แผนภูมิวิวัฒนาการทางสายพันธุ์ที่สร้างขึ้นจากลำดับจีโนมทั้งหมดของ SARS-CoV-1 และไวรัสโคโรนาที่เกี่ยวข้อง มีดังนี้:

แผนภูมิวิวัฒนาการตามลำดับจีโนมทั้งหมดของ SARS-CoV-2 และไวรัสโคโรนาที่เกี่ยวข้องคือ: ^{[ 39 ] [ 40 ]}

การยึดเกาะของไวรัสโคโรนาที่เกี่ยวข้องกับ SARS กับเซลล์โฮสต์นั้นเกิดขึ้นโดยอาศัยโปรตีนหนามและตัวรับของมัน^{[ 59 ]}โดเมนการจับตัวรับของโปรตีนหนาม (RBD) จะจดจำและยึดเกาะกับ ตัวรับ เอนไซม์แองจิโอเทนซินคอนเวอร์ติง 2 (ACE2) ^{[ 8 ]}หลังจากการยึดเกาะ ไวรัสสามารถเข้าสู่เซลล์โฮสต์ได้สองเส้นทาง เส้นทางที่ไวรัสใช้ขึ้นอยู่กับโปรตีเอส ของโฮสต์ ที่มีอยู่เพื่อตัดและกระตุ้นโปรตีนหนามที่ยึดติดกับตัวรับ^{[ 60 ]}ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง SARS-CoV-1 และ SARS-CoV-2 คือ SARS-CoV-2 ถูกตัดล่วงหน้าแล้วเนื่องจากมีไซต์การตัดฟูริน^{[ 61 ]}

การยึดเกาะของซาร์เบโคไวรัสกับ ACE2 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็น ลักษณะ ที่ได้รับการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการซึ่งมีอยู่ในหลายสปีชีส์ (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) ของกลุ่มอนุกรมวิธานที่มี ACE2 โดยใช้ตัวแทนในแอฟริกา เอเชีย และยุโรป^{[ 62 ]}

เส้นทางแรกที่ไวรัสโคโรนา SARS สามารถใช้ในการเข้าสู่เซลล์โฮสต์คือโดยเอนโดไซโทซิสและการดูดซึมไวรัสในเอนโดโซม จากนั้นโปรตีนหนามที่ติดอยู่กับตัวรับจะถูกกระตุ้นโดย เอนไซม์โปรตีเอสซิสทีน ที่ขึ้นอยู่กับ pH ของโฮสต์ที่เรียกว่าแคทเทปซิน Lการกระตุ้นโปรตีนหนามที่ติดอยู่กับตัวรับทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและตามมาด้วยการหลอมรวมของซองไวรัสกับผนังเอนโดโซม^{[ 60 ]}

อีกทางเลือกหนึ่ง ไวรัสสามารถเข้าสู่เซลล์โฮสต์โดยตรงโดย การ ตัดโปรตีนหนามที่ติดอยู่กับตัวรับด้วยเอนไซม์โปรตีเอสเซรินTMPRSS2หรือTMPRSS11D ของโฮสต์ ที่ผิวเซลล์^{[ 63 ] [ 64 ]}ในไวรัสโคโรนา SARS การกระตุ้นส่วนปลาย Cของโปรตีนหนามจะกระตุ้นการหลอมรวมของซองไวรัสกับเยื่อหุ้มเซลล์โฮสต์โดยการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์^{[ 65 ]}

After fusion the nucleocapsid passes into the cytoplasm, where the viral genome is released.^[59] The genome acts as a messenger RNA, and the cell's ribosome translates two-thirds of the genome, which corresponds to the open reading frame ORF1a and ORF1b, into two large overlapping polyproteins, pp1a and pp1ab.

The larger polyprotein pp1ab is a result of a -1 ribosomal frameshift caused by a slippery sequence (UUUAAAC) and a downstream RNA pseudoknot at the end of open reading frame ORF1a.^[68] The ribosomal frameshift allows for the continuous translation of ORF1a followed by ORF1b.^[69]

The polyproteins contain their own proteases, PLpro and 3CLpro, which cleave the polyproteins at different specific sites. The cleavage of polyprotein pp1ab yields 16 nonstructural proteins (nsp1 to nsp16). Product proteins include various replication proteins such as RNA-dependent RNA polymerase (RdRp), RNA helicase, and exoribonuclease (ExoN).^[69]

The two SARS-CoV-2 proteases (PLpro and 3CLpro) also interfere with the immune system response to the viral infection by cleaving three immune system proteins. PLpro cleaves IRF3 and 3CLpro cleaves both NLRP12 and TAB1. "Direct cleavage of IRF3 by NSP3 could explain the blunted Type-I IFN response seen during SARS-CoV-2 infections while NSP5 mediated cleavage of NLRP12 and TAB1 point to a molecular mechanism for enhanced production of IL-6 and inflammatory response observed in COVID-19 patients."^[70]

