第三节　冠状病毒的基因结构及复制

一、基因的结构

SARS-CoV-2基因组是由一段单链RNA构成的，包含2.6万～3.2万个碱基，长度约为30 kb。SARS-CoV-2基因组中存在6个开放读码框（open reading frame，ORF），ORF1a和ORF1b主要负责编码与病毒复制、转录相关的酶；ORF3a目前功能不太明确；ORF7a是一个单次跨膜蛋白序列，比较保守，可能是冠状病毒的基本功能基因；ORF8功能不太明确，但蛋白序列变异大；ORF10是一个核衣壳磷蛋白，该蛋白将病毒基因组包装到螺旋核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）中，并在病毒自组装过程中起基本作用。SARS-CoV-2基因组可以编码结构蛋白、非结构蛋白和辅助蛋白。结构蛋白包括S蛋白、E蛋白、M蛋白和N蛋白，是维持病毒颗粒结构的重要成分；非结构蛋白主要包括ORF1a和ORF1b，负责编码与病毒复制、转录相关的酶，包括木瓜样蛋白酶（papain-like protease，PLpro）、3C样蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）（chymotrypsin-like protease，3CLpro）、甲基转移酶，以及RNA依赖的RNA聚合酶等。这些蛋白一方面是合成子代病毒的遗传信息，另一方面可以转录出子代病毒需要的结构蛋白的mRNA；辅助蛋白不直接参与SARS-CoV-2的生理过程，发挥逃避宿主细胞抗病毒的免疫系统的功能。目前，核酸检测方法主要针对SARS-CoV-2基因组中ORF1a/ORF1b和N蛋白。

二、病毒复制过程

SARS-CoV-2和其他病毒一样，必须依赖宿主的细胞才能复制，并且经历吸附、穿入、脱衣壳、复制、组装与释放的过程。

（一）吸附与穿入

当SARS-CoV-2最外层的S蛋白与宿主细胞表面受体蛋白的ACE2分子结合后，开启病毒进入宿主细胞的大门。ACE2具有蛋白酶活性，可以切割和激活S蛋白，从而诱发病毒与宿主细胞膜的融合，通过胞吞或与宿主细胞膜上的TMPRSS2受体结合，使病毒进入宿主细胞内。

（二）脱衣壳与复制

病毒进入细胞后，通过脱壳作用将SARS-CoV-2基因组释放到细胞质中，病毒RNA带有5′-甲基化端和3′-多聚腺苷酸尾，能够附着在宿主细胞的核糖体上。以遗传物质RNA为模板，在宿主细胞核糖体的作用下，直接翻译产生一个长度为4 405个氨基酸的非结构性蛋白，该非结构蛋白具有木瓜样蛋白酶和3C样蛋白酶的活性，可以将其自身切割成15～16个蛋白，行使不同功能。其中最重要的是RNA依赖的RNA聚合酶，它可以转录出和基因组RNA互补的负链，并以负链RNA为模板合成更多的正链病毒RNA，从而使病毒基因组得到扩增；同时，负链RNA模板还可以转录出其他亚基因组RNA，用于翻译病毒组装不可缺少的结构蛋白，如M蛋白、N蛋白及S蛋白等。见图2-3-1。

（三）组装与释放

当不同蛋白被制造出来后，N蛋白、M蛋白、S蛋白将新合成的子代病毒基因组RNA在宿主细胞内质网腔中被组装成病毒颗粒，并通过高尔基小囊泡最终以胞吐方式被输送到细胞外（图2-3-1）。新的病毒会继续运用相同的机制感染更多宿主细胞。

（覃　岭）

参考文献

［1］ADAMS M J, CARSTENS E B. Ratification vote on taxonomic proposals to the international committee on taxonomy of viruses [J]. Arch Virol, 2012, 157: 1411-1422.

［2］国家卫生健康委办公厅，国家中医药管理局办公室．新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第六版）［EB/OL］．http://www.nhc.gov.cn/yzygj/s7653p/202002/8334a8326dd94d329df351d7da8aefc2/files/b218cfeb1bc54639af227f922bf6b817.

［3］国家卫生健康委员会．新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南（第二版）［EB/OL］．http://www.nhc.gov.cn/jkj/s3577/202001/c67cfe29ecf1470e8c7fc47d3b751e88/files/7db05db9e315401389bc8b69252c25ef.docx.

［4］中华医学会影像技术分会．新型冠状病毒肺炎放射检查方案与感染防控专家共识（试行第一版）［J］．新发传染病电子杂志，2020，5（2）：65-73．

［5］CHEN H X, AI L, LU H, et al. Clinical and imaging features of COVID-19 [J]. Radiology of infection disease, 2020, 7 (2): 43-50.

［6］国家卫生健康委员会．新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南（第四版）［EB/OL］．http://www.nhc.gov.cn/.（2020-02）.

［7］郑秋婷，卢亦波，谭理连，等．新型冠状病毒肺炎临床及影像学研究进展［J］．新发传染病电子杂志，2020，5（2）：140-144．

［8］ZHU X, LIU Q, DU L, et al. Receptor-binding domain as a target for developing SARS vaccines [J]. J Thorac Dis, 2013, 5(Suppl 2): 142-148.