DNA metagenomske analize kliničkih uzoraka pojedinaca zaraženih virusom majmunskih boginja

DNA metagenomske analize kliničkih uzoraka pojedinaca zaraženih virusom majmunskih boginja

U nedavnoj studiji objavljenoj u bioRxiv * Istraživači su analizirali sekvence genoma virusa majmunskih boginja (MPXV) dobivene od 18 pacijenata koji su dobili MPXV infekciju između lipnja i srpnja 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

*Važna NAPOMENA:bioRxiv objavljuje preliminarna znanstvena izvješća koja nisu recenzirana i stoga se ne bi trebala smatrati uvjerljivima, namijenjena usmjeravanju kliničke prakse/ponašanja u vezi sa zdravljem, niti ih treba tretirati kao utvrđenu informaciju.

pozadina

MPXV ima dvolančani genom deoksiribonukleinske kiseline (DNK) i pripada obitelji Poxviridae virusa i rodu Orthopoxviruses. Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) prepoznala je tri skupine virusa, imenovane od jedan do tri, koje uključuju viruse koji su se pojavili u izbijanju 2017.-2018. (Nigerija) i one koji su uključeni u trenutno transnacionalno izbijanje 2022. godine.

Od 2022. sve ljudske infekcije MPXV-om uvezene iz podsaharske Afrike sporadično su se javljale u neendemskim zemljama. Prethodne filogenetske studije temeljene na genomima MPXV objavljene u Portugalu i Francuskoj 2022. otkrile su da ovi virusi pripadaju skupini III i da vjerojatno imaju jedno podrijetlo. Epidemiološke i kliničke karakteristike aktualne epidemije također upućuju na spolno prenosivu bolest.

Osim toga, ovi virusi uključuju lozu nazvanu B.1 koja se pojavila u Europi između studenog 2021. i svibnja 2022. Loza B.1 odvojila se od svoje predačke loze A.1 za približno 50 zamjena nukleotida, gotovo deset puta više od očekivanog.

O studiju

U ovoj studiji istraživači su koristili Illumina i Nanopore tehnologiju sekvenciranja genoma (NGS) sljedeće generacije za izvođenje DNK metagenomskih analiza kliničkih uzoraka pojedinaca zaraženih MPXV-om. Dobili su genome MPXV iz genitalnih kožnih lezija i rektalnih briseva od 18 pacijenata zaraženih MPXV-om.

Istraživači su razmatrali NGS za kliničke uzorke s pragom ciklusa (CT) kvantitativne reverzne transkriptaze-polimeraze (qRT-PCR) ≤25. Zatim su izvršili metagenomske analize svih NGS serija. Osim toga, mapirali su sirova očitavanja NGS-a prema pristupnom broju GenBank genoma MPXV. ON563414.3, genom MPXV od 197 205 parova baza prikupljen iz uzorka pacijenata u Massachusettsu, SAD, u svibnju 2022. Alat Nextclade v1.6.0 koristi ove uzorke genoma kao referentni genom B.1.

Za filogenetske analize, tim je dobio genome MPXV koji su bili pohranjeni u bazi podataka “Globalne inicijative o dijeljenju svih podataka o gripi” (GISAID) do 22. kolovoza 2022. Identificirali su mutacije zajedničke onima u ovoj studiji. Pristupni brojevi Genoma GenBank 412 NC_063383 i ON563414 dodani su za korijen filogenetskog stabla. Nacionalna agencija za sigurnost lijekova i zdravstvenih proizvoda (ANSM) odobrila je NGS MPXV genoma.

Rezultati studije

Istraživači su testirali 307 pacijenata na prisutnost MPXV-a koristeći qPCR u stvarnom vremenu na kožnim lezijama i uzorcima stolice i nazofarinksa između svibnja i srpnja 2022. Točnije, dobili su 11 uzoraka kožnih lezija, uključujući pet na penisu, šest na rektumu i jedan na nazofarinksu.

