SARS-CoV-2遵循可预测的突变步伐

内布拉斯加大学林肯分校的新研究表明，引起covid -19的SARS-CoV-2病毒产生的突变似乎在家族中发生，或者至少在对人类最危险的冠状病毒属中发生。

内布拉斯加州的研究小组将SARS-CoV-2的早期进化与其近亲β冠状病毒的进化进行了比较，发现SARS-CoV-2突变在基因和结构上基本上都发生在相同的位置。

研究人员说，SARS-CoV-2与其前身(包括感染人类的SARS-CoV-1和MERS-CoV)之间的突变相似性可以帮助预测导致covid - 19的病毒将如何继续进化。

内布拉斯加州复杂生物系统项目的博士生凯瑟琳·拉图雷特(Katherine LaTourrette)说:“一次只研究一种病毒的问题是，你只见树木不见森林。”“通过观察这个大局，我们能够预测SARS-CoV-2的突变性质。”

“这就涉及到这些问题:疫苗是否会长期有效?哪些变种会偷偷溜过去?我们需要加强注射吗?接种疫苗的人会被第二次感染吗?”

“你更有可能击中靶心。”

病毒的遗传密码决定了它感染细胞并引导细胞大量复制自身的能力。该密码由基本化合物或核苷酸组成，每当这些核苷酸被添加、减少或交换时，就会发生突变。许多突变几乎没有影响，就像试图通过改变一个字符来破解一个复杂的密码一样，很可能会失败。

但如果有足够的机会，病毒最终会发生一个或多个突变，改变其结构关节或氨基酸的组装，足以帮助它更好地入侵细胞和复制——这是帮助它胜过其他菌株的优势。在某些情况下，新的毒株还可以逃避现有疫苗引起的免疫反应，因此有必要开发新的疫苗来预防它。

当SARS-CoV-2大流行来袭时，LaTourrette和她的顾问Hernan Garcia-Ruiz正忙于比较入侵不同生物王国(植物)的病毒的突变模式。为了做到这一点，研究人员分析了一个属中所有病毒基因组上平行位置的测序DNA片段。他们专门寻找单点突变:片段中只有一个核苷酸发生了变化。通过精确定位它们，研究小组正在猜测某些突变是否会在相关的植物病毒中突然出现，然后将这些突变追踪到病毒中功能性氨基酸的变化。

拉图雷特说:“很多时候，研究人员研究的是一种特定的植物病毒。“他们对此非常了解。但我们的问题是:从大局来看，这个属在做什么?我们知道变异不是随机的。它在基因组的特定区域积累，而这些区域(有时)在整个属中是一致的。这些往往是对宿主适应等事情很重要的区域，基本上，这些区域需要不断变化，以便与宿主共同进化。”

“所以当COVID-19发生时，我们想，好吧，我们可以下载(冠状病毒)序列，并通过管道运行它们，看看变异发生在哪里。”

当他们这样做的时候，LaTourrette和她的同事们发现，所谓的刺突蛋白，从贝塔冠状病毒中伸出来，通过与表面的受体结合而进入宿主细胞，在所有已知的贝塔冠状病毒中迅速变异，包括SARS-CoV-2。

研究人员发现，尽管这种“高度可变”的刺突蛋白只占SARS-CoV-2基因组的17%，但到目前为止，它已经积累了大约50%的病毒总突变。这些突变出现在基因组的相同区域，甚至是刺突蛋白的相同亚基，就像迄今为止在所有其他冠状病毒中出现的那样。

拉图雷特说:“我们所有的分析都表明，这才是变异发生的真正原因。”“我们什么时候研究它并不重要，我们研究的是什么变体——刺突蛋白是关键。”

研究小组还得出结论，正如其他病毒学家所得出的那样，SARS-CoV-2刺突蛋白是紊乱的氨基酸组装成相同的通用架构，该架构有LaTourrette所说的“一些摆动空间”，可以转换成略有不同的配置。她说，这是个坏消息，因为它的结构灵活性可能也会给它带来一些功能上的回旋余地。

“人与人之间的细胞受体可能略有不同，”拉图雷特说。“所以你必须有一个(刺突蛋白)受体来适应这些微小的变化。如果它是有序的，它不能移动，那么它可能不会感染每个人。但有了这种灵活性，它就更好了病毒．"

“基本上，这个领域是高度可变的，它是灵活的。所以这是双重打击。”

拉图雷特说，这些特性将继续使SARS-CoV-2成为一个强大的敌人，在可预见的未来，需要保持警惕，以避开它。但了解它的优势，以及其他冠状病毒的进化史可能作为对未来的合理预测，应该有助于病毒学家和疫苗学家制定相应的策略。

随着SARS-CoV-2的进化，疫苗可能不得不继续针对这种独特的刺突蛋白，但查阅冠状病毒的突变模式可以帮助研究人员预测该蛋白的哪些结构域最可能发生突变，哪些最不可能发生突变。拉图雷特说，这可以使移动目标更容易击中。

“如果你在投飞镖时闭上眼睛，它可能会飞到任何地方，”她说。“但通过观察其他(冠状病毒)物种，你就知道它可能会降落在哪里。这样你就更有可能击中靶心。”

虽然LaTourrette已经回到了植物王国，但她说，在满足供不应求的情况下，有机会将她的工作适应于如此紧迫的目的，证明了她的满足感。

拉图雷特说:“对我们来说，从植物到冠状病毒的过渡是一种非常积极的方式，表明你可以利用你的科学和知识，并将其应用于造福社会。”“在过去一年半的时间里，我们看到了一些非常好的例子，这些公司正在进行这种转变。”

“尽管这是一个非常困难的时期，有很多困难，但我认为看到科学家们走到一起，能够共同为一项事业做出贡献，这是非常积极的。”

LaTourrette和内布拉斯加州病毒学中心植物病理学副教授Garcia-Ruiz与最近的硕士研究生Natalie Holste，博士生Rosalba Rodriguez-Peña和来自巴西的访问研究员Raquel Arruda Leme一起进行了这项研究。