DNA-metagenomiske analyser af kliniske prøver fra abekoppevirus-inficerede individer

DNA-metagenomiske analyser af kliniske prøver fra abekoppevirus-inficerede individer

I en nylig undersøgelse offentliggjort i bioRxiv * Forskere analyserede genomsekvenser af abekoppevirus (MPXV) opnået fra 18 patienter, som fik MPXV-infektion mellem juni og juli 2022.

Studie: Die Sequenzierung des Monkeypox-Virus infizierter Patienten zeigt virale Genome mit APOBEC3-ähnlicher Bearbeitung, Geninaktivierung und bakteriellen Erregern der Hautsuperinfektion. Bildquelle: Kateryna Kon/Shutterstock

*Vigtig BEMÆRK:bioRxiv udgiver foreløbige videnskabelige rapporter, der ikke er peer-reviewed og derfor ikke bør betragtes som afgørende, beregnet til at vejlede klinisk praksis/sundhedsrelateret adfærd eller behandles som etableret information.

baggrund

MPXV har et dobbeltstrenget deoxyribonukleinsyre (DNA) genom og tilhører familien Poxviridae vira og slægten Orthopoxvirus. Verdenssundhedsorganisationen (WHO) har anerkendt tre virusgrupper, navngivet en til tre, som omfatter vira, der dukkede op i 2017-2018-udbruddet (Nigeria) og dem, der er involveret i det nuværende transnationale udbrud i 2022.

Fra 2022 er alle humane MPXV-infektioner importeret fra Afrika syd for Sahara forekommet sporadisk i ikke-endemiske lande. Tidligere fylogenetiske undersøgelser baseret på MPXV-genomer offentliggjort i Portugal og Frankrig i 2022 viste, at disse vira tilhører gruppe III og sandsynligvis har en enkelt oprindelse. De epidemiologiske og kliniske karakteristika ved den nuværende epidemi tyder også på, at den er seksuelt overført.

Derudover inkluderer disse vira en slægt kaldet B.1, der dukkede op i Europa mellem november 2021 og maj 2022. B.1 slægten afveg fra sin forfædres A.1 slægt med cirka 50 nukleotidsubstitutioner, næsten ti gange mere end forventet.

Om studiet

I denne undersøgelse brugte forskere næste generations Illumina- og Nanopore-genomsekventeringsteknologier (NGS) til at udføre DNA-metagenomiske analyser af kliniske prøver fra MPXV-inficerede individer. De opnåede MPXV-genomer fra genitale hudlæsioner og rektale podninger fra 18 MPXV-inficerede patienter.

Efterforskerne overvejede NGS for kliniske prøver med en kvantitativ revers transkriptase-polymerase-kædereaktion (qRT-PCR) cyklustærskel (CT) ≤25. Dernæst udførte de metagenomiske analyser af alle NGS-kørsler. Derudover kortlagde de rå NGS-aflæsninger mod MPXV-genomets GenBank-adgangsnummer. ON563414.3, et 197.205 basepars genom af MPXV indsamlet fra en patientprøve i Massachusetts, USA, i maj 2022. Nextclade-værktøjet v1.6.0 bruger disse genomprøver som B.1-referencegenomet.

Til fylogenetiske analyser opnåede holdet MPXV-genomer, der blev deponeret i databasen "Global Initiative on Sharing All Influenza Data" (GISAID) indtil den 22. august 2022. De identificerede mutationer, der var fælles for dem i denne undersøgelse. Genomet GenBank accessionsnumre 412 NC_063383 og ON563414 blev tilføjet for at rodfæste det fylogenetiske træ. National Agency for Medicines and Healthcare Products Safety (ANSM) har godkendt NGS af MPXV-genomer.

Studieresultater

Forskere testede 307 patienter for tilstedeværelsen af ​​MPXV ved hjælp af real-time qPCR på hudlæsioner og afførings- og nasopharyngeale prøver mellem maj og juli 2022. Specifikt opnåede de 11 prøver af hudlæsioner, herunder fem på penis, seks på endetarmen og en på nasopharynx.

