新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)與常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒的同源性分析

時(shí)丹怡 范寶超 常新見(jiàn) 黃偉 李彬

關(guān)鍵詞：新型冠狀病毒2（SARS-CoV-2）;動(dòng)物冠狀病毒;基因組;S基因;同源性分析

中圖分類號(hào)：S855.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2020）01-0251-03

Key words： severe acute respiratory syndrome coronavirus 2（SARS-CoV-2）;animal coronaviruses;genome;S gene;homology analysis

冠狀病毒（Coronaviruses， CoVs）是一類具有囊膜的單鏈RNA病毒，也是目前已知的基因組最大的RNA病毒，在分類上屬于套式病毒目（Nidovirales）冠狀病毒科（Coronaviridae）冠狀病毒屬（Coronavirus）[1]。該病毒可以引起動(dòng)物呼吸道、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要感染人和脊椎動(dòng)物，后者主要包括豬、牛、犬、貓、鼠、禽類和一些其他動(dòng)物（含野生動(dòng)物）等。冠狀病毒科分為4個(gè)屬，即α、β、γ和δ屬[2-3]。其中，α屬冠狀病毒感染人、長(zhǎng)翼蝠、豬、犬、貓等[4];β屬冠狀病毒感染人、豬、牛、馬、鼠、家蝠等，人們熟知的引起嚴(yán)重急性呼吸綜合征（Severe acute respiratory syndrome，SARS）的冠狀病毒和引起中東呼吸綜合征（Middle east respiratory syndrome，MERS）的相關(guān)病毒等[5]均屬β屬冠狀病毒;γ屬冠狀病毒感染禽和白鯨2個(gè)種，其中最主要的是引起禽傳染性支氣管炎（Infectious brochitis，IB）[6];δ屬冠狀病毒感染豬、夜鶯、文鳥(niǎo)等[7]。

2019年12月，中國(guó)湖北省武漢市首次報(bào)道發(fā)現(xiàn)不明原因肺炎，2020年1月證實(shí)系新型冠狀病毒感染所致。截至2020年2月24日24∶00，全國(guó)累計(jì)報(bào)告確診病例數(shù)已超過(guò)77 000例，累計(jì)死亡病例數(shù)超過(guò)2 600例。2020年1月12日，世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）將該新病毒暫時(shí)命名為2019新型冠狀病毒（2019 novel coronavirus，2019-nCoV）[8]。2月11日，國(guó)際病毒分類委員會(huì)（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV）宣布了新型冠狀病毒的正式名稱：嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）[9]。SARS-CoV-2是一種具有高傳染性并且可以引起嚴(yán)重呼吸道疾病的新型冠狀病毒。目前有研究結(jié)果表明，蝙蝠是新型冠狀病毒的天然宿主，但是并不清楚其如何將病毒傳播給人類，并且也沒(méi)有明確找到病毒發(fā)生變異的中間宿主。此外，關(guān)于新型冠狀病毒能否感染常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物，能否通過(guò)家養(yǎng)動(dòng)物傳播給人類等科學(xué)問(wèn)題都亟待明確。因此，本研究從全基因組和S蛋白水平重點(diǎn)分析新型冠狀病毒和家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒的親緣關(guān)系和同源性，不僅可為新型冠狀病毒的跨種傳播能力分析提供理論依據(jù)，而且對(duì)于揭示該病毒的來(lái)源具有一定的參考價(jià)值。

1材料與方法

1.1冠狀病毒序列來(lái)源

新型冠狀病毒與不同家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒基因組序列、S蛋白序列均來(lái)自GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2基因序列分析

用BLAST、DNAMAN軟件對(duì)相關(guān)序列進(jìn)行同源性分析，用MEGA 6繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1基因組系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)及同源性分析

2020年2月，從GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中收集了9個(gè)新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）基因組序列與常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物的冠狀病毒基因組序列，共計(jì)46個(gè)序列，包括豬冠狀病毒、牛冠狀病毒、馬冠狀病毒、禽類冠狀病毒、犬冠狀病毒、貓冠狀病毒等基因組序列。通過(guò)對(duì)冠狀病毒基因組進(jìn)化樹(shù)分析得知，SARS-CoV-2屬于β冠狀病毒屬，與蝙蝠冠狀病毒、SARS冠狀病毒的親緣關(guān)系最近，同源性達(dá)79.4%以上。此外，β冠狀病毒屬中的家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒與SARS-CoV-2、蝙蝠冠狀病毒的進(jìn)化關(guān)系稍遠(yuǎn)，成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分支。

