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1 三维结构详析新冠病毒感染新细节 2021-09-16

据物理学家组织网14日报道,澳大利亚科学家对新冠病毒的三维结构进行了迄今最全面的分析,他们汇编了27种新冠病毒蛋白的2000多个结构,揭示了这一病毒如何感染人类细胞并复制的新细节,有助研究人员开发更好的新冠疫苗和疗法,以及进一步研究新冠病毒的新变异毒株。   为更好地理解新冠病毒的生物过程,加文医学研究院的西恩·奥多诺格领导的团队确定了组成细胞或病毒的单个蛋白质的三维形状。他说:“蛋白质的三维结构为我们提供了有关新冠病毒组成的原子分辨率信息,这对于开发针对病毒不同部分的疫苗或疗法至关重要。我们的最新研究首次将新冠病毒27种蛋白的约2000个三维结构相关的数据汇集在一起并进行分析。”   研究小组发现,三种冠状病毒蛋白质NSP3、NSP13和NSP16能“模仿”人类蛋白,这使新冠病毒能更好地隐藏在人类免疫系统之外,并可能导致新变异的出现。此外,五种冠状病毒蛋白NSP1、NSP3、刺突糖蛋白、包膜蛋白和ORF9b会“劫持”或破坏人类细胞,从而帮助病毒控制、完成其生命周期并传播到其他细胞。   研究人员说:“我们还发现8种相互自组装的冠状病毒蛋白,通过分析它们的组装方式,我们获得了有关病毒如何复制其基因组的新信息。在考虑重叠后,我们认为仍有14种蛋白在感染中起关键作用。”   据悉,为让研究人员更容易获得所有这些见解和数据,团队设计了一种新的可视化方法——结构覆盖图。该图突出了他们对新冠病毒的了解,以及尚待揭示的内容。   研究人员表示,最新分析有助科学家们进一步开展相关研究。迄今为止,针对冠状病毒的大部分研究都集中在刺突蛋白,这是目前疫苗的主要靶点,这种蛋白将继续成为重要靶点,但最新研究有助科学家将重点扩大到其他潜在靶点,更好地了解病毒整个生命周期。最新研究还有助于科学家们更容易地调查新冠病毒变种之间的差异,以及如何使用更好的疫苗和疗法来对付它们。 查看详细>>

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2 快速组装全基因组在个人电脑实现 2021-09-16

据《细胞系统》杂志14日发表的一项研究,美国麻省理工学院(MIT)和法国巴斯德研究所的科学家开发出一种在个人计算机上重建包括人类基因组在内的全基因组技术。这种技术比当前最先进的方法快大约一百倍,且仅使用目前五分之一的资源。这项研究以单词而非字母为语言模型提供压缩的构建模块,从而可以更紧凑地表示基因组数据。   “我们可以在一台普通的笔记本电脑上快速组装整个基因组和宏基因组,包括微生物基因组,”MIT计算机科学和人工智能实验室教授波尼·博格说,“这种能力对于评估与疾病和细菌感染(例如败血症)相关的肠道微生物组变化至关重要,这让我们能够更快地治疗并挽救生命。”   自人类基因组计划开展以来,基因组组装项目取得了长足的进步,该计划于2003年完成了首个完整的人类基因组组装,耗资约27亿美元,并进行了十多年的国际合作。虽然目前完成人类基因组组装已不再需要耗费数年时间,但仍然需要几天时间和强大的计算机能力。第三代测序技术虽可提供具有数万个碱基对的、太字节数量级的高质量基因组序列,但事实上,将如此巨量数据的基因组进行组装,仍具有挑战性。   为了超越当前技术从而更有效地进行基因组组装,包括在所有可能的读数对之间进行成对比较,博格及其同事此次将研究目标转向了语言模型。他们基于“de Bruijn”图(一种用于基因组组装的简单、高效的数据结构)概念,开发了一种极小空间“de Bruijn”图,它使用被称为“极小值”的短核苷酸序列,代替单个核苷酸。   博格表示:“极小空间‘de Bruijn’图只存储总核苷酸的一小部分,同时保留了整个基因组结构,使它们比经典‘de Bruijn’图更有效。”研究人员利用新方法为661406个细菌基因组的集合构建了一个索引,这是迄今为止同类集合中最大的一个。他们发现,这项新技术可在13分钟内搜索整个集合中的抗菌素抗性基因,而使用标准序列比对这一过程需要7小时。 总编辑圈点   基因组组装对于基因组分析的“前途”十分关键,这其实是一个把测序产生的读取片段经过拼接再生成基因组碱基序列的过程。听起来很绕,但基因组组装确实是生物信息学领域的核心问题,因为当前测序技术获得的序列一般都比较短,需要组装拼接成较长的、完整的序列,才能用于进一步分析。这一直以来都是很繁冗的一个步骤,但现在本文中的成果,让科学家们实现了在最省力的设备中、在最短的时间内,完成了更为精准的组装。 查看详细>>

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3 中位潜伏期仅4.7天!德尔塔变异株完整传播链精确绘出 2021-09-16

