中國醫學科學院如何用5例病症找出新型冠狀病毒
此次新型冠狀病毒肺炎的“元兇”是如何被鑑定出來的?中國醫學科學院等科研單位1月30日發表在《中華醫學雜誌》英文版上的一篇論文記錄了發現過程。研究團隊收集了武漢金銀潭醫院5例重症肺炎患者的臨床數據和支氣管肺泡灌洗液(BAL)樣本,利用下一代測序技術檢測灌洗液中提取的核酸。
最後,研究團隊分離出病毒並建立起最有可能的系統發育樹。
測序結果顯示,5個樣本均存在一種此前未知的β屬冠狀病毒(SARS、MERS亦為該屬)。
這5株病毒序列高度同源,其核苷酸相似度高達99.8%至99.9%。它們與SARS冠狀病毒和MERS冠狀病毒的核苷酸相似度則分別為79.0%和51.8%,可能與SARS病毒使用相同的受體。
從系統發育的角度來看,這種新型冠狀病毒最接近2005年發現於浙江舟山菊頭蝠體內的SARS樣冠狀病毒,核苷酸相似度為87.6%至87.7%,但處於不同的分支。此外,它們都包括一個完整的開放閱讀框8基因區域,進一步表明新病毒可能起源於蝙蝠。
來自5例病患肺深部的樣本
5例患者發病時間為2019年12月15日至12月22日不等,於12月18日至29日之間入住金銀潭醫院,表現出發熱、咳嗽,白細胞計數不同,但淋巴細胞數普遍低。患者病情進展迅速,截至論文完成有4例出現急性呼吸窘迫綜合徵,2例給予體外膜肺氧合,1例出院,1例死亡。其中,有2例未報告華南海鮮市場接觸。
具體來說,1號病例為65歲男性,華南海鮮市場商戶,發病時咳嗽少痰,持續發燒,16天后發展出嚴重氣短。
2號病例為49歲女性,華南海鮮市場員工,發病時高燒、乾咳,5天后出現呼吸困難。。
3號病例為52歲女性,發燒、咳嗽,CT胸片呈現玻璃樣渾濁,唯一未出現急性呼吸窘迫綜合徵的病例,1月8日(出現症狀後17天)出院。
4號病例為41歲男性,發病時高燒、乾咳,7天后發展出急性呼吸道窘迫綜合徵。
5號病例為61歲男性,在華南海鮮市場工作,發燒、咳嗽、呼吸困難7天后住院,合併慢性肝病和腹腔黏液瘤,最終死於多器官衰竭。
從2019年12月24日至2020年1月1日,研究人員對這5例病患完成了採樣,作為國家衛健委認可的突發公共衛生事件調查內容。
拼出病毒全基因組
每個樣品包含200微升的支氣管肺泡灌洗液,研究人員從中提取核酸,獲得了50微升的洗脫液。
原始測序數據經過濾後,得到了12.0%至92.0%的高質量數據,其中,5號樣本具有最高的病毒讀取比例。幾乎所有的病毒讀取數據都屬于冠狀病毒。經過拼接,研究人員得出了病毒的全基因組序列。每個樣本對全基因組序列的映射比例從4號樣本的0.27%到5號病人的85%不等。
此外,樣本幾乎沒有讀出任何已知細菌病原體,包括鏈球菌、鮑曼不動桿菌和假單胞菌。
這5個拼接出的冠狀病毒全基因組序列的核苷酸相似度高達99.8%至99.9%。基因組結構5′-ORF1ab–S–E–M–N–3′與最著名的蝙蝠SARS樣冠狀病毒相似。此外,它們具有Sarbecovirus亞屬特徵的開放閱讀框。
新病毒!可能起源於蝙蝠
同源性分析表明,這些全基因組序列與SARS冠狀病毒和MERS冠狀病毒的相似度則分別為79.0%和51.8%。
與之相似度最高的是2005年在舟山發現的兩株菊頭蝠攜帶的SARS樣冠狀病毒(SL-CoV ZC45和ZXC21),為87.6%至87.7%,不過,令人驚訝的是,在冠狀病毒最保守的RNA聚合酶序列上,樣本病毒與蝙蝠病毒SL-CoV ZC45只顯示出89.0%的一致性。
根據國際病毒分類學委員會的標準,一致性低於90%即可判定為一種新病毒。
構建起來的系統發育樹顯示,新型冠狀病毒和蝙蝠SL-CoV ZC45和ZXC21病毒密切相關,但屬於一個獨立的進化分支。新病毒包含ORF3和完整的ORF8基因區域,這是蝙蝠源冠狀病毒的特徵序列。種種跡象表明它很可能起源於蝙蝠
此外,它可能的受體結合區氨基酸序列類似於SARS病毒,或許使用相同的受體。
國家衛健委病原系統生物學重點實驗室和中國醫學科學院/北京協和醫學院病原生物學研究所克里斯托弗·梅里埃實驗室是論文的第一單位。
1月12日,世界衛生組織將新型冠狀病毒暫時命名為2019nCoV,為歷史上第7個可感染人的冠狀病毒。
1月26日,這5株2019新型冠狀病毒全基因組序列被國家基因組科學數據中心(NGDC)收錄。