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科学家分离出“预出现”的蝙蝠冠状病毒,同时也发现了有效中和它的现有药物

蝙蝠源性冠状病毒在人类和其他哺乳动物中的反复爆发增加了对广泛疗法——单克隆抗体和抗病毒药物——的需求,这些疗法可以立即“现成”来应对新出现的人畜共患病威胁。

 

美国研究中心合作的科学家们进行了一系列突破性的实验,不仅发现了一种“出现前的蝙蝠冠状病毒”,而且调查人员还证明,一种现成的单克隆抗体能有效中和这种病毒。此外,研究人员发现,广泛使用的抗病毒药物的体外测试对这种病毒也有效。

 

蝙蝠源性冠状病毒被更具体地称为BtCoV-422。一种为治疗中东呼吸综合征冠状病毒而开发的中和性单局部抗体——中东呼吸综合征冠状病毒——已经问世多年,被称为mAb JC57-11。中东呼吸综合征冠状病毒是一种蝙蝠源性人畜共患病病毒,感染单峰骆驼,这种动物将病毒传播给人类。BtCoV-422在基因上与中东呼吸综合征冠状病毒相似。

 

密苏里州圣路易斯大学的研究人员在《科学转化医学》杂志上写道,他们与美国各地的一个科学家团队合作,强调了一个看似简单的原则:对其他冠状病毒有效的对抗措施类型,如中东呼吸综合征冠状病毒和严重急性呼吸综合征冠状病毒2,应该会影响BtCoV-422。但是,尽管研究人员发现大多数中东呼吸综合征冠状病毒中和单克隆抗体对病毒的活性非常有限,但mAb JC57-11提供了强有力的一击。

 

专家说,做好准备对于避免未来的大流行至关重要,世卫组织的目标之一是识别潜在的大流行病毒,并制定战略在疫情爆发前减弱疫情。

 

在整个21世纪,新的冠状病毒以间歇性的规律渗入人类群体:2002年的SARS CoV-1,2012年的MERS-CoV和2019年的SARS-CoV-2。世卫组织科学家预测,其他冠状病毒可能在不远的将来出现。“人畜共患型人类β冠状病毒的反复出现,意味着需要广泛的疗法和保守的表位靶点来进行对策设计,”圣路易斯大学的分子病毒学家Tse隆平博士断言,他指的是迫切需要识别人类免疫系统识别的可疑病毒部分——表位。“中东呼吸综合征相关冠状病毒仍然是全球卫生准备的一个紧迫问题,”他补充道。

作为地球上唯一的飞行哺乳动物,蝙蝠携带着大量不会对它们造成伤害的病毒。埃博拉病毒、马尔堡病毒和尼帕病毒,以及多种冠状病毒,已经从各种蝙蝠物种中出现。科学家将这些动物对致命病原体的耐受性归因于非凡的免疫系统。蝙蝠比其他体型相同的动物活得更长,能抵御大多数传染性生物,很少患癌症。

 

这项新研究的主要作者Tse报道说:“蝙蝠是大量病毒的蓄水池,这些病毒助长了冠状病毒向包括人类在内的其他哺乳动物的人畜共患性传播。”"最近,从穿山甲中分离出了一种类似MERS的冠状病毒,表明了类似MERS的冠状病毒的广泛宿主范围。"与BtCoV-422一样,穿山甲特异性的MERS样冠状病毒被认为是一种出现前的病毒。

Cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis of JC57-11 and cryo-EM structure validation. (A) The Gold-standard Fourier shell correlation (GSFSC) curve and angular distribution plot for the global refinement of BtCoV-422 spike bound to JC57-11 Fab, generated in cryoSPARC v4.0.1. (B) FSC curve and angular distribution plot for the focused refinement. (C) Local resolution shown by color for the global reconstruction (top) and focused reconstruction (bottom). (D) A map resulting from focused refinement of the RBD (blue), N-linked glycan from the N terminal domain (NTD) of the neighboring protomer (green), JC57-11 heavy chain (yellow), and JC57-11 light chain (tan) is shown on the left. Detailed views of the binding interface and corresponding map are shown in the center and right panels. Oxygen atoms are colored red, nitrogen blue, and sulfur yellow. Credit: Science Translational Medicine (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.adg5567


Cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis of JC57-11 and cryo-EM structure validation.

作者分析了BtCoV-422,发现它与MERS-CoV的受体结合结构域有65%的基因序列相似性,MERS-CoV是一种高度传染性的冠状病毒,根据美国国立卫生研究院的数据,人类死亡率为34.4%。

 

研究小组通过调查BtCoV-422使用被称为DPP4的进入受体的能力,分析了它的适应途径。这种蛋白质点缀哺乳动物细胞的表面,并作为BtCoV-422打开进入细胞内部密室的大门。一旦进入细胞,感染过程就展开了。

 

相比之下,SARS-CoV-2打开了一个完全不同的大门,通过ACE-2受体进入细胞。BtCoV-422使用DPP4进入多个物种的细胞,包括人类,Tse和他的同事发现。

 

虽然BtCoV-422的发现是一个重要的发现,但该病毒目前似乎并不构成威胁。Tse在他的发现中指出,BtCoV-422要获得感染人类的遗传能力,“需要进一步的突变驱动进化”。

 

虽然这听起来令人欣慰,但该病毒已经找到了有效劫持DPP4受体的方法。Tse写道:“我们评估了BtCoV-422在多个原代人类细胞中的复制效率,包括气道上皮细胞、肺成纤维细胞和肺内皮细胞。”

 

科学家发现BtCoV-422在原代人气道、肺内皮细胞和成纤维细胞中有效复制,尽管效率低于中东呼吸综合征冠状病毒。

 

“然后我们测试了目前的对策,”Tse补充道,除了单克隆抗体,还包括抗病毒药物和疫苗引发的鼠血清。几种抗病毒药物,瑞德西韦、帕克斯洛韦和拉格夫里奥,一种目前用于治疗轻中度2019年冠状病毒病的研究核苷类似物药物。所有这些都在体外表现出对BtCoV-422的有效抑制。接受中东呼吸综合征冠状病毒mRNA疫苗的小鼠血清显示对BtCoV-422的中和活性降低。

 

这个大型研究团队包括来自马西科肺研究所和北卡罗来纳大学教堂山分校其他部门的科学家;马里兰州贝塞斯达的国家过敏和传染病研究所,以及德克萨斯大学奥斯汀分校。

 

Tse总结道:“我们的研究目标是了解BtCoV-422感染临床相关人类气道培养物和测试针对BtCoV-422的潜在抗病毒药物和抗体的潜力。”

 

原文链接:Longping V. Tse et al, A MERS-CoV antibody neutralizes a pre-emerging group 2c bat coronavirus, Science Translational Medicine (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.adg5567