科学家揭示登革热病毒感染蚊子和人类宿主的基本规则

曾经局限于热带地区的蚊媒病毒感染正在蔓延。据世界卫生组织估计，登革热病毒每年感染全球多达4亿人，而且这种疾病目前尚无治疗方法。

现在，斯托尔斯医学研究所的研究发现了登革热和数百种其他病毒在宿主体内复制的令人惊讶的策略，有可能有助于开发新型抗病毒治疗方法和疫苗。

该项研究由斯托尔斯大学博士前研究员LucianaCastellano在副研究员ArielBazzini博士的实验室中领导，目前可在bioRxiv预印本服务器上查阅，并将于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“词汇表”来制造自己的蛋白质，利用宿主的机制进行复制和传播。

密码子是三个核苷酸的序列，即遗传密码中的“单词”，用于帮助制造蛋白质。研究人员发现，数百种其他病毒的遗传密码中也使用“单词”，这些单词在蚊子和人类宿主中效率较低。

巴齐尼说：“现在我们知道了登革热和其他病毒在感染我们细胞时利用的是什么，我们就有线索知道如何帮助预防这些致命疾病。”

“在感染过程中，宿主细胞和病毒入侵者处于交战状态，”卡斯特拉诺说。“就像制造武器一样，病毒和细胞都需要制造蛋白质来战斗和自卫。”

登革热病毒需要其单链RNA基因组中编码的蛋白质才能繁殖，但病毒无法自行生产这些蛋白质。病毒必须使用宿主细胞的蛋白质生产机制，因此研究人员推测登革热病毒会使用与蚊子和人类相似的密码子或“词汇”。

巴齐尼说：“遗传密码适用于所有生物体，包含64个密码子，即RNA的三核苷酸‘词’，用于指定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同一种氨基酸。指定同一种氨基酸的密码子称为同义密码子，其功能类似于语言中的同义词。

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，一个特定的同义密码子在一个物种中可能是高效和最佳的，但在另一个物种中可能是低效和不最佳的。

这个概念被称为密码子最优性。Bazzini实验室研究人类和其他脊椎动物的密码子最优性代码，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代码。

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

卡斯特拉诺说：“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。”

“病毒在感染宿主的过程中会积累突变。我们惊讶地发现，登革热病毒基因组中向这些效率较低的密码子发生的突变提高了登革热病毒在蚊子和人类细胞中的适应性，”Bazzini实验室的生物信息学分析师RyanMcNamara说道，他的贡献是这项工作的关键。

研究小组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HIV和SARS-CoV-2)优先使用效率低于人类的密码子，这表明它们进化出了一种“低效”的基因组，作为一种利用宿主细胞资源的策略，使病毒受益。病毒之间的保守偏好不仅有助于理解病毒如何进化，还有助于理解宿主-病原体关系如何随时间变化。

巴齐尼说：“从根本上来说，这项研究改变了我们对病毒和宿主细胞之间关系的看法。”

卡斯特拉诺说：“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权。”

美国疾病控制与预防中心报告称，美洲地区的登革热病例自去年以来增加了一倍，并警告称，美国感染登革热的风险正在增加

巴齐尼说：“随着蚊子蔓延到更广泛、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。”

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