科学家揭示了登革热病毒如何感染蚊子和人类宿主的基本规律

曾经仅限于热带地区的蚊媒病毒感染正在传播。根据世界卫生组织的估计，登革热病毒每年在全球感染多达4亿人，目前还没有治疗这种疾病的方法

现在，Stowers医学研究所的研究发现了登革热和数百种其他病毒如何在宿主中复制的令人惊讶的策略，这有可能有助于开发新的抗病毒治疗和疫苗

由Stowers博士后研究员Luciana Castellano在副研究员Ariel Bazzini博士的实验室领导，该研究目前可在bioRxiv预印本服务器上获得，于2024年7月22日发表在《分子系统生物学》上。研究表明，登革热病毒基因组使用效率较低的密码子或“词汇”来制造自己的蛋白质，利用宿主的机器进行复制和传播

密码子是遗传密码中帮助制造蛋白质的三个核苷酸或“单词”的序列。研究人员发现，数百种其他病毒在其遗传密码中也使用了“单词”，这些单词在蚊子和人类宿主中的效率较低

Bazzini说：“现在我们知道登革热和其他病毒在感染我们的细胞时使用了什么，我们就有了线索，可以帮助预防这些致命的疾病。”

Castellano说：“在感染期间，宿主细胞和病毒入侵者处于战争状态。”。“就像制造武器一样，病毒和细胞都需要制造蛋白质来对抗和防御自己。”

登革热病毒需要单链RNA基因组中编码的蛋白质来繁殖，但病毒不能自行产生这些蛋白质。病毒必须利用宿主细胞的蛋白质生产机制，因此研究人员假设登革热病毒会使用与蚊子和人类相似的密码子或“词汇”

Bazzini说：“遗传密码对所有生物体都是通用的，包含64个密码子，即RNA的三个核苷酸‘词’，它们指定了构成蛋白质的氨基酸。”

遗传密码的性质允许多个密码子指定相同的氨基酸。就像语言中的同义词一样，指定相同氨基酸的密码子被称为同义密码子

但正如每个同义词都是一个不同的词一样，每个同义密码子都有各自的特性，这些特性会影响细胞制造蛋白质的效率以及RNA的稳定性。此外，特定的同义密码子在一个物种中可能是高效和最优的，但在另一个物种里可能是低效和非最优的

这个概念被称为密码子最优性。Bazzini实验室研究了人类和其他脊椎动物的密码子最优性密码，在这项研究中，研究人员首次发现蚊子基因组也遵循其自身的最优性密码

研究人员发现，登革热病毒倾向于使用同义密码子，这些密码子在蚊子和人类宿主中被认为不太理想，这与他们最初的预测相反

Castellano说：“我们惊讶地发现，登革热病毒优先使用宿主效率较低的密码子，这可能是一种逃避宿主抗病毒反应的策略。”

“病毒在感染宿主期间会积累突变。我们惊讶地发现，登革热病毒基因组中朝向这些低效密码子的突变增加了登革热病毒在蚊子和人类细胞中的适应性，”巴齐尼实验室的生物信息学分析师Ryan McNamara说，他的贡献是这项工作的关键。

该团队分析了数百种其他感染人类的病毒，发现其中许多病毒，包括艾滋病毒和严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型，相对于人类更倾向于使用效率较低的密码子，这表明他们已经进化出一种“低效”的基因组，作为一种以有益于病毒的方式利用宿主细胞资源的策略。病毒之间的保守偏好不仅有助于理解病毒如何进化，而且有助于了解宿主与病原体的关系如何随时间变化

Bazzini说：“从根本上说，这项工作改变了我们对病毒和宿主细胞之间关系的看法。”

Castellano说：“未来，我们希望更好地了解病毒从使用这些低效密码子中受益的机制，以及病毒可能操纵哪些分子来获得控制。”

美国疾病控制和预防中心报告称，自去年以来，美洲的登革热病例翻了一番，并警告美国感染风险增加

“随着蚊子传播到更广泛、更全球化的地区，我们需要开始认真思考如何对抗登革热和其他蚊媒病毒感染，”Bazzini说 More information: Luciana A Castellano et al, Dengue virus preferentially uses human and mosquito non-optimal codons, bioRxiv (2023). DOI: 10.1101/2023.06.14.544804

Luciana A Castellano et al, Dengue virus preferentially uses human and mosquito non-optimal codons, Molecular Systems Biology (2024). doi.org/10.1038/s44320-024-00052-7

Journal information: Molecular Systems Biology , bioRxiv