史和其他中国科学家发现，进化的军备竞赛塑造了病毒及其受体的多样性 识别参与种间传播的关键残基对于预测潜在的病原体和理解病毒如何从野生动物转移到人类非常重要 此前，研究人员已经在中国菊蝠中发现了具有不同遗传特征的sars相关冠状病毒 这项最新的研究还表明，蝙蝠受体ace2(血管紧张素转换酶2)在中国菊花蝙蝠群体中的高度多样性 这些ace2变体支持sars病毒和sars相关冠状病毒的感染，但对不同的尖峰蛋白具有不同的结合亲和力 Sars相关冠状病毒尖峰蛋白对人ace2具有较高的结合亲和力，表明这些病毒具有向人感染过渡的能力 ace2和sars相关冠状病毒尖峰蛋白界面残基的正向选择表明它们之间存在长期持续的共同进化动力学 因此，持续监测蝙蝠体内的这一组病毒对于预防下一次类似非典的疾病是必要的 【/h/】以上研究来源于中国科学院武汉病毒研究所石和福建师范大学生命科学学院欧阳松英教授在预印平台biorxiv上发表的论文:病毒与宿主的进化军备竞赛驱动BAT SARS相关冠状病毒尖峰基因的遗传多样性 羊栖菜是sars病毒的宿主，体内还携带多种sars相关冠状病毒 这些病毒具有很高的遗传多样性，尤其是病毒的尖峰蛋白基因 虽然有不同程度的变异，但一些bat sars相关冠状病毒仍可利用人类受体ace2进入人体细胞 研究人员推测bat ace2受体与sars相关冠状病毒的尖峰蛋白之间存在相互作用，从而驱动了sars相关冠状病毒的遗传多样性 研究人员鉴定了一系列羊栖菜ace2变异体，其中一些变异体具有与sars-cov穗蛋白相互作用的多态性位点 携带不同尖峰蛋白的伪病毒或sars相关冠状病毒在表达bat ace2变异体的细胞中具有不同的瞬时感染效率 通过测定sars病毒与sars相关冠状病毒尖峰蛋白、bat受体和人受体分子的结合亲和力，可以观察到相关结果 所有测试的bat sars相关冠状病毒尖峰蛋白对人ace2的结合亲和力高于对bat ace2的结合亲和力。 然而，sars相关冠状病毒尖峰蛋白与人ace2的结合亲和力比sars-cov尖峰蛋白与人ace的结合亲和力低10倍 结构模拟表明，尖峰和ace2结合亲和力的差异可能是由这两种分子界面上一些关键残基的变化引起的 分子进化分析表明这些残基处于强阳性选择 这些结果表明，SARS-CoV-2尖峰蛋白和bat ace2可能随着时间的推移而相互进化，并经历彼此的选择压力，从而引发军备竞赛的进化动力学 这进一步证明了中华菊蝠是sars相关冠状病毒的天然宿主 冠状病毒是一种包膜病毒，它含有一条正链rna 这个亚科有四个属，即& alpha、beta、γ；和& delta & alpha冠状病毒和β；冠状病毒起源于蝙蝠或啮齿动物，γ；冠状病毒和& delta冠状病毒起源于鸟类 21世纪初以来，三种β；冠状病毒2型已经导致了人类严重肺炎的爆发 它们是sars冠状病毒、mers冠状病毒和sars冠状病毒2型 SARS-CoV-2引起的疫情让人们想起了17年前的非典疫情 非典是一种人畜共患疾病。在接下来的几年里，科学家们从中国和欧洲不同地区的蝙蝠身上检测或分离出了75种具有不同遗传特征的非典相关冠状病毒 Bat sars相关冠状病毒与人和果子狸的sars-covs具有96%的核苷酸序列相似性，最易变的区域是尖峰蛋白(S)和辅助蛋白orf3和orf8 此外，研究人员还在不同的蝙蝠sars相关冠状病毒基因组中鉴定了sars-CoV的所有遗传构件，表明sars病毒的祖先来自蝙蝠sars相关冠状病毒基因组的重组，起源于蝙蝠 病毒感染的第一步是识别细胞受体，这也是必不可少的一步 冠状病毒的进入是通过病毒刺突蛋白(S)与细胞表面受体的特异性相互作用介导的，然后病毒与宿主细胞膜发生融合 冠状病毒的尖峰蛋白分为两个亚单位:细胞附着亚单位(s1)和膜融合亚单位(s2) S1区域包含n端域和c端域。