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赵华斌/严欢/陈宇/蓝柯团队合作研究发现不同蝙蝠物种ACE2的冠状病毒受体功能差异显著
来源:mg蓝球巨星 时间:2021-03-02 09:46:22 阅读量:

  Nature Ecology & Evolution(《自然?生态与进化》)3月1日以长文(Article)形式发表了mg蓝球巨星病毒学国家重点实验室的最新研究成果,论文题为“ACE2 receptor usage reveals variation in susceptibility to SARS-CoV and SARS-CoV-2 infection among bat species”(ACE2受体的使用范围研究揭示了不同蝙蝠物种对SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒感染能力的差异)。

  mg蓝球巨星严欢研究员、焦恒武副研究员为论文的共同第一作者,赵华斌教授、陈宇教授和蓝柯教授为论文的共同通讯作者。王欣、郭铭老师,博士生刘乾运、张贞、王秉钧,硕士生熊清参与了本研究,王林发教授为本研究提供了实验材料和宝贵建议。研究工作得到了mg蓝球巨星动物三级生物安全实验室的大力支持以及国家自然科学基金、mg蓝球巨星新冠专项基金、北京泰康溢彩公益基金会的资助。

图1. 相关论文在线发表于Nature Ecology & Evolution


  自新冠疫情爆发以来,蝙蝠一直处在舆论的风口浪尖上。研究表明,少数蝙蝠物种可能是人类冠状病毒的天然宿主,当前引发全球疫情的新冠病毒也可能起源于少数蝙蝠物种。然而,蝙蝠是一个有着1400多个物种的庞大哺乳动物类群,并非所有蝙蝠物种及其个体都有可能是人类冠状病毒的天然宿主。为了提供科学证据检测该假说,mg蓝球巨星生态学系赵华斌团队、病毒学国家重点实验室严欢团队、陈宇团队和蓝柯团队合作,将研究目标聚焦在血管紧张素转化酶2(ACE2);因为它是严重急性呼吸道综合征冠状病毒(SARS-CoV)、新冠病毒(SARS-CoV-2)的细胞受体,SARS-CoV和SARS-CoV-2能否利用不同蝙蝠物种的ACE2受体进入细胞可以提示这些蝙蝠是不是潜在的自然宿主。

  科研团队对46个蝙蝠代表物种的ACE2基因进行序列鉴定、进化分析以及细胞功能实验发现:有别于以往研究所提示的“众多哺乳动物的ACE2都可以支持SARS-CoV和SARS-CoV-2的进入”,不同蝙蝠物种的ACE2对SARS-CoV和SARS-CoV-2刺突蛋白(Spike)的结合能力和支持病毒感染的能力差别显著,同时还鉴定出了一些导致蝙蝠ACE2出现功能差异的关键位点。此外,作者还对46种蝙蝠的栖息地进行了调查和统计,发现蝙蝠栖息地与人类居住地的距离与蝙蝠ACE2受体能否支持新冠病毒的感染并没有明显的相关性。例如,少数菊头蝠物种被发现携带与人类新冠病毒基因组序列相似度比较高的蝙蝠病毒序列,但是菊头蝠类的蝙蝠物种极少在城市里出现,它们基本上都栖息在偏远地区的山洞内。

图2. 本研究的46种蝙蝠及其进化树


  在该研究中,研究团队首先通过基因组数据挖掘和序列鉴定,得到了46种蝙蝠ACE2基因的全长序列。进一步分析发现,蝙蝠ACE2中,影响其与病毒刺突蛋白结合的关键位点具有显著的加速进化特征,这一结果提示在介导病毒感染的功能水平上,不同的蝙蝠ACE2可能也存在着较大的差异。团队进一步构建了46种蝙蝠ACE2的稳转细胞系,通过流式细胞分析、免疫荧光等方法,发现SARS-CoV和SARS-CoV-2的受体结合区域RBD与不同蝙蝠物种的ACE2的结合能力存在显著差异。然后,研究团队分别用基于水泡性口炎病毒(VSV)的SARS-CoV和SARS-CoV-2假型病毒系统,以及SARS-CoV-2的真病毒感染稳定表达蝙蝠ACE2的细胞系,发现有24种蝙蝠的ACE2不支持SARS-CoV的感染,有21种蝙蝠的ACE2不支持SARS-CoV-2的感染,还有16种蝙蝠的ACE2既不支持SARS-CoV的感染也不支持SARS-CoV-2的感染,提示这些蝙蝠物种很可能不是其中一种或两种病毒的天然宿主。

图3. 46种蝙蝠ACE2受体感染冠状病毒的实验结果


  该研究提示不同蝙蝠ACE2与病毒受体结合区域RBD相互作用的关键序列差异可以显著影响其作为SARS-CoV和SARS-CoV-2的病毒受体功能,而许多蝙蝠物种很可能不是SARS-CoV和SARS-CoV-2的天然宿主。此外,蝙蝠栖息地与人类居住地的距离与蝙蝠ACE2受体能否支持新冠病毒的感染并没有明显的相关性。因此,人们怀疑所有蝙蝠物种或个体都携带有新冠病毒是没有科学依据的;虽然少数蝙蝠物种或个体携带与人类冠状病毒基因组序列相似的古老病毒,但目前尚无证据证明这些人类冠状病毒是蝙蝠直接跨种传播给人类的,而且这些蝙蝠有可能居住在远离人类聚集的深山旷野。

图4. 超萌的蝙蝠物种:洪都拉斯白蝙蝠(图片来自网络)


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-021-01407-1


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