近日,福建莆田、厦门相继出现本土新冠肺炎病例传播,此次疫情初步判定为德尔塔(Delta)毒株引起。新冠病毒Delta变异株已迅速成为目前盛行的优势毒株。Delta变异株为何如此厉害?它有何规律特点呢?   广州医科大学附属市八医院唐小平、李锋教授团队联合广州医科大学附属第一医院广州呼吸健康研究院中国工程院院士钟南山、陈如冲教授团队,针对Delta变异株引起的“5·21新冠肺炎疫情”,结合流行病学和病毒基因组测序技术,首次在全球范围内精确描绘了Delta变异株的完整传播链,并结合临床资源,多方位描绘了该起疫情中病例的临床特征及病毒动力学特点。研究成果近日在国际权威期刊《柳叶刀》子刊《电子临床医学杂志》上发表。   根据此前进行的流行病学调查和病毒核酸基因测序,“5·21新冠肺炎疫情”为Delta变异株引起,具有明确传播链。而该研究首次追踪并完整报道了这起疫情的清晰传播链。疫情之始为75岁女性因意外暴露感染,并通过密切的家庭接触或聚餐而感染另外3人。研究团队观察到,该起疫情中病毒的传播途径主要是通过直接和间接近距离接触,其中30.8%的感染者是通过用餐传播,其次分别是家庭接触(30.13%)、社区传播(18.59%),以及包括工作和社交接触在内的其他传播途径(19.87%)。   同时,研究团队将“5·21”疫情感染者纳入2020年新冠肺炎疫情中感染新型冠状病毒野生株的患者队列进行研究,多方位分析了“5·21”疫情病例的临床特征及病毒动力学特点,总结归纳出Delta变异株的特点,并寻求进展为重症的危险因素。   “Delta变异株的潜伏期短,传播速度快,中位潜伏期只有4.7天,明显短于野生株(6.3天)。”研究团队通过进一步亚组分析显示,在非重症组中,Delta变异株患者的病毒潜伏期(4.0天)明显短于野生毒株(6.0天)。Delta变异株在10天内可传播4代,其中最快的代际传播不超过24小时。与野生株相比,Delta变异株感染者的病毒载量显著升高(前者CT值中位数为34.0,后者为20.6,CT值越低表明病毒载量越高),Delta变异株感染者核酸转阴的时间也比野生株的感染者明显延长。   研究团队还发现,感染Delta变异株是预测病情转为危重症的危险因素。在60岁及以上老年新冠肺炎患者人群中,Delta变异株组较野生株组危重症风险高1.45倍;而且感染Delta变异株发展为危重症比感染野生株快2.98倍。   “本研究揭示了Delta变异株具有潜伏期短、传播速度快、病毒载量高、核酸转阴时间长、更易发展为危重症的特点。”研究团队指出,因此,快速追踪、隔离以及时发现病毒感染者,对重点场所实施及时管控和在特殊情况下实施局部地区全员核酸筛查均非常重要。“快速发现传染源、切断传播途径的做法,为全国防控新冠病毒Delta变异株提供了‘广州经验’。” 查看详细>>

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4 变异新冠病毒传染力为何增强 2021-09-16

从阿尔法、贝塔、伽马,再到德尔塔、缪毒株……层出不穷的变异新冠病毒不断挑战各国疫情防控。其中,德尔塔毒株已成为当前世界大部分地区流行的主要变异毒株,且更具传染性。为何变异新冠病毒传染力会增强?中国科研人员新近发表在美国《细胞报告》杂志上的一项研究揭示了其中“奥秘”。 狡猾的新冠病毒能进化出新的优势变种。国际共享基因序列资源“流感数据共享全球倡议”平台的数据显示,2021年1月起,阿尔法毒株首先占据传播优势。然而,从5月开始,德尔塔毒株逐渐取代阿尔法毒株,成为在全球传播的优势变种。 研究发现,与阿尔法毒株相比,德尔塔毒株的刺突蛋白能够更加高效地被宿主细胞蛋白酶切割形成具有功能的蛋白,极大提高了德尔塔毒株入侵细胞的效率,也加快了其在感染初期的复制速度,有助于德尔塔变种优势的建立。 除了感染能力提高,变异新冠病毒的免疫逃逸能力也增强了。和野生型新冠病毒相比,新冠康复者血清中和抗体对德尔塔毒株的中和力大幅下降;疫苗和用于治疗的单克隆抗体药物对德尔塔毒株的中和效果均相应下降。 清华大学药学院谭旭实验室和中国科学技术大学生命科学学院金腾川实验室的最新研究发现,除了抗体介导的体液免疫逃逸外,针对杀伤性T细胞介导的细胞免疫应答的逃逸,也可能促进新冠病毒优势变种不断传播。 细胞免疫是人体中除了抗体免疫之外的另一套免疫体系,主要功能是运用被称为杀伤性T细胞的白细胞来特异地识别和清除被病原体感染的人体细胞,从而达到阻断病原体复制和传播的免疫效果。 既有研究表明,细胞免疫应答与新冠病情轻重发展相关。对感染者的血液检测发现,新冠病毒特异性细胞可早于中和抗体被检测到,说明细胞免疫应答在病毒感染早期就开始发挥作用。这种早期的免疫抑制对于机体防御新冠病毒、抑制病毒传播非常重要。 但研究人员发现,变异新冠病毒的一些特有机制却可以助其逃逸细胞免疫,从而导致传染力进一步增强。通过高通量筛选平台,研究人员筛选并鉴定了4条新冠病毒特异性的与细胞免疫相关的关键性抗原表位,发现阿尔法、贝塔、伽马和德尔塔毒株至少使其中一条关键性抗原表位发生突变,帮助病毒逃逸了杀伤性T细胞的免疫识别。逃逸人体细胞免疫是新冠流行变种的普遍特点。 此外,研究人员还筛选到了不同种冠状病毒中不变的抗原表位,这些表位的不变性说明了其对于冠状病毒有重要功能。 清华大学药学院副教授谭旭说,变异新冠病毒对免疫系统的逃逸大大增加了全球疫苗接种计划的复杂度,这些不变的抗原表位为新一代冠状病毒通用疫苗设计提供了理论基础。新型通用疫苗将不仅能激活人体产生中和抗体,同时也能介导广泛的细胞免疫反应,降低变种病毒突破感染(指接种疫苗后发生的感染)的风险。 查看详细>>

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