人类首次人工合成出活的新冠病毒

国内新闻 浏览(1132)

最近,一个瑞士研究小组根据已知的新冠状病毒的基因序列,通过反向遗传学在酵母中快速构建了一种活的新冠状病毒。该技术可以高效地合成新的冠状病毒,特别是在新的暴发病毒被成功分离之前,它可以帮助科学家们尽快向卫生部门和实验室提供传染性病毒株,并且替代方案更高效和安全。

上述结果在当地时间2月21日由BioRxiv网站(一个预印的网站)发表的一篇题为“利用合成基因组学平台快速重建非典-CoV-2”的论文中披露。这尚未经过同行审查。在实验中,研究小组第一次使用合成基因组学平台来快速重建新的冠状病毒。

值得注意的是,这是基于已知病毒基因组的病毒重建的基础研究工作。这个结果与之前的一个传言无关,“新的冠状病毒是人工合成的”。本研究在实验室构建的新型冠状病毒是在疫情爆发后,基于已发表的病毒基因组序列进行的病毒重建研究。

该研究的大部分作者是瑞士伯尔尼大学的科学家,他们与德国和俄罗斯的许多科研机构及相关卫生机构共同完成了上述研究结果。

研究小组认为,这种新的冠状病毒是利用已知的病毒基因组序列,通过反向遗传学快速构建而成的,可以作为向卫生部门和实验室提供传染性病毒株的替代方法,也可以对单个基因进行基因改造和功能鉴定,从而获得时间对疫情做出快速反应。

该论文提到反向遗传学被认为是一个不可或缺的工具,它完全改变了我们对病毒发病机理和疫苗开发的理解。大核糖核酸病毒基因组,如冠状病毒基因组,由于其大且不稳定的基因组,在大肠杆菌宿主中很难克隆和操作。该研究小组报道了一个基于酵母的合成基因组学平台,用于各种核糖核酸病毒的基因重建,包括冠状病毒科、黄病毒科和副粘病毒科的成员。

研究人员可以利用病毒分离株、克隆的病毒DNA、临床样本或合成的DNA生成病毒亚基因组片段,然后利用转化偶联重组(TAR)克隆技术将基因组保持为酵母人工染色体(YAC),从而在酿酒酵母中实现一步重组。T7-核糖核酸聚合酶用于生产病毒核糖核酸,而病毒核糖核酸又能生产活病毒。

研究小组首先在其他核糖核酸病毒(如MHV小鼠肝炎病毒)中测试了这个平台的准确性。该团队测试了含有绿色荧光蛋白(MHV绿色荧光蛋白)的小鼠肝炎病毒A59株的基因克隆能力。结果表明,供试克隆中90%的YAC正确组装了MHV基因组,表明病毒在酵母中的组装效率很高。

也正是利用这个平台,研究人员在获得合成的DNA片段后一周内设计并复活了新的冠状病毒。

病毒cDNA的克隆及重组SARS-CoV-2和SARS-CoV-2-gfp

的重组。具体而言,研究组将病毒基因组分成12个片段,大小为0.5 BP-3.4 BP。同时,为了便于细胞培养中的血清学诊断和追踪,研究组设计了表达绿色荧光蛋白的合成新冠状病毒。因此,研究小组进一步将片段11分成3个含有绿色荧光蛋白序列的子片段,插入ORF7a(开放阅读框,ORF),因此总共有14个片段。

研究小组要求试剂公司对上述14个DNA片段进行化学合成,于1月14日下了订单,并于2月4日得到了其中的12个。大肠杆菌中片段5和7的克隆存在一些问题,无法完成。然而,研究小组刚刚同时从慕尼黑的一名患者身上获得了一份新的冠状病毒样本(非典-CoV-2/慕尼黑1.1/2020/929),他们决定使用逆转录聚合酶链反应扩增获得片段5和片段7。

使用TAR克隆,研究人员已经为所有6个新的冠状病毒构建体获得了正确组装的分子克隆。随后,使用转化偶联重组技术(TAR),根据末端重复的序列,通过酵母的同源重组系统将这些DNA序列拼接在一起。在获得完整的病毒序列后,通过T7核糖核酸聚合酶将该脱氧核糖核酸序列转录成病毒核糖核酸,并将该核糖核酸导入到病毒6 (monk

研究小组接着说,“在获得新冠状病毒的合成DNA片段后,我们可以在一周内设计并复活最近流行的化学合成克隆。”病毒重组具有高效性和准确性。通常,超过90%的克隆是正确的。值得注意的是,作者指出,尽管以前已经用酵母中的同源重组克隆了许多分子病毒,但本研究综合评价了用这种方法快速产生大核糖核酸病毒全长cDNA的可行性,特别是大核糖核酸病毒不能在大肠杆菌中稳定克隆。

用合成基因组学平台克隆核糖核酸病毒基因组

值得注意的是,除了新的冠状病毒,研究小组还报道了MHV(小鼠肝炎病毒,一种冠状病毒)和MERS-Cov等。是用这种技术合成和建造的。HCov-229E和寨卡病毒的构建仍在实验中。