以前,我们提供的证据表明,病毒的行为可以预测他们的预测分析的内在障碍的蛋白质外壳,更具体地说,通过观察疾病分布的特性矩阵,衣壳蛋白( 1- - - - - - 3]。例如,预测疾病的矩阵逆转录病毒被证明随病毒传播的模式。相关的艾滋病毒和EIAV病毒,但截然不同的传播模式,是用来说明这一点。艾滋病毒主要是传播性,而EIAV通过吸血虻。已经观察到丰富的内在障碍(PID)预测在艾滋病毒和EIAV矩阵蛋白质是非常不同的,艾滋病毒蛋白是高度无序,特别是HIV - 1。解释了这与需要更严格的包装在没有性传播病毒,以防止病毒粒子更严厉的环境因素( 1]。

进一步发展的模型,该模型可以预测病毒如何传播行为而言将是非常有用的临床和基础研究。这样一个模型还将提供一个工具来帮助公共卫生政策的实现来处理旧的和新兴的致病病毒。本文扩展了线的研究蛋白质病毒蛋白质的内在障碍冠状病毒(x),这已经引起了科学界的注意,因为突然出现的致命病毒引起严重急性呼吸系统综合症,冠( 4, 5]。临床、结构性和流行病学数据可用于冠及其动物近亲,这仍然是一个严重威胁农业社区( 4, 6- - - - - - 10]。

这项研究的一个目标是利用蛋白质内在障碍的概念阐明冠状病毒的行为通过创建一个预测模型,这可以提供洞察动物和人类冠状病毒的传播行为之间的差异以及分类的各种动物冠状病毒的传播行为。这样,更深入的了解病毒进化可以实现基于其主机及其环境以及更好地理解结构在这种适应性进化机制。

很长一段时间,冠状病毒已经导致呼吸道疾病和肠胃炎 4]。更多的关注给这个家庭当冠状病毒进入人类宿主的从2002年开始,造成1091人死亡 11, 12]。冠的爆发期间,其传播方式的问题提出( 7, 13]。更好地理解特性的传输方式(s)将使更好的决策控制这种不祥的病毒的传播。然而,截至今天,完全理解的分子机制确定病毒的传播行为仍然是难以捉摸的 6]。例如,没有令人满意的解释观察到许多感染者冠没有任何接触感染者[ 14]。

而冠已经观察到人类最容易被呼吸意味着,冠也观察到不像流感传染性( http://www.who.int/csr/sars/sarsfaq/en/)[ 5]。很可能冠,像大多数动物冠状病毒,传播最有效接触或通过排泄物路线在动物中。

几个人类冠状病毒(HCoV)如229 e, OC43, HKU1, NL63已经知道了一段时间( 15, 16),与HCoV - 229 e HCoV被研究最多的。对比HCoV和动物冠状病毒的传播机制,如冠。使用HCoV - 229 e代表病毒,它已经表明,HCoV往往更有效地传播的呼吸道路线,而动物浸往往最有效地通过直接接触传播( 15]。此外,胃肠炎是一种常见的疾病由冠状病毒引起,通过排泄物路线也是常见的传播方式,特别是动物宿主。因此,与人类相比,接触和通过排泄物路线一般浸在动物中传播的最有效的模式( 15, 17, 18]。

为了介绍这两种结构蛋白的研究,一个快速概述的病毒结构需要提出。蛋白质附近或表面的冠状病毒包括蛋白(S, 150 kD), hemagglutinin-esterase蛋白(他65 kD)、膜/矩阵糖蛋白(M, 25 kDa),和小信封糖蛋白(E, 9 - 12 kD)。一种蛋白质,它是接近RNA核衣壳蛋白(N, 60 kD)。他们都是可能在保护病毒粒子中发挥的作用[ 1, 2, 19, 20.]。由于M糖蛋白是最丰富的冠状病毒结构蛋白,它们可能会发挥更大的作用在保护病毒粒子免受破坏。

m蛋白是一种triple-spanning跨膜蛋白,短aminoterminal ectodomain。除了它的保护功能,m蛋白衣壳自组装中也扮演了重要的角色,作为一个主要决定因素的病毒粒子通过选择年代形态发生蛋白并入病毒粒子在病毒装配。本文的另一个感兴趣的蛋白质是n蛋白( 5, 12]。n蛋白是一种RNA结合蛋白。虽然它的许多功能仍然未知,很可能n蛋白参与包装和保护病毒RNA和还在病毒复制过程中发挥作用参与转录( 7, 8]。