โปรตีนการจำลองแบบที่ไม่ใช่โครงสร้างจำนวนหนึ่งรวมตัวกันเพื่อสร้าง คอมเพล็กซ์ โปรตีนจำลองแบบ -ถอดรหัส (RTC) ^{[ 69 ]}โปรตีนจำลองแบบ-ถอดรหัสหลักคือRNA-dependent RNA polymerase (RdRp) ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการจำลองแบบและการถอดรหัสของ RNA จากสาย RNA โปรตีนที่ไม่ใช่โครงสร้างอื่นๆ ในคอมเพล็กซ์จะช่วยในกระบวนการจำลองแบบและการถอดรหัส^{[ 66 ]}

โปรตีน nsp14 เป็นเอ็กโซไรโบนิวคลีเอส 3'-5'ซึ่งให้ความแม่นยำเป็นพิเศษแก่กระบวนการจำลองแบบ เอ็กโซไรโบนิวคลีเอสทำ หน้าที่ ตรวจสอบความถูกต้องให้กับคอมเพล็กซ์ ซึ่งเอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase ขาดไป ในทำนองเดียวกัน โปรตีน nsp7 และ nsp8 ก่อตัวเป็นแคลมป์เลื่อนเฮกซาเดคาเมอริกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase อย่างมาก ^{[ 66 ]}ไวรัสโคโรนาต้องการความแม่นยำและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ RNA เนื่องจากขนาดจีโนมที่ค่อนข้างใหญ่เมื่อเทียบกับไวรัส RNA อื่นๆ^{[ 71 ]}

หนึ่งในหน้าที่หลักของคอมเพล็กซ์รีพลิเคส-ทรานสคริปเทสคือการถอดรหัสจีโนมของไวรัส RdRp ทำหน้าที่สังเคราะห์ โมเลกุล RNA ย่อยจีโนมแบบลบ จาก RNA จีโนมแบบบวกโดยตรง จากนั้นจึงทำการถอดรหัสโมเลกุล RNA ย่อยจีโนมแบบลบเหล่านี้ไป เป็นmRNAแบบบวกที่สอดคล้องกัน^{[ 72 ]}

หน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่งของคอมเพล็กซ์รีพลิเคส-ทรานสคริปเทสคือการจำลองจีโนมของไวรัส RdRp ทำหน้าที่สังเคราะห์ RNA จีโนมแบบลบจาก RNA จีโนมแบบบวกโดยตรง ตามด้วยการจำลอง RNA จีโนมแบบบวกจาก RNA จีโนมแบบลบ^{[ 72 ]} การจำลองและการถอดรหัสของ SARS-CoV ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเวสิเคิลเยื่อหุ้มสองชั้น (DMVs) ที่เกิดจากไวรัส ซึ่งสร้างจาก เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของโฮสต์ที่เปลี่ยนแปลงไป^{[ 73 ]}

RNA จีโนมแบบบวกที่จำลองแบบจะกลายเป็นจีโนมของไวรัสรุ่นลูก mRNA ขนาดเล็กต่างๆ เป็นการถอดรหัสจากหนึ่งในสามส่วนสุดท้ายของจีโนมไวรัสซึ่งเป็นไปตามเฟรมการอ่าน ORF1a และ ORF1b mRNA เหล่านี้จะถูกแปลเป็นโปรตีนโครงสร้างสี่ชนิด (S, E, M และ N) ซึ่งจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคไวรัสรุ่นลูก และโปรตีนเสริมอื่นๆ อีกแปดชนิด (orf3 ถึง orf9b) ซึ่งช่วยไวรัส^{[ 74 ]}

เมื่อ มี จีโนม SARS-CoV สองตัว อยู่ในเซลล์โฮสต์ พวกมันอาจโต้ตอบกันเพื่อสร้างจีโนมลูกผสมที่สามารถส่งต่อไปยังไวรัสรุ่นลูกได้ การรวมตัวใหม่น่าจะเกิดขึ้นระหว่างการจำลองจีโนมเมื่อRNA polymeraseเปลี่ยนจากแม่แบบหนึ่งไปเป็นอีกแม่แบบหนึ่ง (การรวมตัวใหม่แบบเลือกสำเนา) ^{[ 75 ]} ดูเหมือนว่า SARS-CoV ในมนุษย์จะมีประวัติการรวมตัว ใหม่ที่ซับซ้อน ระหว่างโคโรนาไวรัส บรรพบุรุษ ที่อาศัยอยู่ในกลุ่มสัตว์หลายกลุ่มที่แตกต่างกัน^{[ 75 ] [ 76 ]}

การแปล RNAเกิดขึ้นภายในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมโปรตีนโครงสร้างของไวรัส S, E และ M เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางการหลั่งเข้าสู่ช่องกลางของกอลจิที่นั่น โปรตีน M จะควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนส่วนใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการประกอบไวรัสหลังจากที่มันจับกับนิวคลีโอแคปซิด^{[ 77 ]}ไวรัสลูกหลานจะถูกปล่อยออกจากเซลล์โฮสต์โดยการหลั่งออกนอกเซลล์ผ่านถุงหลั่ง^{[ 77 ]}