两者都可用于冠状病毒受体结合(rbd) 对于sars-cov，s1-ctd作为rbd与细胞的受体血管紧张素转换酶2(ace2)结合 通过冷冻电镜和晶体结构分析，鉴定了sars病毒s-rbd与人ace2界面上的一些关键残基 根据s蛋白的大小，bat sars相关冠状病毒可以分为两个不同的进化分支 进化分支1中包含的病毒具有与sars病毒相同大小的尖峰蛋白 然而，由于5、12或13个氨基酸的缺失，属于进化分支2的病毒的尖峰蛋白小于sars病毒的尖峰蛋白 虽然rbd不同，但cladist 1的所有菌株都可以利用ace2进入细胞，而cladist 2的菌株由于上述缺失不能直接进入 这些结果表明，就基因组相似性和ace2的使用而言，cladist 1的成员可能是sars病毒的直接来源 ace2在功能上分为两个结构域:N端结构域参与sars-cov结合，C端结构域参与心脏功能的调节 以往的研究结果表明，不同来源的ace2的碳末端结构域相对保守，而氮末端结构域在物种间表现出更大的多样性 已经证明sars病毒可以利用水鼠耳蝠的ace2和中国菊头蝠的ace2 rbd结合位点的小突变可以使ace2从对sars-cov结合不敏感变为敏感 因为所有属于进化分支1的sars相关冠状病毒都可以从中华菊蝠中提取，而且ace2也可以使用，所以研究人员询问中华菊蝠ace2的变异是否可能导致蝙蝠中sars相关冠状病毒的多样性 研究小组研究了蝙蝠菊ace2基因的多态性，并通过分子进化分析、蛋白亲和分析和病毒感染分析，评价了它们对不同蝙蝠sars相关冠状病毒尖峰蛋白的敏感性和结合亲和力 【/h/】结果表明，sars相关冠状病毒穗蛋白的多样性可能受到中国菊蝠ace2变异体自然选择的压力。在长期共存过程中，中国菊头蝠ace2可能会选择sarsr-cov穗蛋白，以保持其自身的遗传多样性，并适合中国菊头蝠种群 根据sars相关冠状病毒在蝙蝠中的流行情况和样本组织的可获得性和质量，研究人员使用来自三个省(湖北、广东和云南)的样本来扩增ace2 除了bat ace2(分别从湖北、广西和云南采集的样本id 832、411和3357)和其他bat ace2(genbank注册号act66275，是从香港采集的样本)之外，研究人员还从中国菊花bat的21个个体中获得了ace2基因序列:湖北5个，广东和云南9个 这些bat ace2序列在其物种中显示出98-100%的氨基酸同一性，并且与人类ace2显示出80-81%的氨基酸同一性 在这些蝙蝠的乙酰胆碱酯酶2的氮末端区域观察到了主要的变化，包括一些以前被确定为与sars病毒的s-rbd接触的残基 通过非同义snp分析鉴定了8个残基，包括24、27、31、34、35、38.41和42 这8个残基的组合产生了8个等位基因，包括riesedyk、liefenyq、rtesenyq、riksedyq、qiksedyq、rmtsedyq、emkt kdhq和eikt eiktkdhq，分别命名为等位基因1-8 除了先前研究中的ace2基因型数据(等位基因4、7和8)，研究人员还在中国菊蝠群体中鉴定了五个新的等位基因 等位基因2在两个省的样本中发现，等位基因4在三个省发现，而其他等位基因似乎在地理上受到限制 总之，广东有3个等位基因(4、6、8)，云南有4个等位基因(1、2、4、7)，湖北有3个等位基因(2、4、5)，广西和香港各有1个等位基因 在发现非典病毒直接祖先的云南蝙蝠洞，研究人员发现四个等位基因共存 综上所述，这些数据表明ace2变异体在不同地区的羊栖菜种群中已经存在了很长时间 与sars病毒s-rbd直接接触的位点的替换表明它们可能在sars病毒的进化和传播中起重要作用 中国Rhythmias ace 2变异体对sars相关冠状病毒感染表现出不同的敏感性 为了评估不同的中国Rhythmias ace 2分子是否能影响sars病毒和bat sars相关冠状病毒的进入，研究人员在hela细胞中瞬时表达中国Rhythmias ace 2变异体，并用不同的刺进行测试 四种bat sars相关冠状病毒根据s1序列可分为四种基因型 简单来说，与sars病毒的尖峰蛋白相比，sars相关病毒rswiv1的rbd与sars病毒具有较高的氨基酸同一性；Rswiv16是sars病毒的近亲，在ntd和rbd中表现出高度的氨基酸相似性；Rs4231在ntd上与sars病毒有很高的氨基酸相似性。