豬冠狀病毒類型較多，分布在3個(gè)屬，主要有α冠狀病毒屬的豬流行性腹瀉病毒（Porcine epidemic diarrhea virus， PEDV）和豬傳染性胃腸炎病毒（Transmissible gastroenteritis virus， TGEV），它們主要引起仔豬腹瀉，與SARS-CoV-2的進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)，基因組同源性為42.8%～43.5%。β冠狀病毒屬的豬血凝性腦脊髓炎病毒（Porcine hemagglutinating encephalomyelitis virus， PHEV）主要引起仔豬的消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，與SARS-CoV-2的同源性為49.2%～49.3%。豬δ冠狀病毒（Porcine deltacoronavirus， PDCoV）可引起仔豬消化道癥狀，與SARS-CoV-2的同源性最低，僅為40.3%～40.4%。由此可見(jiàn)，這些病毒中與新型冠狀病毒同源性最高的是同屬于β冠狀病毒屬的PHEV，而其同源性也低于50%。犬冠狀病毒、貓冠狀病毒和貂冠狀病毒屬于α冠狀病毒屬，都可引起幼齡動(dòng)物的消化道疾病，與SARS-CoV-2的進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)。犬冠狀病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性為43.6%～44.0%;貓冠狀病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性為43.3%～43.6%;貂冠狀病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性為43.3%～43.4%。

牛、馬、兔、鼠冠狀病毒與SARS-CoV-2同屬于β冠狀病毒屬，其中鼠冠狀病毒主要引起鼠的肝炎、腦炎和腸炎癥狀，與SARS-CoV-2的基因組同源性最高，為51.7%。其次是馬冠狀病毒，常引起馬駒的胃腸道疾病，與SARS-CoV-2的基因組同源性為51.5%～51.6%。目前僅發(fā)現(xiàn)這2種動(dòng)物冠狀病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性超過(guò)了50%。在其他家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒中，牛冠狀病毒主要引起犢牛腹瀉，與SARS-CoV-2的基因組同源性為49.2%;兔冠狀病毒可引起兔輕微腹瀉，與SARS-CoV-2的基因組同源性為49.1%。

禽類冠狀病毒主要屬于γ冠狀病毒屬，包括雞、鴨、鵝、火雞等冠狀病毒。雞傳染性支氣管炎病毒（Infectious bronchitis virus， IBV）可侵害雞的多種器官，引起呼吸型、腎型等多種癥狀，該病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性為43.0%～43.2%。鴨冠狀病毒可引起鴨的消化道癥狀，與SARS-CoV-2的基因組同源性為45.9%～46.0%。鵝冠狀病毒與SARS-CoV-2的基因組同源性為45.0%。火雞冠狀病毒是引起火雞腸道病的重要病原，與SARS-CoV-2的基因組同源性為43.2%～43.4%。

δ屬冠狀病毒主要包括豬δ冠狀病毒、夜鶯冠狀病毒、文鳥(niǎo)冠狀病毒、麻雀冠狀病毒等，除豬δ冠狀病毒外，其他幾種δ冠狀病毒并不常見(jiàn)。

2.2S蛋白進(jìn)化樹(shù)及同源性分析

本研究基于S蛋白氨基酸序列繪制進(jìn)化樹(shù)，分析了37個(gè)冠狀病毒的S蛋白氨基酸序列，其中包括4個(gè)SARS-CoV-2和33個(gè)家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒S蛋白氨基酸序列。結(jié)果顯示，SARS-CoV-2與SARS冠狀病毒的親緣關(guān)系最近，同源性在74.8%以上，與MERS冠狀病毒的同源性為49.1%。

α冠狀病毒屬的PEDV和TGEV與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性為37.1%～38.7%，氨基酸序列同源性為20.3%～22.1%;β冠狀病毒屬的PHEV與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性為43.4%～43.5%，氨基酸序列同源性為28.8%～29.0%;δ冠狀病毒屬的PDCoV與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性為38.5%～39.0%，氨基酸序列同源性為21.9%～22.6%。由此可見(jiàn)，與新型冠狀病毒同屬于β冠狀病毒屬的PHEV與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性相對(duì)較高，但是其氨基酸序列同源性僅為29%左右，表明豬冠狀病毒與SARS-CoV-2的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。α冠狀病毒屬的犬、貓、貂冠狀病毒與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列的同源性分別為38.5%～40.0%、39.2%、38.6%，氨基酸序列同源性分別為20.8%、20.3%、22.2%。結(jié)果顯示，α冠狀病毒屬中的犬、貓、貂冠狀病毒與SARS-CoV-2的S蛋白同源性較低。

與SARS-CoV-2同屬于β冠狀病毒屬的兔、鼠、牛、馬冠狀病毒與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性分別為45.6%、43.4%～45.7%、43.9%、46.2%，氨基酸序列同源性分別為30.6%、29.1%～29.5%、28.8%～29.2%、30.8%。其中與SARS-CoV-2 S蛋白同源性最高的是馬冠狀病毒。

γ冠狀病毒屬中的雞、鴨、鵝、火雞冠狀病毒與SARS-CoV-2 S蛋白基因核苷酸序列同源性分別為40.9%～41.1%、41.3%、42.8%、40.2%，氨基酸序列同源性分別為22.2%～22.3%、22.1%、23.2%～23.3%、23.6%，可見(jiàn)這幾種冠狀病毒與新型冠狀病毒的同源性較低。

