DNA-metagenomiske analyser av kliniske prøver fra monkeypox virus-infiserte individer

DNA-metagenomiske analyser av kliniske prøver fra monkeypox virus-infiserte individer

I en fersk studie publisert i bioRxiv * Forskere analyserte monkeypox virus (MPXV) genomsekvenser fra 18 pasienter som fikk MPXV-infeksjon mellom 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

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

bakgrunn

MPXV har et dobbelttrådet deoksyribonukleinsyre (DNA) genom og tilhører familien Poxviridae-virus og slekten Orthopoxvirus. Verdens helseorganisasjon (WHO) har anerkjent tre virusgrupper, kalt én til tre, som inkluderer virus som dukket opp i 2017-2018-utbruddet (Nigeria) og de som er involvert i det nåværende transnasjonale utbruddet i 2022.

Fra og med 2022 har alle humane MPXV-infeksjoner importert fra Afrika sør for Sahara forekommet sporadisk i ikke-endemiske land. Tidligere fylogenetiske studier basert på MPXV-genomer publisert i Portugal og Frankrike i 2022 fant at disse virusene tilhører gruppe III og sannsynligvis har en enkelt opprinnelse. De epidemiologiske og kliniske egenskapene til den nåværende epidemien tyder også på at den er seksuelt overførbar.

I tillegg inkluderer disse virusene en avstamning kalt B.1 som dukket opp i Europa mellom november 2021 og mai 2022. B.1-avstamningen divergerte fra sin forfedres A.1-linje med omtrent 50 nukleotidsubstitusjoner, nesten ti ganger mer enn forventet.

Om studiet

I denne studien brukte forskere neste generasjons Illumina- og Nanopore-genomsekvenseringsteknologi (NGS) for å utføre DNA-metagenomiske analyser av kliniske prøver fra MPXV-infiserte individer. De oppnådde MPXV-genomer fra genitale hudlesjoner og rektale vattpinner fra 18 MPXV-infiserte pasienter.

Etterforskerne vurderte NGS for kliniske prøver med en kvantitativ revers transkriptase-polymerasekjedereaksjon (qRT-PCR) syklusterskel (CT) ≤25. Deretter utførte de metagenomiske analyser av alle NGS-kjøringer. I tillegg kartla de rå NGS-lesninger mot MPXV-genomet GenBank-aksessnummer. ON563414.3, et 197 205 basepars genom av MPXV samlet fra en pasientprøve i Massachusetts, USA, i mai 2022. Nextclade-verktøyet v1.6.0 bruker disse genomprøvene som B.1-referansegenom.

For fylogenetiske analyser innhentet teamet MPXV-genomer som ble deponert i databasen "Global Initiative on Sharing All Influenza Data" (GISAID) frem til 22. august 2022. De identifiserte mutasjoner som er felles for de i denne studien. Genomet GenBank-aksessnummer 412 NC_063383 og ON563414 ble lagt til for å rote det fylogenetiske treet. Nasjonalt organ for sikkerhet for legemidler og helseprodukter (ANSM) har godkjent NGS av MPXV-genomer.

Studieresultater

Forskere testet 307 pasienter for tilstedeværelsen av MPXV ved hjelp av sanntids-qPCR på hudlesjoner og prøver av avføring og nasofarynx mellom mai og juli 2022. Nærmere bestemt fikk de 11 prøver av hudlesjoner, inkludert fem på penis, seks på endetarmen og én på nasopharynx.

