自然刊發論文:全球最早公佈的新冠序列如何在上海破譯

《自然》首次發表新冠論文:武漢病毒所確認病毒進入細胞路徑

2月3日,頂尖學術期刊《自然》(Nature)以“加快評審文章”(Accelerated Article Preview)形式在線發表了來自中國團隊、有關新型冠狀病毒的論文:《一種與中國呼吸道疾病相關的新冠狀病毒》。該研究團隊獲得的新型冠狀病毒全基因組序列系全球最早公佈,對之後全球的防疫和研究工作意義重大。此番論文中,研究團隊分析了新型冠狀病毒基因組序列,該病毒基因組從來自武漢華南海鮮市場的一名病人身上獲得。基因組分析顯示,該病毒與此前在中國蝙蝠體內找到的一組SARS樣冠狀病毒密切相關。

上述研究由中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所研究員、上海市(復旦大學附屬)公共衛生臨床中心兼職教授張永振及其同事進行。作者單位包括上海市(復旦大學附屬)公共衛生臨床中心和公共衛生學院、華中科技大學武漢中心醫院、中國疾病預防控制中心(CDC)傳染病預防控制研究所、武漢疾病預防控制中心、澳大利亞悉尼大學等。

2019年12月26日,上海市公共衛生臨床中心科研項目常規收集到武漢市中心醫院和武漢市疾控中心的不明原因發熱患者標本一份。2020年1月5日凌晨,研究團隊就從標本中檢測出一種新型SARS樣冠狀病毒,並通過高通量測序獲得了該病毒的全基因組序列(GenBank:MN908947)。

1月11日,研究團隊在《病毒學組織》網站(virological.org)發佈了所獲得的新型冠狀病毒全基因組序列,系全球最早公佈該病毒序列的團隊,此舉對後續新型冠狀病毒的溯源以及鑑定至關重要。1月14日,世界衛生組織(WHO)正式將引發此輪肺炎的病毒命名為2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)。

值得一提的是,上述病毒全基因組序列在國際上公佈後,國際上多隻團隊即開始緊鑼密鼓開始著手相關的疫苗研發工作。

論文披露,該研究的樣本來自一名41歲的男性患者,無肝炎史、肺結核或糖尿病。2019年12月26日,他出現症狀後的第6天,他在武漢市中心醫院住院。當時他已經發燒(>37.5°C)、胸悶、乾咳、全身疼痛無力一週。

武漢市疾控制中心的流行病學調查顯示,該患者在當地的華南海鮮市場工作。值得注意的是,除了魚類和貝類魚類外,在疫情爆發之前,該市場還出售各種活的野生動物,包括刺蝟、獾、蛇和鳥類(斑鳩),以及動物屍體和動物肉。

但據稱該市場不出售蝙蝠。儘管患者可能與市場上的野生動物接觸過,但他回憶說沒有接觸活禽。在武漢市中心醫院,該患者被認為是新型冠狀病毒疑似病例。住院期間他的支氣管肺泡灌洗液(BALF)被收集並保存在-80°C環境,為下一步實驗做準備。

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臨床症狀和患者數據

針對他心血管、腹部和神經系統的物理檢查結果正常,他的淋巴細胞輕度減少(每立方毫米少於900個細胞),但是在全血細胞計數(CBC)測試中他的白細胞和血小板數量正常。

他的C反應蛋白遠高於正常水平(CRP,血液含量41.4mg/L,參考範圍為0-6mg/L),此外,他的天冬氨酸轉氨酶、乳酸脫氫酶和肌酸激酶在血液化學測試中略高於正常水平。

患者有輕度低血氧症,在動脈血氣試驗中氧水平為67mmHg。入院第1天(發病後第6天),患者胸片顯示異常,存在磨玻璃陰影。

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患者入院當天(發病後第6天)進行的胸部CT掃描

入院後第5天(發病後第11天),患者的胸片顯示雙側瀰漫性斑塊狀模糊影。醫院期間聯合使用抗生素、抗病毒藥和糖皮質激素進行治療,但患者表現出呼吸衰竭,並接受了高流量無創通氣。治療3天后患者的病情沒有改善,他被送進了重症監護室(ICU)。

治療3天后病情無改善。入院6天后,該患者轉到武漢另一家醫院接受治療。

為調查與該疾病相關的可能病原,研究團隊收集了患者的支氣管肺泡灌洗液(BALF)並進行了深度轉錄組測序。該臨床標本在上海公共衛生臨床中心生物安全三級實驗室中處理。從200微升支氣管肺泡灌洗液提取總RNA(核糖核酸),並使用Illumina MiniSeq構建亞轉錄組文庫,用於成對末端(150bp)測序。

研究團隊總共產生了56565928個從頭開始的序列讀取組裝並篩選潛在的病原體。在Megahit組裝的384096個重疊群中,最長的(30,474個核苷酸[nt])具有很高的丰度,並且與蝙蝠SARS樣冠狀病毒分離株bat-SL-CoVZC45高度相似。

這與此前1月30日國際頂級醫學期刊《柳葉刀》上披露的結果類似。《柳葉刀》一篇論文指出,對2019-nCoV完整基因組進行的源序列搜索顯示,GenBank(美國國家生物技術信息中心建立的DNA序列數據庫)中最緊密相關的病毒是bat-SL-CoVZC45(同源性87.99%;查詢覆蓋率99%),以及另一種蝙蝠起源的SARS樣乙型冠狀病毒bat-SL-CoVZXC21(登錄號MG772934;同源性87.23%;查詢覆蓋率98%)。這兩種最緊密相關的病毒均採集於2018年中國東部城市舟山。

這種新型病毒的基因組序列及其末端分別通過RT-PCR和5'/3'RACE試劑盒(TaKaRa)被該團隊確認,團隊將該病毒稱為WH-Human 1冠狀病毒(WHCV)(現被普遍稱為“2019-nCoV”),其全基因組序列(29903nt)已存入GenBank,登錄號為MN908947。通過定量PCR(qPCR)估計BALF樣品中的病毒載量為3.95×10^8拷貝/mL。

為了更好地瞭解WHCV感染人類的能力,研究團隊將其刺突蛋白的受體結合結構域(RBD)與SARS冠狀病毒和蝙蝠SARS樣冠狀病毒的進行比較。WHCV的RBD序列與SARS冠狀病毒的RBD序列(氨基酸同源性73.8%-74.9%)和SARS樣冠狀病毒(包括Rs4874,Rs7327和Rs4231毒株,氨基酸同源性75.9%-76.9%)的親緣關係都較近,而它們都能通過人類ACE2受體進入細胞。

研究團隊在論文的最後提到,儘管在中國的蝙蝠中廣泛發現了SARS樣病毒,但與SARS-CoV相同的病毒尚未記錄。值得注意的是,2019-nCoV與蝙蝠冠狀病毒最密切相關,甚至在nsp7和E蛋白中與Bat-SL-CoVZC45表現出100%的氨基酸相似性。

因此,這些數據表明蝙蝠可能是2019-nCoV的宿主。但是,由於首次報告該病時市場上有多種動物在出售,因此需要更多的工作來確定2019-nCoV的天然宿主和中間宿主。

注:A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature (2020). 論文地址為https://www.nature.com/articles/s41586-020-2008-3


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