3討論

2019年12月在湖北省武漢市出現(xiàn)的新型冠狀病毒肺炎，潛伏期長(zhǎng)、傳染性極強(qiáng)、蔓延迅速[10-11]，目前已經(jīng)在全國(guó)乃至全球多個(gè)國(guó)家暴發(fā)，導(dǎo)致中國(guó)超過(guò)7×104人被感染，由于沒(méi)有疫苗和缺乏針對(duì)性的藥物，當(dāng)前主要通過(guò)隔離感染人群，控制傳染源，切斷傳播途徑等手段防控該病的蔓延。因此，該病發(fā)生以來(lái)，尋找病毒的來(lái)源、發(fā)現(xiàn)病毒變異的中間宿主成為防控該病的重要環(huán)節(jié)。雖然華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和香港大學(xué)等單位發(fā)文指出，穿山甲為新型冠狀病毒的潛在中間宿主[12]，但是該觀點(diǎn)仍然需要更多的研究結(jié)果去證實(shí)。也有報(bào)道認(rèn)為，水貂可能是新型冠狀病毒的潛在宿主[13]，但是仍然需要更進(jìn)一步的科學(xué)驗(yàn)證。

作為重要的人獸共患病病毒，冠狀病毒可以感染人和多種家養(yǎng)動(dòng)物，尤其是常見(jiàn)的豬、禽、牛、馬、犬、貓等家畜和伴侶動(dòng)物，主要引起動(dòng)物呼吸道、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。這些與人類生活密切相關(guān)的家養(yǎng)動(dòng)物是否有可能成為新型冠狀病毒傳播的中間宿主并傳播疾病是人們非常關(guān)注的問(wèn)題。此外，能否安全地吃肉、飼養(yǎng)寵物等問(wèn)題也引發(fā)了人們的很多討論。鑒于此，本研究收集了新型冠狀病毒和常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒基因組序列，從病毒全基因組和S蛋白水平分析了其進(jìn)化關(guān)系和同源性，以期為新型冠狀病毒的跨種傳播途徑分析提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并為新型冠狀病毒的防控提供理論依據(jù)。從本研究結(jié)果可以看出，新型冠狀病毒與常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒基因組的同源性為40.3%～51.7%，與同屬于β冠狀病毒屬的家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒基因組的同源性為49.1%～51.7%，可見(jiàn)常見(jiàn)家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒與新型冠狀病毒的同源性在52%以下，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。S蛋白分析結(jié)果表明，新型冠狀病毒與家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒S蛋白基因核苷酸序列同源性為37.1%～46.2%;S蛋白氨基酸序列同源性非常低，低于31%。由于S蛋白包含冠狀病毒受體結(jié)合區(qū)域，因此看出，新型冠狀病毒感染家養(yǎng)動(dòng)物的可能性非常低。此外，由于新型冠狀病毒與同屬于β冠狀病毒屬的家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒的基因組同源性僅在50%左右，可見(jiàn)跨種感染很難實(shí)現(xiàn)。

豬冠狀病毒是危害養(yǎng)豬業(yè)的主要病原之一，可引起豬的呼吸道、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。研究結(jié)果表明，在新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）非敏感的細(xì)胞中表達(dá)豬ACE2蛋白，可使新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）成功感染[14]。但是，目前還沒(méi)有關(guān)于新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）可以感染豬細(xì)胞或在豬樣品中檢測(cè)到新型冠狀病毒的報(bào)道。犬、貓是人類主要的伴侶動(dòng)物，與人類的接觸非常密切。犬、貓冠狀病毒屬于α冠狀病毒屬，與新型冠狀病毒的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，基因組同源性低于45%，S蛋白氨基酸序列只有20%左右的同源性，可見(jiàn)新型冠狀病毒難以感染犬、貓。目前未在犬上檢測(cè)出新型冠狀病毒[15]。

雖然冠狀病毒的感染宿主范圍較廣，但一種冠狀病毒一般只感染同種屬或親緣關(guān)系較近的家養(yǎng)動(dòng)物。目前的研究結(jié)果表明，家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒不會(huì)直接感染人，而動(dòng)物對(duì)人的冠狀病毒也不易感。因此，不必過(guò)于擔(dān)心通過(guò)家養(yǎng)動(dòng)物將新型冠狀病毒傳染給人。對(duì)于新型冠狀病毒，現(xiàn)有的證據(jù)很多都指向蝙蝠等野生動(dòng)物是其宿主。由此可見(jiàn)，人類必須與野生動(dòng)物和平相處，同時(shí)拒絕野味，保護(hù)生態(tài)平衡，才是防控新發(fā)傳染病的根本之路。本研究結(jié)果初步表明，新型冠狀病毒與一些家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒的同源性較低，遺傳距離遠(yuǎn)，初步排除其從家養(yǎng)動(dòng)物冠狀病毒演化而來(lái)的可能性，并且通過(guò)家養(yǎng)動(dòng)物傳染給人的可能性也較低。

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（責(zé)任編輯：徐艷）