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數(shù)字分析發(fā)現(xiàn)病毒遺傳密碼的潛在結(jié)構(gòu)差異

來源：東京大學(xué)（The University of Tokyo）

研究人員已經(jīng)確定了COVID-19和SARS病毒的基因編碼中可能促進(jìn)病毒生命周期的特定部分。這項(xiàng)新技術(shù)是研究人員第一個(gè)用來確定哪些基因序列作為RNA（DNA的化學(xué)近親）存儲(chǔ)更穩(wěn)定的工具。

“目前的大流行非常嚴(yán)重，我們希望為全球加速冠狀病毒研究作出貢獻(xiàn)。我們的研究包括許多類型的病毒，但我們決定專注于冠狀病毒的研究結(jié)果，”東京大學(xué)同位素科學(xué)中心的研究小組負(fù)責(zé)人和研究細(xì)胞如何承受壓力的專家Nobuyoshi Akimitsu教授說。

包括流感病毒和冠狀病毒在內(nèi)的許多病毒家族都將其基因序列存儲(chǔ)為RNA，RNA潛入人體細(xì)胞并誘使它們制造更多的病毒。病毒需要RNA保持穩(wěn)定，抵抗宿主免疫系統(tǒng)降解其RNA的努力。

研究小組將他們的技術(shù)命名為命運(yùn)序列（Fate-seq），因?yàn)樗�的目的是確定一個(gè)基因序列的命運(yùn)，它是否會(huì)持續(xù)存在或基于其穩(wěn)定性而退化。

“命運(yùn)序列技術(shù)是一個(gè)非常簡單的想法。我們以一種新的方式結(jié)合了現(xiàn)有的技術(shù)，”Akimitsu解釋道。

為了執(zhí)行命運(yùn)序列，研究人員首先將一個(gè)基因組切割成短片段。當(dāng)研究人員只對其基因組的短片段、分離片段進(jìn)行研究時(shí)，即使是極為危險(xiǎn)的病原體也會(huì)變得無害。

研究人員從病毒基因組的片段中合成了RNA，并通過下一代測序來檢驗(yàn)它們的命運(yùn)，即穩(wěn)定性，這使得研究人員能夠快速、同時(shí)地確定單個(gè)RNA鏈的確切序列。然后，計(jì)算機(jī)程序可以識別遺傳序列中的模式或有趣的差異，以便進(jìn)行更詳細(xì)的研究。

研究人員研究了26個(gè)病毒基因組中的11848個(gè)RNA序列，其中包括SARS冠狀病毒（SARS-CoV），引起SARS的病毒，2003年上半年導(dǎo)致774人死亡的突發(fā)性急性呼吸綜合征。研究人員共鑒定出625個(gè)穩(wěn)定的RNA片段。在穩(wěn)定的RNA片段中，21個(gè)來自SARS-CoV。

研究人員將21個(gè)SARS-CoV穩(wěn)定基因片段與其他類型冠狀病毒的完整基因序列數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。SARS-CoV的兩個(gè)穩(wěn)定片段在其他進(jìn)化相似的冠狀病毒中非常常見，包括引起COVID-19和SARS-CoV-2的病毒。

預(yù)測模型表明，這兩個(gè)穩(wěn)定的RNA片段可能形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)。莖和環(huán)是RNA的短片段，它們不是保持一條直線，而是向前折疊并結(jié)合在一起，形成發(fā)夾狀。

最值得注意的是，其中一個(gè)穩(wěn)定的片段只在COVID-19病毒中形成一個(gè)莖和環(huán)，而不是SARS病毒，因?yàn)椴《镜腞NA編碼很少但重要的差異。

Akimitsu說：“這種SARS-CoV-2基因片段的莖環(huán)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)模型中非常穩(wěn)定，我們認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)可能會(huì)提高病毒的存活率。”。

除了更好地理解危險(xiǎn)病毒外，研究人員還希望利用命運(yùn)序列來理解RNA穩(wěn)定性的基本規(guī)律，并推進(jìn)新型藥物的研發(fā)。人類細(xì)胞利用RNA作為DNA和蛋白質(zhì)之間的中間信使。設(shè)計(jì)穩(wěn)定且易于細(xì)胞轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的基于RNA的藥物可以治療基因疾病，而不會(huì)改變我們的DNA。

這項(xiàng)研究是與筑波大學(xué)（the University of Tsukuba）的合作者一起進(jìn)行的，是在《生物化學(xué)和生物物理學(xué)研究通訊》雜志上發(fā)表的一份同行評議的出版物。

論文網(wǎng)址：https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.05.008

原文網(wǎng)址：https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00116.html

聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。