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冠状病毒是三大人畜共患疾病爆发的幕后黑手。第一次爆发,被称为 SARS-CoV(严重急性呼吸系统综合症冠状病毒),2002年,感染了8000多人,造成800多人死亡。四年后,MERS-CoV(中东呼吸综合征冠状病毒)感染了2,400多人并导致850多人死亡。最近一次爆发始于2019年底,SARS-CoV-2,引发了持续的大流行。

在《当代生物学》(Current Biology)上发表的一篇论文中,由澳大利亚阿德莱德大学(University of Adelaide)和美国亚利桑那大学(University of Arizona)共同领导的一个国际研究团队分析了全球26个人群中的2500多名现代人的基因组,以更好地了解人类如何适应历史上的冠状病毒爆发。

人类过去与病毒的相互作用留下了明显的基因信号,这包括生理和免疫上的‘适应’,使人类能够在包括病毒在内的新威胁中生存下来。我们可以利用这些信号来识别影响现代人群感染和疾病的基因,并为药物再利用和新疗法的开发提供信息。因此,现代人类基因组包含的进化信息可以追溯到几十万年前,然而直到最近几十年,遗传学家才学会如何解码我们基因组中获取的大量信息。

研究人员使用基因组学和先进的计算方法发现了适应冠状病毒的基因痕迹。通过基因组学和计算分析,研究人员在来自东亚的5个人群中发现了病毒相互作用蛋白信号,这表明现代东亚人的祖先在2万多年前首次接触到冠状病毒。该团队确定了42种不同的蛋白质可以与病毒相互作用,这些蛋白质似乎是很古老,已经与冠状病毒相互作用了很长时间。研究还发现这42种蛋白质主要活跃于肺部——这是受冠状病毒影响最严重的组织——并证实它们直接与造成当前大流行的病毒相互作用。

病毒是一种非常简单的生物,唯一的目标就是进行更多的自我复制。它们简单的生物结构使它们无法自我繁殖,因此它们必须入侵其他生物体的细胞,劫持细胞的分子机制以生存。病毒入侵涉及附着并与宿主细胞产生的特定蛋白质相互作用,即病毒相互作用蛋白(VIPs)。这些蛋白质通常帮助细胞制造新的DNA,从而使病毒能够复制自己。其他独立研究表明,VIP基因突变可能介导冠状病毒易感性和COVID-19症状的严重程度。一些VIP目前要么被用于治疗COVID-19的药物,要么正在参与进一步药物开发的临床试验。

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这并不意味着导致COVID-19 (SARS-CoV-2)的特定病毒已经存在了大约2万年,但这些人群之前接触过相关的冠状病毒祖先,这些祖先多年来发生了变异,形成了我们今天所说的COVID-19。但是病毒并不是唯一会变异的东西——人类基因也会变异。这些VIP基因的突变和变化会使人更容易感染冠状病毒,或增加COVID-19症状的严重性,因此目前正在研究它们以设计抗COVID-19药物。

研究人员认为人类过去与病毒的相互作用留下了警示基因信号,我们可以利用这些信号来识别影响现代人群感染和疾病的基因,并为药物的重新利用和新疗法的开发提供信息。