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SARS病毒的背景和初步分析
2003/12/4 17:27:30  飞捷生物
 

    我国称为非典型肺炎的严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Sydrome,SARS)已经在25个国家和地区发生。据介绍,6月23日10点至6月24日10点,全国内地报告没有新增非典型肺炎临床诊断病例,也没有疑似病例,治愈出院6例,其中北京、山西各3例,无死亡病例。世界卫生组织(World Health Organization,WHO)迅速建立起由全球10个国家的13个实验室组成的协作研究和监测网络(见附录一)。研究发现,一种新型的冠状病毒极可能是病因,但也有可能有其他协同因素如hMPV(human metapneumovirus)使病情恶化,在香港和加拿大的病人和死亡病人的尸体中都分离出了这种病毒,在一些SARS病人的血清中也发现了抗hMPV的抗体。4月16日,WHO正式确认 SARS病毒是SARS的病因。96%感染SARS病毒的人能够自愈。病毒在从SARS自愈的人的血清中生长缓慢,说明人体可以针对病毒产生抗体。美国USAMRIID(U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases)正着手试验几千种经过FDA批准过的药物,以寻找能够治疗SRAS的药物。

 

1.初步的临床描述:

(1)潜伏期:2-7天。患者通常有高于 38 度的发热,并会伴有寒颤,或者其他如:头痛,倦怠和肌痛。典型的病例通常不会有皮疹,神经系统症状和肠胃系统的症状。少数比例报道有腹泻。

(2)下呼吸道期:3-7天以后,病程进入此期。干咳无痰,呼吸困难,甚至低氧血症(呼吸困难,紫绀,缺氧早期心动过速,血压升高,严重时出现心动过缓,血压下降,甚至休克),患者通常都需要气管插管或者呼吸机维持。

(3)血象:绝对白细胞计数减少,血小板减少。病程早期有肌酸磷酸激酶水平升高,肝转氨酶水平升高。

(4)治疗:目前没有特效治疗方法。

(5)预防:

  • 勤洗手

  • 保持环境卫生和空气流通

  • 避免到人群聚集或空气不流通的地方

  • 避免不必要的探病

  • 均衡饮食

  • 适量的休息和运动,增强抵抗力

SARS病毒为正链的单链RNA病毒,复制不经过DNA中间体,使用标准密码子。在分类学上的地位是:

ssRNA positive-strand viruses, no DNA stage; Nidovirales; Coronaviridae; Coronavirus; SARS coronavirus

 

 

SARS病毒的相关序列:

 

SARS病毒的酶切图谱:

 

对SARS病毒的研究结果总结:

  • SARS病人的呼吸道切片和细胞培养物的电子显微镜照片显示,冠状颗粒;

  • SARS病毒可以和I群冠状病毒的多克隆抗体发生反应;

  • 这是一种新型的冠状病毒,与冠状病毒属中其他已知的成员不同;

  • 病毒引起VERO和FRhk-4细胞病变效应,病毒复制被SARS康复人的血清所抑制;

  • 可以利用感染的细胞点和康复病人的血清进行免疫荧光检测法(Immunofluorescence assays,IFA )检测培养细胞中细胞感染有病毒,都表现出很高水平的特异性反应。 反应从负到正,或者是在非直接的荧光反应中有诊断意义的升高。

  • 美国、加拿大和香港的研究表明,非SARS病人的血清不能和新冠状病毒发生反应;

  • 冠状病毒的通用引物发现SARS病人的切片和细胞培养物中发现新型冠状病毒;

  • 传染性肠胃炎病毒(Transmissible Gastroenteritis Virus,TGEV)、鼠肝炎病毒(Murine Hepatitis Virus ,MHV)、猫传染性腹膜炎病毒(Feline Infectious Peritonitis virus,FIPV)、229E人冠状病毒的超抗血清可以抑制培养的病毒生长;

  • 几个实验室对病毒的部分测序表明,新病毒和冠状病毒属相关,但不同于同属的其他3个群;

  • 动物接种直言试验正在进行。

 

检测SARS病毒的方法:

现有诊断手段有3种,样品处理须在3级生物安全的条件下进行,病毒培养和动物试验需要在3+级的条件下进行:

  • 1.抗体检测:ELISA(IGM/IGA)方法可以可靠地检出出现临床症状20天后SARS病人血清中的病毒抗体。某些病人在14-21天时,已经可以检测到抗体。免疫荧光法检测可以检测出病毒感染VERO细胞10天后产生的 M免疫球蛋白;

  • 2.分子检测方法:已经发展了7对引物(见附录二)使用于检测过程中,检测中的阳性对照RNA可以从Bernhard-Nocht Institute in Hamburg, Germany免费获得。检测样品包括血液、粪便、呼吸道分泌物。PCR结果可以辅助临床诊断评价,但是不能肯定或排除疾病的可能;

