SARS-CoV-2的三维分析揭示了病毒战术的线索——冠状病毒如何感染人类细胞和复制

水族馆中的COVID-19蛋白建模资源

水族馆新冠病毒蛋白建模资源登陆页面。资料来源:加文医学研究所

最全面的三维结构分析SARS-CoV-2迄今为止,已经揭示了病毒如何感染人类细胞和复制的新见解。

在来自Garvan医学研究所和CSIRO Data61的Sean O 'Donoghue教授的领导下,研究人员汇编了涉及冠状病毒27种蛋白质的2000多种不同结构。分析确定了“模仿”和“劫持”人类蛋白质的病毒蛋白质,这种策略允许病毒绕过细胞防御和复制。

这些结构模型可以从Aquaria-COVID资源这个网站是由该团队设计的,旨在帮助研究团体“放大”这种病毒的潜在新靶点,以用于未来的治疗或疫苗,并至关重要地调查新的病毒变体。

“我们的资源包含了SARS-CoV-2的结构细节,这是其他任何地方都无法获得的。这让我们对病毒的活动有了前所未有的了解,”奥多诺霍教授说,他是该杂志一篇论文的第一作者分子系统生物学yabo124详细介绍了团队的发现。

SARS-CoV-2 Envelople蛋白质

SARS-CoV-2包络模型在水族馆。资料来源:加文医学研究所

“我们的分析强调了冠状病毒使用的关键机制;这些机制反过来可能会指导新疗法和疫苗的开发。”

结构的见解

为了更好地理解生物过程,研究人员确定了单个蛋白质的三维形状——构成细胞或病毒的基石。

“蛋白质的3D结构为我们提供了关于SARS-CoV-2组成的原子分辨率信息,这对开发针对病毒不同部位的疫苗或治疗至关重要。由于最近对SARS-CoV-2的研究重点,科学家已经确定了该病毒27个独立蛋白质的大约1000个3D结构,以及近1000个相关蛋白质的3D结构,”O 'Donoghue教授解释说。“然而,到目前为止,还没有一种简单的方法可以把所有的数据收集在一起并进行分析。”

SARS-CoV-2 RNA合成复合物

SARS-CoV-2 RNA合成复合物的水族馆模型。资料来源:加文医学研究所

该团队的分析揭示了三种冠状病毒蛋白质(NSP3、NSP13和NSP16),它们“模仿”了人类蛋白质,研究人员认为,这些蛋白质使病毒能够更好地躲避人类免疫系统,并可能导致了变异新型冠状病毒肺炎结果。

建模还揭示了五种冠状病毒蛋白(NSP1、NSP3、刺突糖蛋白、包膜蛋白和ORF9b蛋白),研究人员称它们“劫持”或破坏人类细胞中的过程,从而帮助病毒获得控制,完成其生命周期,并传播到其他细胞。

“此外,我们发现了8种冠状病毒蛋白质彼此自我组装——分析它们如何组装,为病毒如何复制其基因组提供了新的见解。然而,在考虑了重叠部分后,我们认为仍有14种蛋白质在感染中发挥关键作用,但没有与其他病毒或人类蛋白质相互作用的结构证据,”O 'Donoghue教授说。

SARS-CoV-2飙升糖蛋白

SARS-CoV-2刺突糖蛋白和ACE2蛋白在水族馆中的模型。资料来源:加文医学研究所

“为了让研究人员更容易获得所有这些见解和数据,我们设计了一种新的可视化方法,称为结构覆盖图。这张地图突出了我们对SARS-CoV-2的了解以及仍有待发现的东西,它还帮助科学家发现并使用3D模型来调查具体的研究问题。”

病毒监测

该团队的分析显示了进一步研究的机会。“迄今为止,冠状病毒的大部分研究都集中在刺突糖蛋白上,这是目前疫苗的主要目标。这种蛋白质将继续是一个重要的目标,但同样重要的是,我们将重点扩大到其他潜在目标,更好地了解病毒的整个生命周期,”O 'Donoghue教授说。

他补充说,Aquaria-COVID资源可能帮助研究人员更容易地调查冠状病毒的新变体如何不同,关键是,如何更好地利用疫苗和治疗来针对它们。

“病毒传播的时间越长,就越有可能发生变异,形成新的变种,比如德尔塔毒株,”奥多诺霍教授说。“我们的资源将帮助研究人员了解病毒的新毒株是如何彼此不同的——我们希望这一难题有助于处理出现的新变种。”

参考文献:“SARS-CoV-2结构覆盖图揭示了病毒蛋白组装、拟态和劫持机制”分子系统生物学yabo124
DOI: 10.15252 / msb.202010079

这项研究得到了澳大利亚索尼基金会、澳大利亚环法自行车赛、威康信托基金会、生物技术和生物科学研究理事会以及澳大利亚联邦部长委员会的支持ür Bildung und Forschung (BMBF)。

该项目由Garvan医学研究所、CSIRO Data61、新南威尔士大学悉尼分校、wehenstephan - triesdorf应用科学大学、慕尼黑技术大学、邓迪大学和伦敦大学学院合作完成。

O’donoghue教授是新南威尔士大学悉尼分校生物技术与生物分子科学学院的联合教授,也是澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO) Data61(澳大利亚国家科学机构)的访问科学家。

2的评论“SARS-CoV-2的三维分析揭示病毒策略的线索——冠状病毒如何感染人类细胞和复制”

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  2. 霍华德·杰弗里·本德博士|2021年9月14日下午3:16|回复

    奥多诺霍教授说得很好:“迄今为止,冠状病毒的大部分研究都集中在峰值糖蛋白上,这是目前疫苗的主要目标。这种蛋白质将继续是一个重要的靶标,但同样重要的是,我们将重点扩大到其他潜在靶标,更好地了解病毒的整个生命周期。”

    所有的冠状病毒及其变体都有不同的蛋白质峰值,其中德尔塔有一种更有效地绕过疫苗。但真正的问题在于病毒本身,而不是它的蛋白质外壳,以及为什么最危险的(中东呼吸综合征、非典和Covid-19)传染性如此强。我的独立研究发现所有冠状病毒和人类基因组之间有多个百万分之一的核苷酸序列匹配。这些序列与人类tRNA的一些循环相同。利用这些环和它们的氨基酸密码匹配,病毒可能能够骗过细胞核膜,让病毒进入并与人类DNA结合,为进一步感染创造更多机会。我们的免疫系统可能会受损,可能不再能够阻止病毒和其他疾病攻击全身器官。根据达尔文效应,攻击病毒蛋白质外壳而忽略其内容的疫苗注定会失败,但认识到这些循环,为成功研制冠状病毒疫苗提供了一种可能的方法。在我的工作中,只考虑了感染过程,而没有考虑病毒的固有毒性。想了解更多信息,请查看YouTube,冠状病毒-利用你的DNA对抗你。https://www.youtube.com/watch?v=8dOIzD6ch8s

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