虽然人类冠状病毒,除了冠状,通常是轻微的,他们的动物近亲(如禽流感、猪和牛冠状病毒)往往是毁灭性的农业产业。事实上,爆发可能是昂贵的牲畜损失( 10, 21]。冠状病毒通常分为三组根据他们的基因和抗原组成( 12, 16]。这种分类的总结如表所示 1。SAR-CoV并不适合任何当前的三组群2。但也有一些相似之处出于这个原因,冠掉进一个新的类别,组2 b。

以前,我们表明,相似的蛋白质内在障碍的预测并不一定反映蛋白质研究的遗传距离,而是可能与进化,传播的模式和环境,该病毒生活在( 1, 2]。因此,冠状病毒的分类基础上的内在障碍倾向他们的蛋白质可能为有用的假设提供重要线索,特别是当内在障碍的类似蛋白质被认为是在冠状病毒,血清型、亚型。

这里使用的主要工具是预测蛋白质的内在障碍。内在无序蛋白质等其他各种名称也被描述的“内在非结构化”[ 22)和“本地的”[ 23, 24]。内在障碍的普遍性概念出现在偶尔的观测异常的structure-to-function范式根据独特的蛋白质结构所必需的特定功能( 25]。比较有序和无序蛋白质显示有明显的区别命令和内在无序蛋白质的氨基酸序列和无序蛋白质/地区至少分享一些常见序列特性在许多蛋白质( 24, 26- - - - - - 28]。事实上,无序蛋白质/区域显示显著减少笨重的疏水性(Ile、亮氨酸和Val)和芳香族氨基酸残基(Trp,酪氨酸和板式换热器),通常会形成折叠的球状蛋白质的疏水核心,同时也拥有半胱氨酸含量低,Asn残留。无序蛋白质的消耗半胱氨酸也至关重要,因为这氨基酸残基是有重大贡献的蛋白质构象稳定性通过二硫键的形成或参与协调不同的假体组。这些废弃的残留物,Trp,酪氨酸,板式换热器,Ile,亮氨酸,Val,半胱氨酸和Asn提议被称为order-promoting氨基酸。另一方面,ID蛋白质被证明在阿拉巴马州大大丰富,极地,disorder-promoting氨基酸:参数,g, Gln,爵士,Glu,赖氨酸和疏水性,但structure-breaking Pro ( 27- - - - - - 31日]。发展的预测提供了一种直接支持这一假说的内在障碍是编码蛋白质的氨基酸序列。这些特性使内在无序蛋白质/区域识别和用于开发特定的内在障碍的预测因子。目前,设计算法寻找地区缺乏有序的结构是一个非常活跃的研究领域,和50多个预测障碍已经开发( 32]。本文中使用的预测PONDR VLXT(预测自然无序的地区),这是一组无序区域神经网络预测的基础上,当地的氨基酸组成,灵活性,水疗法,和其他因素 33- - - - - - 36]。这些预测序列中的每个残渣进行分类有序或无序。自从PONDR VLXT当地敏感序列特点,经常用于识别功能无序区域内的重要网站。

图 1代表一个图形比较百分比的内在障碍(PID)的M - n蛋白质的冠状病毒与流感病毒和矩阵和核衣壳蛋白的RNA病毒。矩阵的平均pid和甲型流感病毒核衣壳蛋白和冠状病毒提供了一个有趣的对比因为病毒有相似之处和相异。例如,大量的障碍的n蛋白质两种病毒都相当类似,而冠状病毒m蛋白的预测更加有序。自从m蛋白的主要功能是保护病毒粒子,人们很容易假设这些差异在整个疾病相关的m蛋白可以从不同的环境需要保护病毒,因此可以反映不同的病毒式传播模式。例如,我们知道,这两种病毒通常是通过飞沫传播,传播但动物冠状病毒往往更与通过排泄物传播途径有关。pid的差异可能反映了这一趋势。

更详细的对比PID的M和n蛋白质HCoVs和动物冠状病毒的预测障碍如图 2。还包括禽流感和SARS冠状病毒进行比较。图 2表明禽冠状病毒n蛋白,IBV,特点是PID最高水平。的高PID方差(标准差)HCoV M和n蛋白质应该还指出。两个特性可能提示呼吸道传播组件更高。

