoV与SARS病毒在传染性和致病力上的潜在差异[2]。

SARS-CoV-2与SARS-CoV有差异的氨基酸位点[2]

宿主受体蛋白

相同点

冠状病毒通过S蛋白与宿主受体结合,从而感染宿主细胞。β属冠状病毒的S蛋白大小以及与S蛋白相结合的受体不尽相同。研究人员对SARS-CoV-2的S蛋白进行了结构三维建模。结果表明,尽管存在氨基酸残基的替换,但SARS-CoV-2的S蛋白与人ACE2受体仍然具有显著的结合亲和力[3]。石正丽团队进一步确证了:SARS-CoV-2的S蛋白和SARS-CoV的S蛋白有着相同的功能宿主细胞受体(ACE2)[4]。

不同点

McLellan团队研究人员利用冷冻电镜技术解析S蛋白后,利用表面等离子共振技术(SPR)分析了S蛋白与ACE2蛋白的亲和力。结果表明,ACE2蛋白与新型冠状病毒S蛋白结合的亲和力是SARS-CoV的10到20倍。SARS-CoV-2 S蛋白结构之间最大的差异是RBD位置在其各自的“向下”构象之间的构象差异:与SARS-CoV相比,SARS-CoV-2中的RBD结构更靠近三聚体的中央部位;处于“向下”构象的SARS-CoV的RBD则与相邻原聚体的N末端域(NTD)紧贴着。

SARS-CoV-2 S蛋白中3个RBD中的1个会向上螺旋突出,导致S1亚基的脱落和S2的折叠,从而使S蛋白更容易与宿主受体血管紧张素转换酶2(ACE2)结合。

SARS-CoV-2 S蛋白和SARS-CoV S蛋白之间的结构比较[5](注:A. 带状显示SARS-CoV-2 S蛋白和SARS-CoV S蛋白的单个RBD,显示SARS-CoV-2 S蛋白一个“向下”的单体。B. 融合对比。SARS-CoV-2 S蛋白的以下结构域已与SARS-CoV-2 S的对应结构域对齐;NTD,RBD,SD1和SD2和S2)

参考文献

[1] Roujian Lu, Xiang Zhao, Juan Li, et.al. genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. Lancet january 30, 2020.

[2] Aiping Wu et al.Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China. Cell Host & Microbe, 2020.

[3] Xu X , Chen P , Wang J , et al. Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission[J]. SCIENCE CHINA Life Sciences, 2020.

[4] Zhengli Shi, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin, Nature, 2020.

[5] Wrapp D, Nianshuang W, Corbett K S. et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation, Nature, 2020.