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为什么新冠病毒致病性比SARS低却危害更大?

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已有 958 次阅读 2020-3-24 22:25 |个人分类:太阳城物流园|系统分类:论文交流

 

为什么新冠病毒的致病性比SARS低却危害更大?

汪小龙

山东青岛 中国海洋大学 生命科学学院

1. 研究背景:

目前,一种新型冠状病毒(SARS-CoV-2或COVID-19 COVs【注】)的爆发已造成数千人死亡,并已被世界卫生组织宣布为全球大流行病。病毒猛于虎,这场疫情使我们每个人的生活都被影响和改变。此次新冠肺炎疫情,始于武汉,全国乃至全球上百个国家和地区均有发生,目前已经感染数十万人,死亡成千上万人,并且数字还在不断攀升,触目惊心。在举国努力之下,广大医护人员、以及各行各业很多人付出了巨大牺牲,国家和人民付出了巨大代价,目前我国的疫情已经得到有效控制,而国外的疫情将会如何发展,还很难预料。

【注】:严格来讲,新冠病毒应该叫SARS-CoV-2,导致的肺炎叫COVID-19。不过由于SARS-CoV-2和SARS-CoV在写作、序列比对、制图表和阅读时特别容易混淆,我倾向于用COVID-19 COV代替SARS-CoV-2,有时候就省略成COVID-19了。同样地,SARS-COV和MERS-COV在文中也简称为SARSMERS。

新冠病毒传染性极强,幸亏致死率很低。众所周知,新冠病毒虽然致死率很低,但造成的危害却比SARS大得多,非常担心将来会出现传染性更强、潜伏期更长和致死率高的病毒,将会造成更大的危害。

那么,为什么新冠病毒能够造成更大的危害呢?究其原因,正是因为:

(1)传染力强:新冠肺炎的基本传染数R0高达3.77。这一数据要比SARS病毒的R0(0.85-3)高得多。

(2)致死率低,甚至有无症状感染者,潜伏期长,而潜伏期和无症状感染者也可以传染他人;

那么,新冠病毒为什么致病力比SARS低呢?本文试图通过生物信息学分析解释这一问题。

虽然有过各种各样的争论,但是关于COVID-19的起源还不清楚。本人是做生物信息学研究的,疫情被困于家中,202031日开始着手做一点COVID-19SARS病毒相关的生物信息学分析,01001百乐宫官网登入:写成论文,以预印本的形式分享出来,希望有人能感兴趣,也欢迎合作开展相关的深入研究。

2. 论文题目和下载地址:

新型冠状病毒的密码子使用模式与其他致病性病毒截然不同

The codon usage pattern of the novel coronavirus is drastically different from those of other pathogenic viruses

Research Square:  DOI: 10.21203/rs.3.rs-18966/v1

3. 主要研究结果

1 比对GenBank中所有COVID-19SARS病毒相关全基因组序列,并构建全基因组进化树(图1),结果与文献报道基本一致,确定COVID-19SARS病毒均起源于蝙蝠冠状病毒

2)在此基础上,分析了人类与致病性病毒的密码子使用模式的相似性,如人类免疫缺陷病毒(HIV)、高致病性禽流感(HPAI)SARSMERSCOVID-19等。HIVsHPAIsSARSMERS中,密码子的使用与人类非常相似;相比之下,COVID-19的密码子使用模式与人类和其他致病病毒有很大的不同。

3)采用本实验室开发的密码子-氨基酸联合比对(图2),分析各种致病菌与其祖先相比发生的同义突变和错义突变,表明冠状病毒在向两个相反的方向发展:SARSMERS病毒采用人类偏好的密码子来替代人类较少偏好的密码子,而在COVID-19病毒中,密码子则被人类较少偏好的密码子所取代。

4. 结论

综上所述,与其野生动物中的祖先相比,在人类致病病毒中密码子的使用均发生了变化。在HIVHPAIsSARSMERS中,的密码子使用模式变得与人类的密码子使用模式非常相似。相反,在COVID-19中,数百个人类偏好的密码子被人类不太偏好的同义密码子所取代,使得COVID-19的密码子使用模式与人类的密码子使用模式截然不同。

5. 讨论

(1)与人类截然不同的、独特的密码子使用模式表明COVID-19进化形成于一个中间宿主。在中间宿主中,其密码子使用模式变得与蝙蝠或人类均截然不同,并且与SARS相比其致病性显著削弱

(2)在SARSMERS中,有过多的高度人类偏好的密码子,因此,它们的基因在人体内会大量表达,病毒生长速度过快,在受感染的人体中会失调,抢夺宿主细胞太多的营养、能量和资源。感染后,病毒的快速生长可能是导致患者高死亡率的原因,因为它会引发人体严重的急性反应和炎症风暴。

(3)与SARS/MERS相比,COVID-19的密码子用法与人类的密码子用法差异更大。因此,一方面,COVID-19感染不像SARSMERS那么严重,但另一方面,由于它比SARSMERS温和得多,COVID-19确实是一种更“成功”的致病性冠状病毒,具有更大的危害潜力。

(4)与其他致病病毒一样,冠状病毒通过不断改变其密码子来优化其蛋白的序列、结构和功能。如果目前的疫情不能在短时间内消除,很可能冠状病毒最终会发展成一种慢性疾病。它可能演变成类似HIV的慢病毒或类似流感的自限性病毒,或两者都有,但作为一种新型致病性病毒,其在人体内的进化历程尚处于早期阶段。因此,在很长一段时间内,它们可能还会继续保持其严重的急性致病性和危险性。

最后,我们呼吁通过国际合作,通过切断人类之间的传播途径来消除这一流行病,并寻找新型冠状病毒的起源和中间宿主,以防止未来的动物间传播



图2. 密码子-氨基酸联合比对HIV/SIV包膜蛋白ENV基因和冠状病毒spike蛋白基因

(A) HIV/SIV包膜蛋白ENV基因的密码子比对; 

HV1J3-HV1MA: 不同的HIV病毒株; SIVCZ: 黑猩猩SIV;

(B) 冠状病毒spike蛋白基因的密码子比对。

HU-1, WK-501, WK-012, WK-521, WA1-A12, WA1-F6:  武汉、日本和美国等不同地方分离测定的COVID-19序列; 

RaTG13: 蝙蝠冠状病毒(MN996532.1),是COVID-19和SARS COVs最近的共同祖先。

大写字母: 氨基酸; 

小写字母: 核苷酸。



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