冠状病毒的后基因组时代

摘自《中国生物技术信息网》：在SARS病毒被确定为SARS的病原体后不到两个月的时间里，已经有来自不同国家和地区的多株SARS病毒的全基因组序列被完成，现在可以对这些不同的分离株进行一些比较。

基因序列分析展现了SARS病毒的基因结构和种系发生关系。SARS病毒基因组具有其它冠状病毒的所有生物学特征，但是它和所有已知的冠状病毒都有明显的不同，所以将其归为冠状病毒的一个新的分支。现在已经发现，从加拿大多伦多和越南分别分离出的两株SARS病毒基因组全序列比较仅有八个核苷酸的差别，所以认为人的SARS病毒的基因组序列是稳定的。SARS病毒的基因组包含有五个主要的开放阅读框架（ORFs），分别编码复制酶蛋白、S蛋白、E蛋白、M糖蛋白和N蛋白，这些蛋白的顺序和大小都和其他冠状病毒差不多。

在冠状病毒基因组主要的ORFs之间还插入一些可变的非保守的ORFs。Marra等人在SARS病毒的基因中也发现有九个可能的ORFs，但是它们在其它的冠状病毒中并未发现。Rota等人在另一株SARS病毒的基因中也发现了五个编码蛋白小于50个氨基酸的ORFs，它们能够在接种的细胞中翻译表达。这些蛋白对于病毒的复制可能是非必需的，也可能它们在病毒的复制和疾病的发病机制中扮演一些目前仍不为人所知的功能，同时可以调节感染宿主的免疫压力。Marra和Rota所在的研究小组对于这些ORFs分别给予不同的命名，而命名的统一有待于这些ORFs在感染的细胞中能够成功表达。

冠状病毒感染的细胞包含有一个3’共终端嵌套结构mRNA，每个mRNA的5’ 端都有一个由基因组5’端先导序列（约70个核苷酸）衍生出来的5’末端。负义RNA病毒的亚基因组mRNA是通过不连续的转录过程合成的，这一过程受位于每个靠近ORF的起始端和3’端的核心转录调控序列（TRS）所调控。Marra等人认为SARS冠状病毒的调控序列为5-CUAAAC-3，和冠状病毒第二群中的鼠和牛的相似，而Rota等人认为SARS冠状病毒的TRS是5-AAACGAAC-3。已知不同冠状病毒之间的TRS有一些小的变化，对于SARS冠状病毒的每一个可能的ORFs来说，它的候选TRS都是不一样的。在SARS冠状病毒的每一个编码S蛋白基因、编码M蛋白基因以及ORF10之前都有一致的序列-CUAAAC，同样发现在编码N蛋白、ORF3和ORF9三个位点之前有共同的序列-AAACGAAC，表明上述6个基因表达蛋白在感染的宿主细胞中可能是由亚基因组mRNA表达而来。编码E蛋白的基因、ORF7、ORF9和ORF11的上游序列和以上共同的TRS有明显的不同，推测SARS冠状病毒的E蛋白和一些其它冠状病毒的E蛋白一样，是有自身的一个比较大的mRNA翻译得到（而不是亚基因组）。Rota等人在SARS冠状病毒感染的细胞中用Northern杂交检测到5个高丰量的mRNA，但是一些低丰量的mRNA可能没有被检测出。试验资料要求必须在感染的细胞中确定核心TRS和病毒mRNA的特征以及检测到病毒基因组编码蛋白。

尽管预测SARSG冠状病毒的3CL蛋白酶（病毒复制酶蛋白的一部分）、S蛋白、E蛋白、M蛋白和N蛋白的氨基酸序列在结构和功能上和已知的冠状病毒相似，但是它们氨基酸序列的同源性不到40%～50%。整体而言，SARS冠状病毒的基因组和所有已知的冠状病毒基因组的系统进化树上是等距离的。其中SARS冠状病毒编码多聚酶基因序列和冠状病毒第二群中的牛和鼠最相近，也有一些特征和的三群中的鸟类冠状病毒相似。除此之外，在SARS冠状病毒基因组的3’包含有32个核苷酸的基序，这在冠状病毒的第三群中也发现有这一特征。目前在SARS冠状病毒的基因组中没有发现在第二群冠状病毒中所含有的血凝素酶基因，同样在第二群的冠状病毒的复制酶中包含有两个回文样结构蛋白酶，而SARS冠状病毒和第三群冠状病毒类似，明显只编码一个回文样结构蛋白酶。Marra和Rota所在的研究小组在比较SARS冠状病毒和其它冠状病毒的基础上，认为SARS冠状病毒应该归为一个新的冠状病毒分支。

事实上，基因组分析清楚地显示，SARS冠状病毒既不是来源于已知冠状病毒在宿主的突变，也不是已知冠状病毒的简单重组，也不像是由已知的冠状病毒通过基因工程产生。SARS冠状病毒可能独自来源于一个已知的冠状病毒，但是在它能够感染人并造成SARS流行之前，经历了一段漫长的在未确定的动物宿主如鸟类和爬行类动物体内传播的过程。SARS冠状病毒的来源宿主的确定要依赖于对SARS流行的始发地不同动物物种的血清学调查，从来源宿主体内必须能够分离到冠状病毒，而且它的基因序列的变化要和人的SARS冠状病毒基因组相关。目前对从不同地域分离完成的SARS冠状病毒的全基因序列分析显示，该基因组的序列是很稳定的。从不同临床病例得到的分离株其基因组序列只有很小的差别，这种差别对于研究流行病学的标志可能提供帮助。但是在SARS冠状病毒的所有功能和抗原决定簇蛋白被确定以前，这些基因组间序列的差别对于病毒的发病机理的意义还不能确定。

SARS冠状病毒的基因组序列使得通过RT-PCR扩增病毒的亚基因组mRNA成为可能，从而可以克隆病毒的cDNAs，表达病毒的重组蛋白，研究这些蛋白在病毒复制和疾病的发病机理中的作用。病毒cDNAs和重组蛋白的抗体对于发展检测临床样本中的SARS冠状病毒的RNA和相关抗原的特异性和敏感性试剂盒提供帮助，病毒的基因组序列和重组蛋白也有利于发展针对SARS冠状病毒的药物和疫苗设计。比如，一个编码SARS冠状病毒3CL蛋白酶的三维结构模型，已经用来指导蛋白酶抑制剂的设计，以阻止病毒的复制。用中和性单克隆抗体被动免疫人体对于SARS的预防和治疗可能有益，减毒活疫苗也可能通过在细胞培养传代中减弱其致病力最终得到。SARS冠状病毒的抗原所诱导的保护性免疫力可以促进疫苗的研究。可喜的是，为了确定病毒的毒性决定区，现在已经可以通过靶向RNA重组技术和感染性cDNA克隆来操纵冠状病毒的基因组序列。目前，SARS的研究方向已经从最初的确立病原和基因组测序，到分析病毒蛋白和这些蛋白在病毒的复制和发病机制中的作用，从而为发展针对SARS的新的药物和疫苗奠定基础，即SARS冠状病毒的后基因组计划。 (《中国生物信息》)

2003.06.06