Srednji broj neobrađenih očitavanja NSG-a mapiranih na pristupni broj GenBank genoma. ON563414.3 iznosio je 44 615 po uzorku, sa srednjom dubinom sekvenciranja i srednjom pokrivenošću genoma od 48 ± 41 čitanja ili 98,0 ± 2,8%, redom. Tim je otkrio da svih 18 MPXV genoma dobivenih u ovoj studiji pripada B.1 lozi grupe III prema WHO klasifikaciji, s dva koja pripadaju B.1.1 podlozi. U usporedbi s referentnim MPXV genomom ON563414.3, šest od 18 genoma bilo je genetski identično, dok je 12 imalo barem jednu mutaciju, a srednja identičnost nukleotida između ovih genoma bila je 99,8 ± 0,2% prema izračunima usporedbe parova. Ovih 18 genoma imalo je prosječno 3,3 ± 2,2 mutacije u usporedbi s ON563414.3.

Od ukupno 36 različitih mutacija koje su bile prisutne u barem jednom od 18 genoma, 22 su bile nesinonimne dok je 14 bilo sinonimno. 22 nesinonimne mutacije ugniježđene su u 20 gena razasutih duž genoma MPXV. Tih 20 gena kodira –

i) dvije podjedinice polimeraze ribonukleinske kiseline (RNA);

ii) dvije podjedinice ranog transkripcijskog faktora i jedan intermedijarni i jedan kasni transkripcijski faktor;

iii) protein sličan fosfolipazi D; I

iv) četiri proteina koja sadrže ponavljanje ankirina.

Drugim riječima, ove nesinonimne mutacije rezultirale su promjenama aminokiselina u virusnim proteinima koje su kritične za replikaciju viriona i morfogenezu, kao i interakcije virus-domaćin. Buduće studije trebale bi dodatno istražiti utjecaj ovih mutacija na funkciju ovih proteina i ciklus replikacije MPXV.

Drugo važno zapažanje bila je viša stopa mutacije od očekivane za ortopoksviruse na temelju prethodne procjene, što sugerira da MPXV može ubrzati njegovu evoluciju. Prema autorima, veći broj mutacija između 66 i 73 aminokiseline u genomima MPXV u usporedbi s genomom NC_063383.1 dobivenim iz 304 ljudska uzorka prikupljenih u Nigeriji u kolovozu 2018. mogao bi biti posljedica učinka obitelji za uređivanje mRNA apolipoproteina B katalitičkih enzima sličnih polipeptidima (APOBEC3).

Zanimljivo, istraživači su također otkrili NGS očitavanja koja identificiraju sekvence S. aureus i S. pyogenes u većini kliničkih uzoraka kožnih lezija pozitivnih na MPX virus. Ove dvije bakterije uzrokuju superinfekcije u slučajevima MPXV; Međutim, potrebno je više podataka kako bi se utvrdila prevalencija ovih dviju bakterija u vezi s MPX virusnim lezijama.

WHO samo preporučuje da se kožne lezije pomno prate zbog superinfekcija povezanih s celulitisom ili apscesima. Oni također preporučuju liječenje superinfekcije antibioticima koji su učinkoviti protiv S. aureus i S. pyogenes osjetljivih na meticilin. Isto tako, američki centri za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) preporučuju liječenje antibioticima za osobe sa sekundarnim bakterijskim infekcijama kože. Unatoč tome, bakterijske superinfekcije u lezijama kože uzrokovale su značajan morbiditet u izbijanju MPXV 2022. Stoga je u takvim slučajevima potrebno pažljivo praćenje radi pravovremene primjene antibiotika.

Zaključci

Studija naglašava potrebu za pomnim praćenjem višestrukih aspekata genetske evolucije i obrazaca mutacije klada MPXV koji su se pojavili u neendemskim zemljama s izbijanjem 2022. i proširili se globalno. Na primjer, studije bi trebale ispitati ulogu gubitaka gena u prijenosu i replikaciji MPXV i enzima APOBEC3 u povećanoj stopi mutacije uočenoj u genomima MPXV.

Konkretno, ekspresija i aktivnost deaminaze enzima APOBEC3 mijenja se kod raznih infekcija i karcinoma. Ono što je najvažnije, osim sekvencioniranja i karakterizacije MPXV genoma, potrebno je otkriti i bakterijske patogene kožnih superinfekcija.

*Važna NAPOMENA:bioRxiv objavljuje preliminarna znanstvena izvješća koja nisu recenzirana i stoga se ne bi trebala smatrati uvjerljivima, namijenjena usmjeravanju kliničke prakse/ponašanja u vezi sa zdravljem, niti ih treba tretirati kao utvrđenu informaciju.

Referenca:

• 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