Det gennemsnitlige antal af rå NSG-aflæsninger er kortlagt til genomet GenBank-adgangsnummer. ON563414.3 var 44.615 pr. prøve med en gennemsnitlig sekventeringsdybde og en gennemsnitlig genomdækning på henholdsvis 48 ± 41 aflæsninger eller 98,0 ± 2,8 %. Holdet fandt ud af, at alle 18 MPXV-genomer opnået i denne undersøgelse tilhørte B.1-linjen af ​​gruppe III i henhold til WHO-klassifikationen, hvor to tilhørte B.1.1-underlinjen. Sammenlignet med reference-MPXV-genomet ON563414.3 var seks af de 18 genomer genetisk identiske, mens 12 havde mindst én mutation, og den gennemsnitlige nukleotididentitet mellem disse genomer var 99,8 ± 0,2 % ifølge parvise sammenligningsberegninger. Disse 18 genomer havde et gennemsnit på 3,3 ± 2,2 mutationer sammenlignet med ON563414.3.

Af de i alt 36 forskellige mutationer, der var til stede i mindst et af de 18 genomer, var 22 ikke-synonyme, mens 14 var synonyme. De 22 ikke-synonyme mutationer blev indlejret i 20 gener spredt langs MPXV-genomet. Disse 20 gener kodede for -

i) to ribonukleinsyre (RNA) polymeraseunderenheder;

ii) to tidlige transkriptionsfaktorunderenheder og en mellemliggende og en sen transkriptionsfaktor;

iii) et phospholipase D-lignende protein; Og

iv) fire ankyrin-gentagelsesholdige proteiner.

Med andre ord resulterede disse ikke-synonyme mutationer i aminosyreændringer i virale proteiner, der er kritiske for virionreplikation og morfogenese såvel som virus-vært-interaktioner. Fremtidige undersøgelser bør yderligere undersøge indflydelsen af ​​disse mutationer på funktionen af ​​disse proteiner og MPXV-replikationscyklussen.

En anden vigtig observation var en højere mutationshastighed end forventet for orthopoxvirus baseret på en tidligere vurdering, hvilket tyder på, at MPXV kan accelerere dets udvikling. Ifølge forfatterne kunne et højere antal mutationer mellem 66 og 73 aminosyrer i MPXV-genomerne sammenlignet med NC_063383.1-genomet opnået fra 304 humane prøver indsamlet i Nigeria i august 2018 skyldes virkningen af ​​apolipoprotein B mRNA-redigeringsfamilien af ​​katalytiske enzymer polyAPEC3.

Interessant nok opdagede forskerne også NGS-aflæsninger, der identificerede S. aureus- og S. pyogenes-sekvenser i de fleste MPX-virus-positive kliniske hudlæsioner. Disse to bakterier forårsager superinfektioner i MPXV tilfælde; Der er imidlertid behov for flere data for at fastslå forekomsten af ​​disse to bakterier i forbindelse med MPX-viruslæsioner.

WHO anbefaler kun, at hudlæsioner overvåges nøje for superinfektioner forbundet med cellulitis eller bylder. De anbefaler også superinfektionsbehandling med antibiotika, der er effektive mod methicillin-modtagelige S. aureus og S. pyogenes. Ligeledes anbefaler U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) antibiotikabehandling til personer med sekundære bakterielle hudinfektioner. Ikke desto mindre forårsagede bakterielle superinfektioner i hudlæsioner betydelig morbiditet i 2022 MPXV-udbruddet. Derfor kræves der i sådanne tilfælde tæt overvågning for rettidig administration af antibiotika.

Konklusioner

Undersøgelsen fremhæver behovet for tæt overvågning af flere aspekter af den genetiske udvikling og mutationsmønstre af MPXV-klader, der opstod i ikke-endemiske lande med 2022-udbruddet og har spredt sig globalt. For eksempel bør undersøgelser undersøge rollen af ​​gentab i MPXV-transmissibilitet og -replikation og den af ​​APOBEC3-enzymer i den øgede mutationshastighed observeret i MPXV-genomer.

Især ændres ekspressionen og deaminaseaktiviteten af ​​APOBEC3-enzymer i forskellige infektioner og cancere. Vigtigst af alt, ud over at sekventere og karakterisere MPXV-genomer, skal bakterielle patogener af hudsuperinfektioner også påvises.

*Vigtig BEMÆRK:bioRxiv udgiver foreløbige videnskabelige rapporter, der ikke er peer-reviewed og derfor ikke bør betragtes som afgørende, beregnet til at vejlede klinisk praksis/sundhedsrelateret adfærd eller behandles som etableret information.

Reference:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Colson, P. et al. (2022) „Die Sequenzierung des Monkeypox-Virus von infizierten Patienten zeigt virale Genome mit APOBEC3-ähnlicher Bearbeitung, Geninaktivierung und bakteriellen Erregern der Hautsuperinfektion.“ bioRxiv. doi: 10.1101/2022.09.26.509493. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.26.509493v1