  • 3.细胞培养方法:利用VERO细胞来检测SARS病人的呼吸道分泌物和血液样品,阳性结果表示SARS病人感染了冠状病毒,阴性结果不表明病人不是SARS。

4月19日,军事医学科学院微生物及传染病研究所所长杜新安表示,除间接免疫荧光技术外,他们又发现三种快速检验SARS(非典型肺炎)的方法。目前他们正在夜以继日加紧研制开发有关诊断试剂。专家表示,新试剂会进一步缩短免疫荧光技术创造的两小时的检测时间。据悉,新方法包括使用PCR技术,PCR是一种体外基因复制技术,可在几十分钟内把基因扩增到数百万倍以上,使基因便於检测。据悉,新的检验方法将不局限于对血样的监测,痰液、唾液和漱口液也可成为快速检测的依据。自从快速检验SARS的消息公布以来,已有多家军、地医院送来血样,要求军事医学科学院协助检测。

 

基因组测序及分析:

目前美国(CDC,USA)和加拿大(BCCA Genome Sciences Centre, British Columbia Centre for Disease Control and National Microbiology Laboratory Canada)的实验室完成SARS病毒的基因组测序。比较二者已经公开的病毒全基因组序列,发现有很小的差异。美国Urbani株长度为29,727 nt,其5ˊ端多出一段TTATTAGGTTTTTAC(15nt);加拿大病毒株长度为29,736nt,其3ˊ端多出24个A。相对于Urbani株,加拿大病毒株其他位置的差别依次为:

7919(T→C),16622(T→G),19064(G→A),19183(C→T),20596(A→G),20910(G→T),23220(T→G),24872(C→T),26857(C→T)。

除了这些差别,SARS病毒基因组与其他冠状病毒的结构相似。初步的基因组注释在NCBI完成,预测得到的主要蛋白质有RNA聚合酶蛋白(聚合酶1a, 1b),S蛋白(spike protein),E蛋白(small membrane protein),N蛋白(nucleocapsid protein)等。使用Clustalx 1.82,用 neighbor-joining tree方法构建的冠状病毒的进化关系树如下:

M蛋白:

 

 

 

N蛋白:

 

S蛋白:

可以看出,SARS病毒明显不同于同其他三个冠状病毒群,可能归属于新的冠状病毒群。和其他人类及动物冠状病毒相比,核酸序列相似性分数是0.56-0.63,氨基酸序列的相似性分数是0.57-0.74。

 

    在NCBI,SARS病毒为查询序列对nr库按默认条件进行blastx搜索, 发现下列几种病毒和SARS病毒的序列相似性较高:

  • NC_002645,human coronavirus 229E,27,317bp,AF304460

  • NC_001846,Murine hepatitis virus,31,357bp

  • NC_001451,Avian infectious bronchitis virus,27,608bp

  • NC_003045,Bovine coronavirus,31,028bp

  • NC_003436,Porcine epidemic diarrhea virus,28,033bp

  • NC_002306,Transmissible gastroenteritis virus,complete genome,28,586 bp

    总体上看,几种病毒的基因组结构非常相似。通过病毒基因组之间的比较,14k-16k的位置,对所有病毒,都是较为保守的区域。这区域编码RNA-dependent RNA polymerase,推测病毒的复制直接使用该酶。下图以人冠状病毒说明病毒的基因组结构。

抗原性分析:

对预测得到的基因进行抗原性分析,下表是分析结果。

ProteinID

& GI

MHC

Loc.

Len.

(aa)

Helix

Pro-Site

Desc. of

Protein

Loc.

Eva.

Loc.

Eva.

NP_828849

29836505

2

500-520

580

511-531

A

490-520

B

Putative

orf1ab

polyprotein

4

425-435

555-570

580

425-445

555-570

A

C

420-440

555-570

B

C

5

5-15

360-410*

580

5-15

380-410

A

A

­­­­­­­‑

360-395

-

B

6

80-200*

580

70-125,130-190

A!

80-200

A

7

35-150*

580

30-105,135-150

A

35--150

B

9

435-475

580

455-474

A

435-475

not

10

380-400

580

380-400

C

380-400

C

11

118-228

580

-

-

118-228

B

NP_828851

GI:29836496

21477_25244

85-125*

185-230*

1195-1220*

 

 

 

85-125

185-230

1195-1220

A-

C

A

85-125

185-230

1195-1220

A-

B

B

putative

spike

glycoprotein

NP_828852

GI:29836497

25253_26077

45-120**

 

45-120

A

45-120

not

putative uncharacterized protein

NP_828853

GI:29836498

25674_26138

45-55

80-90

 

-

75-135

-

A

 

 

not

not

putative uncharacterized protein

NP_828855

GI:29836504

26383_27048

20-150*

 

22-105

A

 

not

putative

protein

M

A:结果好;B:结果一般;C:结果差;-:无结果;not:没有预测

 

 

附录一  国际协作网络成员及地址

  • Centers for Disease Control & Prevention
    National Centers for Infectious Diseases
    1600 Clifton Road, Mailstop G16
    Bldg 7, Room 111
    Atlanta, Georgia 30333
    United States