而图 2让我们比较人类冠状病毒(HCoV)与非人类的一般来说,人物 3进一步分解动物冠状病毒的数据通过动物宿主。我们可以看到不同的PID矩阵和病毒的核衣壳蛋白各种动物宿主物种。

图 4概述意味着pid的M - n蛋白质各种动物物种冠状病毒的宿主和病毒的类型。pid主机类型之间的差异应该注意。例如,牛冠状病毒与猪同行相比,往往有更高的pid n蛋白质。重要的注意是pid n蛋白质的所有这些动物冠状病毒是低于50%,与人类或禽冠状病毒。

表 2提供了数字PID值N - m蛋白的各种猪菌株如图 4。仔细检查这些数据显示特定的菌株可能完全不同于彼此的内在障碍他们具有N - m蛋白。一个说明性的例子是卓越的pid的差异从TEGV和PEDV n蛋白质。这里,CV777应变PEDV有障碍水平较低的基质蛋白比Br1/87应变(8%和13%)。使用冠作为参考点,我们可以清楚地看到,每一株病毒的特点是一个独特的PID签名。例如,TGEV特点是PID得分相对较低的n蛋白(~ 43%),而其m蛋白稍高PID(~ 14%)相比,特别是当某些菌株PEDV (~ 8%)。

HCoV pid的破裂压力图所示 5这显示了异常高和低pid的M和n蛋白质HCoVs 229 e和HKU1。的明显差异PID值HCoV 229 e和冠也应该注意。一些HCoV株临床研究和传播模式的特点列出在表 1。研究了hcov - 229 e比其他人类冠状病毒和更广泛的被证明更容易通过呼吸道传播模式。这也是通常被认为是所有HCoVs。结果如图 5说明,一般来说,人类冠状病毒的N - m蛋白往往更无序的动物冠状病毒(cf数据 1- - - - - - 3)。

图 5还表明,矩阵和hcov - 229 e的核衣壳蛋白异常无序。图 5也说明了一个重要的一点,不是所有的HCoV菌株都有相同的特点299 e和有伟大的可变性的pid HCoVs的矩阵和核衣壳蛋白。例如,预测混乱HKU1出于某种原因类似的意思是pid我们通常会发现在动物冠状病毒。

数据预测疾病的模式 1- - - - - - 5允许我们重组PID水平不同的冠状病毒。表 3总结了冠状病毒的新分组。它可以看到,虽然新浸分组表所示 3基于病毒外壳的障碍分析,特别是n蛋白质,分组似乎反映了病毒的传播。换句话说,一个常见的传播行为和障碍之间的相关性特征的病毒可以观察每组。我们看到,例如,根据PID分析,犬呼吸冠状病毒落在B类,它包含病毒水平中等的呼吸和粪口组件。其减少无序肠对应分为类别C,或有更大的接触组件,减少呼吸系统组件。这种模式是猪冠状病毒也看到TGEV PEDV。

因此,数据表所示 3可用于预测水平的呼吸道和通过排泄物传播模式为每个病毒在一组基于pid的M和n蛋白质。举个例子,我们可以得出结论,在A组病毒将有更大的呼吸组件比B组或c MANOVA分析显示显著的影响的pid N和M蛋白冠状病毒的传播行为( P < 0.05 为每一个变量, F = 16.3 , P < 0.05 )。此外,由于模型及其变量的统计意义,通过分析三组应该是很容易识别的PID的相应的M和N蛋白的水平。然而,任何关联的pid两种蛋白质不是统计学意义(MANOVA, P = 0.15 )。一个有趣的注意的是,并不是所有的病毒类C m蛋白的PID水平较低,即使他们的n蛋白质预测疾病的特点是低。

虽然上面的数据和表显示的差异意味着PID水平不同浸蛋白质,人物 6可视化预测疾病水平的差异通过比较部分n蛋白质的三维结构的冠和IBV。大量无序区域(红色所示)可以看到IBV核衣壳,而冠状核衣壳具有更小的无序区域。一个粗略的障碍分析显示冠状的PID核衣壳是50%,而在IBV核衣壳的情况下,56%的意思是PID。图 6表明,这种差异可能反映了结构上的差异。