Rsshc014在ntd和rbd区域与sars病毒不同 与之前的研究结果类似，四种具有相同基因组背景但不同尖峰蛋白的bat sars相关冠状病毒株都可以利用人类ace2在相似的水平上进行复制 然而，在如何使用中国菊头蝠的ace2方面存在一些差异 所有测试的病毒都可以有效利用等位基因1、2、4、5进入 具有相同rbd的Rswiv1和rswiv16不能使用来自广东的等位基因6(样本id 1434) 具有相同rbd的Rs4231和rsshc014不能分别使用来自云南和广东的等位基因7(样本id 3357)和等位基因8(样本id 1438) Sars bj01与wiv1和wiv16的rbd具有高度相似性，在假型感染实验中可以使用与rs4231和rsshc014相同的bat ace2等位基因 Bat ace2残基突变会影响其与sars相关冠状病毒rbd的结合亲和力 为了进一步了解sars病毒和sars相关冠状病毒使用ace 2的不同能力，研究人员表达了冠状病毒bj01、rswiv1、rsshc014的rbd。 然后，研究人员测试了它们之间的亲和力 sars病毒bj01和人ace2的rbd为阳性对照，sars病毒rswiv1和人dpp4的rbd为阴性对照 实时分析表明，基于平衡解离常数kd，不同rbd与ace2的结合亲和力不同 与病毒感染实验结果一致，发现1434ace2(等位基因6)与rsshc014和bj01结合，而与rswiv1的rbd不结合；研究还发现，3357ace2(等位基因7)与rswiv1结合，但与rsshc014和bj01的rbd不结合。发现5720ace2(等位基因2)结合所有测试的rbd 所有测试的rbd都与人或bat ace2具有高结合亲和力 然而，与蝙蝠体内两种sars相关冠状病毒的rbd相比，它与中国菊蝠ace2的结合亲和力较低 这些结果表明rbd和ace2之间的结合亲和力影响病毒的传染性 sars相关冠状病毒rbds与中华棘球绦虫相互作用的结构模型 四种蝙蝠SARS相关冠状病毒具有相同的尖峰蛋白大小，其与sars-cov的氨基酸ace2s同源性超过90%，表明这些蛋白具有228种相似的结构 在本研究中，他们利用中国菊花bat ace2 3357(等位基因7)构建了bat sars相关冠状病毒rsshc014 rbd的复杂结构模型，利用中国菊花bat ace2 1434(等位基因6)构建了bat sars相关冠状病毒rswiv1 rbd的复杂结构模型 这与sars-cov rbd与人ace2结合亲和力的实验结果一致 与sars-cov rbd与人ace2界面上的接触残基相比，ace2上的两个病毒-病毒结合热点(HotSpot lys353中由glu35和asp38组成的盐桥)可以在附近观察到或改变。 