  • The Chinese University of Hong Kong
    Prince of Wales Hospital
    Shatin, NT Hong Kong SAR
    China

  • Erasmus Universiteit, National Influenza Centre
    Dr Molewaterplein 50, P. O. Box 1738
    3000 DR Rotterdam
    The Netherlands

  • Government Virus Unit
    9/F Public Health Laboratory Centre
    382 Nam Cheong Street
    Shek Kip Mei
    Kowloon, Hong Kong SAR
    China

  • Guangdong Center for Disease Control & Prevention
    176 West Xingang Road
    Guangzhou 510300
    China

  • Institut für Medizinische Virologie im Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main
    Paul-Erlich Strasse 40, D - 60596
    Frankfurt
    Germany
    (in collaboration with Institute for Tropical Medicine, Hamburg and Phillips University, Marburg)

  • Institut Pasteur
    Head of Unit, Unité de Génétique Moléculaire des Virus Respiratoires
    National Influenza Center (Northern-France),
    25 rue du Docteur Roux
    Cedex 15 F-75724 Paris
    France

  • National Institute of Infectious Diseases
    Department of Viral Diseases and Vaccine Control
    Gakuen 4-7-1
    Musashi-Murayama-shi
    Tokyo
    JP-208 0011
    Japan

  • National Microbiology Laboratory
    Population Pubic Health Branch
    Health Canada
    1015 Arlington Street
    Winnipeg, Manitoba R3E 3R2
    Canada

  • Public Health Laboratory Service
    Central Public Health Laboratory
    61 Colindale Avenue
    London NW9 5HT
    United Kingdom

  • University of Hong Kong Faculty of Medicine
    University Pathology Building
    Queen Mary Hospital
    Hong Kong SAR
    China

  • Virological Institute
    Chinese Center for Disease Control & Prevention
    Yinxin Road 100
    Beijing 100052
    China

  • Virology Unit
    Singapore General Hospital
    Outram Road
    169 608
    Singapore

附录二  发展检测SARS病毒引物的研究机构及7对引物序列

Bernhard-Nocht Institute
Bernhard-Nocht Str. 74
D-20359 Hamburg
Germany

BNIoutS/BNoutAs: sense ATGAAT TAC CAA GTC AAT GGT TAC
antisense CAT AAC CAG TCG GTA CAG CTA C
FraGment lenGth 195 bp

BNIinS/BNIAs: sense GAA GCT ATT CGT CAC GTT CG
antisense CTGTAGAAA ATC CTA GCT GGA G
Fragment length 110 bp

SAR1s/SAR1as: sense CCT CTC TTG TTC TTG CTC GCA
antisense TAT AGT GAG CCG CCA CAC ATG
Fragment length 150 bp

Amplicon sequence (BNI-1, Bernhard-Nocht Institute, Hamburg, Germany)
TACCGTAGACTCATCTCTATGATGGGTTTCAAAATGAATTACCA
AGTCAATGGTTACCCTAATATGTTTATCACCCGCGAAGAAGCTAT
TCGTCACGTTCGTGCGTGGATTGGCTTTGATGTAGAGGGCTGTCAT
GCAACTAGAGATGCTGTGGGTACTAACCTACCTCTCCAGCTAGGA
TTTTCTACAGGTGTTAACTTAGTAGCTGTACCGACTGGTTATGTTGA
CACTGAAAATAACACAGAATTCACCAGAGTTAATGCAAAACCTCC
ACCAGGTGACCAGTTTAAACATCTTATACC (扩增产物在基因组上的位置:18,105......18,406)

Centers for Disease Control & Prevention
National Centers for Infectious Diseases,
Atlanta GA 30333
1600 Clifton Road, NE, MS-C12
United States
IN-2,IN-4: sense 5' GGGTTGGGACTATCCTAAGTGTGA 3'
antisense 5' TAACACACAAACACCATCATCA 3'
Expected product size: 452 bp

IN-6,IN-7: sense 5' GGTTGGGACTATCCTAAGTGTGA 3'
antisense 5' CCATCATCAGATAGAATCATCATA 3'
Expected product size 440 bp

 

Government Virus Unit
9/F Public Health Laboratory Centre
382 NAm Cheong Street
Shek Kip Mei
Kowloon, Hong Kong SAR
Hong Kong - SAR China

COR-1,COR-2: sense 5' CAC CGT TTC TAC AGG TTA GCT AAC GA 3'
antisense 5' AAA TGT TTA CGC AGG TAA GCG TAA AA 3'
Expected product size: 310 bp


Queen Mary Hospital
The University of Hong Kong
University Pathology Building
Hong Kong - SAR China
HKU: sense 5' TACACACCTCAGCGTTG 3'
antisense 5' CACGAACGTGACGAAT 3'
Product size 182 bps

 

 ■ 相关连接
 
 
 
 
 
 
 
 
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