Gjennomsnittlig antall rå NSG-lesninger kartlagt til genomet GenBank-aksessnummer. ON563414.3 var 44 615 per prøve, med en gjennomsnittlig sekvenseringsdybde og gjennomsnittlig genomdekning på henholdsvis 48 ± 41 lesninger eller 98,0 ± 2,8 %. Teamet fant at alle 18 MPXV-genomene oppnådd i denne studien tilhørte B.1-linjen til gruppe III i henhold til WHO-klassifiseringen, med to som tilhørte B.1.1-sublinjen. Sammenlignet med referanse MPXV-genomet ON563414.3, var seks av de 18 genomene genetisk identiske, mens 12 hadde minst én mutasjon og gjennomsnittlig nukleotididentitet mellom disse genomene var 99,8 ± 0,2 % i henhold til parvise sammenligningsberegninger. Disse 18 genomene hadde et gjennomsnitt på 3,3 ± 2,2 mutasjoner sammenlignet med ON563414.3.

Av de totalt 36 forskjellige mutasjonene som var til stede i minst ett av de 18 genomene, var 22 ikke-synonyme mens 14 var synonyme. De 22 ikke-synonyme mutasjonene ble nestet i 20 gener spredt langs MPXV-genomet. Disse 20 genene kodet for -

i) to ribonukleinsyre (RNA) polymerase-underenheter;

ii) to tidlig transkripsjonsfaktorunderenheter og en mellomliggende og en sen transkripsjonsfaktor;

iii) et fosfolipase D-lignende protein; Og

iv) fire ankyrin-repetisjonsholdige proteiner.

Med andre ord, disse ikke-synonyme mutasjonene resulterte i aminosyreendringer i virale proteiner som er kritiske for virionreplikasjon og morfogenese så vel som virus-vert-interaksjoner. Fremtidige studier bør videre undersøke påvirkningen av disse mutasjonene på funksjonen til disse proteinene og MPXV-replikasjonssyklusen.

En annen viktig observasjon var en høyere mutasjonsrate enn forventet for ortopoksvirus basert på en tidligere vurdering, noe som tyder på at MPXV kan akselerere utviklingen. I følge forfatterne kan et høyere antall mutasjoner mellom 66 og 73 aminosyrer i MPXV-genomene sammenlignet med NC_063383.1-genomet oppnådd fra 304 humane prøver samlet i Nigeria i august 2018 skyldes effekten av apolipoprotein B mRNA-redigeringsfamilien av katalytisk enzym polypeptid3 (OB-EC3).

Interessant nok oppdaget forskerne også NGS-lesninger som identifiserte S. aureus- og S. pyogenes-sekvenser i de fleste MPX-virus-positive kliniske hudlesjonsprøver. Disse to bakteriene forårsaker superinfeksjoner i MPXV-tilfeller; Imidlertid er flere data nødvendig for å fastslå forekomsten av disse to bakteriene i forbindelse med MPX-viruslesjoner.

WHO anbefaler kun at hudlesjoner overvåkes nøye for superinfeksjoner assosiert med cellulitt eller abscesser. De anbefaler også superinfeksjonsbehandling med antibiotika som er effektive mot meticillinfølsomme S. aureus og S. pyogenes. På samme måte anbefaler U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) antibiotikabehandling for personer med sekundære bakterielle hudinfeksjoner. Ikke desto mindre forårsaket bakterielle superinfeksjoner i hudlesjoner betydelig sykelighet i MPXV-utbruddet i 2022. Derfor er det i slike tilfeller nødvendig med nøye overvåking for rettidig administrering av antibiotika.

Konklusjoner

Studien fremhever behovet for tett overvåking av flere aspekter av den genetiske evolusjonen og mutasjonsmønstrene til MPXV-klader som dukket opp i ikke-endemiske land med 2022-utbruddet og har spredt seg globalt. For eksempel bør studier undersøke rollen til gentap i MPXV-overførbarhet og -replikasjon og den til APOBEC3-enzymer i den økte mutasjonshastigheten observert i MPXV-genomer.

Spesielt endres uttrykket og deaminaseaktiviteten til APOBEC3-enzymer i forskjellige infeksjoner og kreftformer. Viktigst, i tillegg til å sekvensere og karakterisere MPXV-genomer, må bakteriepatogener av hudsuperinfeksjoner også oppdages.

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

Referanse:

• 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