新冠背景知识(一)

COVID-19 和SARS-COV2

SARS-COV2:病毒名称;严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)
COVID-19:SARS-CoV-2引起的疾病名称:2019冠状病毒病(COVID-19)

新冠基因组

SARS-COV2是单股正链RNA病毒,参考基因组全长29,903bp(接近30k)。典型的冠状病毒属结构:5' 非编码区(Untranslated regions,UTR),复合酶复合体(Open reading frame lab,ORFlab)、刺突糖蛋白(Spike,S)基因、包膜蛋白(Envelope,E)基因、膜蛋白(Membrance,M)基因、核衣壳蛋白(Nucleocapsid,N)基因、含有ploly(A)

新冠基因组长度分布图
冠状病毒结构示意图

新冠病毒分型与突变

SARS-CoV-2病毒变异株
• Variants of concern(VOC):关切变种
• Variants of interest(VOI):存疑变种
• Variants under monitoring (VUM):监测变种
WHO于2021年2月25日发布了VOC和VOI的定义和工作建议。

• 其中VOC应满足:
• 1)流行病学上传播力增强或流行特点出现有害变化;
• 2)致病力增强或临床表现趋重,或公共卫生、社会措施或现有诊断、疫苗、治疗方
法的有效性降低;

VOC

以下斯坦福网址可查看不同变种的突变信息
https://covdb.stanford.edu/variants/omicron_ba_2/

新冠亚型突变信息

新的SARS-CoV-2 突变意味着什么?
病毒在传播过程中会发生变异。像SARS-CoV-2 这样的 RNA 病毒,在选择性压力下会发生高比例变异。

  1. 人群中传播的更快
  2. 对人类造成轻微或严重疾病的能力
  3. 对治疗药物如单克隆抗体的敏感性降低
  4. 逃避疫苗免疫的能力
  5. 逃避特定检测的能力

S蛋白的重要氨基酸突变将影响SARS-CoV-2的生物学特性
每个病毒粒子包膜上约含有30~40个S 蛋白同型三聚体;
每个S 蛋白单体又分为S1亚基和S2亚基;
S1介导病毒与细胞受体结合而S2介导病毒与细胞膜融合作用;
• S蛋白氨基酸突变位点分析结果显示:S1亚基是氨基酸突变位点积累较多的区域;
S1亚基主要包含:

  • 受体结合结构域(receptor binding domain,RBD)
  • N-末端结构域(N-terminal domain,NTD)

RBD区域氨基酸突变

RBD区域不仅与ACE2 结合,还是多种中和抗体竞争性结合的区域。因此,RBD 区域的氨基酸突变最
有可能导致病毒免疫逃逸,尤其是受体结合基序(receptor binding motif,RBM)的氨基酸突变。
• 重要突变位点:
• N501Y突变 :增强病毒与细胞受体ACE2 的亲和力。
• E484K/Q突变 :增强病毒株的免疫逃逸能力,例如对单克隆抗体以及部分康复者血清具有明显的抵抗作用。
• K417N/T突变 :使病毒具有免疫逃逸能力。
• L452R突变 :使病毒的感染性增加。
• 其他突变 :Y453F、N439K、S477N等。

NTD区域氨基酸突变

• NTD区域的突变同样值得关注。在发现的VOC 变异株中,NTD区域拥有多个氨基酸突变。NTD 区域
的突变常常伴随RBD区域突变后发生,并与RBD 区域突变以组合的形式存在于多种变异株中,辅助
提高变异株的感染力与适应性。
• 重要突变位点:
• HV69-70del:可引起S 蛋白S1亚基构象改变。研究表明,HV6970del主要与造成免疫逃逸的突变位点同时出现,
增强病毒的细胞感染力
• 其他氨基酸突变:L18F、Y144del等。


image.png

新冠病毒分型方法

通常我们需要获得一个样本的全基因组序列,或相对于原始株的所有变异。可用到常用的call变异软件和组装拼接软件(IRMA)。

新冠分型和溯源的方法,分别可在以下网址测试:

1 nextclade

网址:https://clades.nextstrain.org/
只需要将多个样本的基因组序列,放在一个fasta文件中,上传即可查看基因组序列质控和谱系聚类

nexclade质控和聚类分析

nextclade对上传的序列质控图

点击右上角的进化树按钮,可进一步查看进化树。

2 pangolin分型

将基因组序列上传到pangolin网站,这也是世界上公认的分型方法。
https://pangolin.cog-uk.io/

pangolin分析提交分析
分型结果

点击分型旁边的叹号,可以查看该变种流行的国家、时间、数量。

参考

1.https://www.nature.com/articles/d41586-020-02544-6

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