疾病模式与病毒和宿主的行为。障碍之间的显著区别的外壳蛋白预测人类、鸟类和其他动物冠状病毒。也有明显的差异之间的障碍倾向不同动物冠状病毒感染(数字 2- - - - - - 6、表 2)。例如,PID水平矩阵和猪、犬冠状病毒的核衣壳蛋白通常低于牛同行(图 3)。一个合理的解释的本质在于各种病毒的宿主和病毒的传播方式。此外,由于各种动物的习惯和饮食也可以导致他们受到粪便的倾向,这是至关重要的因素决定病毒传播的特点。猪和狗冠状病毒或有更大的接触组件,而牛冠状病毒更有效地通过呼吸道传播的路线。所有这些因素显然是更明确的决定因素的内在障碍在病毒壳蛋白含量比遗传亲近和病毒的分类表 1。

一个模型在M和n蛋白质与障碍可以建立冠状病毒的行为。这个模型是基于观察到病毒暴露在那么恶劣的环境,如那些通过通过排泄物传播路线,需要更严格的包装,以保护他们的病毒粒子免受破坏。装箱的测量刚度的一种方法是通过观察预测水平的固有无序蛋白质衣壳和矩阵。已知的行为和壳牌障碍模式的甲型流感病毒和各种猪冠状病毒,它可以推断,更高的障碍在m蛋白可以与更大的持久性,而高(或低)水平的预测疾病相关的核衣壳可以呼吸的水平(或粪口)传输组件,分别。虽然障碍水平这两个蛋白质往往互相追随,这是不一定所有的冠状病毒。

先前的研究已经证明,性传播病毒往往高度无序的M - n蛋白质因为这类病毒不需要严格的保护壳,但相反,柔性层的蛋白质,可以帮助这些病毒逃避宿主的免疫系统。摘要冠状病毒的样本,进一步支持的链接被发现。例如,许多x和已知的传播主要通过呼吸模式具有更高的障碍在他们的外壳蛋白水平。这特别的hcov - 229 e,对我们的分析表明,M -和n蛋白质都是高度无序。数据还表明,许多其他人类冠状病毒可能依赖于呼吸途径为主要的传播方式因为HCoVs通常有大量PID水平矩阵和核衣壳。一个特别大的呼吸系统组件已经观察到hcov - 229 e与动物冠状病毒相比,包括冠( 15]。这样的高水平的障碍并不是通常发现在动物浸,禽流感IBV的除外。IBV很可能具有更高的能力通过fecal-respiratory路线传播给更多的命令m蛋白和无序核衣壳蛋白。

障碍的结果分析猪冠状病毒的外壳蛋白不仅给链接预测疾病病毒行为更多的证据也表明该模型可以用来预测浸行为。事实上,有一个接近PID水平之间的相似度矩阵和核衣壳蛋白冠和PEDV。此外,这两种病毒的传播行为惊人地相似(PEDV和冠主要由接触传播),尽管他们相对较远的亲缘关系(表 1)。另一方面,基于核衣壳PID在TGEV越低,我们可以期待看到更大的组件通过排泄物传播的病毒。TGEV以来这表明更大的传输通过排泄物和接触组件,它可以更有效地传播PEDV相比,提出的假设,可以推导出PID分析。这表明,预测疾病的水平提供一个明确的方法来评估健康的病毒。

模型也表明一种机制,通过这种机制PEDV清洗后甚至出现感染群的前提 17]。重现我们的分析表明,这种能力来自通过排泄物和呼吸系统组件的存在。因此,产生的气溶胶传播病毒颗粒留下可能重现了至关重要的作用。又能够有两个传输组件可以由特性预测的内在障碍分布在病毒壳蛋白。PID相似性PEDV冠表明,这两种病毒可能有类似的传导机制,表明冠可能倾向再度出现,这可以解释人们如何可以被感染,即使他们没有已知接触SARS-CoV-infected人( 14]。这个模型也表明,重现TEGV行为无法预计。总的来说,disorder-based分析构成表中所示的分类算法 3可以用来识别各种冠状病毒的传播模式。

我们的分析结果表明,疾病预测可以用来预测新出现的病毒毒株的传播行为。在疫情爆发的情况下,这样的技术将是一个有用的工具,预测潜在的一种新病毒的传播行为。此外,为更好地理解这一分析提供了新的线索的病毒的传播行为已经知道多年。