如前所述，这两个热点隐藏在疏水环境中 它们为病毒-受体结合相互作用提供了大量能量，并填补了结合界面上疏水叠加238相互作用的关键空缺口 与人类ace2相比，中国蝙蝠ace2-3357的两个主要残留变化是e35k和y41h rsshc014 rbd中e35k与k31和arg479之间的盐桥断裂，可能影响其结合亲和力 第41位的组氨酸可能削弱k353- d38盐桥的支持力，因为组氨酸的疏水性不如酪氨酸，这导致其与bj01 rbd的结合亲和力降低 因此，bj01和rsshc014 rbd与中国菊花bat ace2 -3357的结合亲和力较低 苏氨酸位于中国蝙蝠乙酰胆碱酯酶2-1434的31位，与人乙酰胆碱酯酶2的赖氨酸不同 虽然k31t因其变化不能与glu35形成盐桥，但bj01 rbd c中的tyr442可以与之形成氢键 然而，rswiv1 rbd中442位的丝氨酸不具有这种功能 此外，rsshc014在479位含有一个精氨酸，thr31不能与glu35形成盐桥，因此glu35可以与arg479形成盐桥，但rswiv1中的rbd残基asn479可能导致其失去这种能力。 所以bj01和rsshc014 rbd可以和ace2 -1434结合，rswiv1rbd不能和ace2 -1434结合。 在本研究中，所有中国菊蝠的ace2在82位含有天冬酰胺，而人的ace2在这个位置是甲硫氨酸 m82n的变化引入了不利的亲水残基，这削弱了热点31周围的疏水网络 此外，asn82引入了一个糖基化位点，就像大鼠ace2一样，导致其不能有效支持sars-cov感染；ace 2 82位的聚糖可能导致空病毒rbd结合之间的干扰 因此，m82n可能对sars-cov与sars相关冠状病毒rbd和中华菊头蝠ace2s的相互作用有显著影响 如前所述，rbd的残基487与ace2上的热点353相互作用 Rswiv1 rbd含有asn487，asn487的极性侧链可能与ace2中lys353残基的脂族部分发生不利的相互作用，从而影响k353和d38之间的热点相互作用。 此外，rsshc014 rbd在487位含有一个丙氨酸；ala 487的小侧链不支持热点353的结构 因此，rswiv1和rsshc014 rbd与人ace2的结合亲和力低于bj01，但与人ace2的结合亲和力高于中国菊花ace2，这与病毒感染和结合实验结果高度一致 Sarsr-CoV棘突基因通过正向选择与中国看麦娘2号共同进化 为了测试sars病毒棘突蛋白dn/ds中国看麦娘2号基因可能的选择压力，他们利用paml软件包的编码ml程序分析了单个密码子的非同义突变与同义突变的比例(。 通过分析sars相关冠状病毒尖峰蛋白的完整基因序列，比较了中国菊花样本中9种sars相关冠状病毒尖峰蛋白的基因序列 发现该模型允许正选择(m2a和m8)下的密码子进化 在m8型中(初始种子值& omega(dn/ds) = 1.6，密码子频率= f3x4)，20个密码子(p >: 0.95)，dn/ds >: 1。根据晶体结构，298个密码子中有17个位于rbd区，面向受体ace2 此外，五个密码子(442、472、479、480和487)出现在sars-cov尖峰中，它们被确定对人ace2的结合亲和力有显著影响 接下来，他们比较了本研究中获得并从基因库下载的25只中国红掌蝙蝠的ace2基因序列，以分析中国红掌蝙蝠的ace2基因 他们发现在m8模型中，12个密码子(2.3%，p > 0.95)的dn/ds > 1，其中8个密码子(31，24，27，34，35，38，41，42)对应于人ace2的残基，这些密码子直接参与人sars病毒的尖峰蛋白的接触 他们还分析了嗜酸乳杆菌的ace2基因，据报道该基因偶尔会结合sars相关冠状病毒 通过对中华菊头蝠23个ace2基因的序列比对，发现中华菊头蝠的ace2在整个编码区的不同个体中比中华菊头蝠的ace2更保守，没有观察到明显的正选择位点(数据未显示) 此外，通过查询单核苷酸多态性(snp)数据库，他们发现人类ace2基因中的SNP是在整个编码区随机产生的 虽然在人类ace2中发现了两个具有非同义突变的snp位点(t27a和e35k)，但它们在全球人群中都显示出罕见的频率(频率分别为0.00001和0.00002) 这些结果表明bat中sars相关冠状病毒的棘蛋白与中国菊花bat中的ace2在界面上存在正选择