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细思恐极……今日《细胞》发现,新冠病毒的基因组产物比我们想象中复杂得多

学术经纬 学术经纬 2021-04-01

▎药明康德内容团队编辑  


诺贝尔生理学或医学奖得主梅达沃(P. B. Medawar)曾说,病毒“只是包裹在蛋白质中的一条坏消息”。新冠病毒的“坏消息”,由一条核糖核酸(RNA)分子写成。在疫情爆发后不久,科学家们就迅速读出了病毒基因组RNA的序列。然而,这条由大约30000个碱基组成的“坏消息”并不简单。对于其中携带的基因信息,我们可能刚开始读出它有多么复杂。

今日,《细胞》杂志上线一篇最新研究论文,为我们详细分析了新冠病毒的RNA,揭示出许多过去未知的特征。这项研究的主要负责人之一是RNA生物学专家、韩国基础科学研究所(IBS)的金娜蕊(KIM V. Narry)教授。

论文以“提前公开”的形式上线,以便读者在排版和校对工作完成之前能尽快读到其内容(点击文末“阅读原文/Read More”即可访问)

新冠病毒在侵入细胞后,会复制自己的基因组RNA,然后产生许多较短的RNA分子,称为“亚基因组RNA”。利用这些亚基因组RNA分子,细胞内生产出了病毒所需的各种蛋白,比如S蛋白、包膜蛋白等,从而装配出更多的病毒颗粒。

根据先前一些研究的推测,组成新冠病毒颗粒的蛋白由10个亚基因组RNA编码。在这篇论文中,研究人员对此进行了实验验证。结果表明,其中9个亚基因组RNA确实存在,并定位出了这些RNA片段在基因组RNA上的具体位置;但过去预测的第10个亚基因组RNA看来并不存在。

▲9个亚基因组RNA在基因组中的确切位置,以及与新冠病毒颗粒结构的对应关系(图片来源:参考资料[1];Credit:IBS)

除了9个典型的基因组产物外,研究人员发现,由于RNA分子会发生融合、缺失、移码等事件,新冠病毒的基因组产物实际上要更多,存在数十个未知的亚基因组RNA。“这些分子事件可能导致冠状病毒的相对快速进化,但还需要进一步研究。”金教授说道。

此外,研究人员在病毒RNA上发现了多种过去未知的化学修饰。与未修饰的RNA相比,化学修饰并不改变序列中的基本遗传信息,但是,研究人员指出,它们有可能让病毒具有一些新特征。“目前还不清楚这些修饰起到什么作用,但它们可能会帮助病毒避免宿主的攻击。”研究人员猜测。因此,进一步弄清这些特征,有望为对抗新冠病毒提供新的线索。

▲新冠病毒基因组(gRNA)和亚基因组RNA (S, 3a, E, M, 6, 7a, 7b, 8, N)的不同位置修饰程度不同,红色箭头所示为最常见的修饰位点(图片来源:参考资料[1];Credit:IBS)

值得一提的是,为了获得详细的病毒基因图谱,项研究采用了两种测序技术:DNA 纳米球测序和纳米孔直接RNA测序。其中,纳米孔RNA直接测序可以用来直接分析病毒的整条RNA分子,而不必像传统的RNA测序方法那样先把RNA分子切成短片段再转化为DNA。与此同时,DNA纳米球测序虽然只能读取短片段,但具有分析大量序列的高精度优势。研究人员介绍:“事实证明,这两种技术分析病毒RNA具有很强的互补性。” 

金娜蕊教授总结说:“我们不仅详细研究了 新冠的结构,还发现了许多新的RNA产物和RNA上多种未知的化学修饰。这项工作提供的新冠病毒高分辨率图谱,将有助于我们了解病毒如何复制,以及如何逃脱人类的防御系统。”

伴随着我们对新冠病毒的理解逐渐加深,我们期待更多科学研究为诊断和治疗带来好消息。


参考资料
[1] Dongwan Kim et al., (2020) The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.011
[2] New coronavirus (SARS-CoV-2) mapped out. Retrieved Apr. 10, 2020, from https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=18344


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