Metagenomické analýzy DNA klinických vzoriek od jedincov infikovaných vírusom opičích kiahní

Metagenomické analýzy DNA klinických vzoriek od jedincov infikovaných vírusom opičích kiahní

V nedávnej štúdii publikovanej v bioRxiv * Výskumníci analyzovali genómové sekvencie vírusu opičích kiahní (MPXV) získané od 18 pacientov, ktorí získali infekciu MPXV v období od júna do júla 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

*Dôležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje predbežné vedecké správy, ktoré nie sú recenzované odborníkmi, a preto by sa nemali považovať za presvedčivé, určené na usmernenie klinickej praxe/správania súvisiaceho so zdravím, alebo by sa s nimi nemalo zaobchádzať ako s overenými informáciami.

pozadia

MPXV má genóm dvojvláknovej deoxyribonukleovej kyseliny (DNA) a patrí do čeľade vírusov Poxviridae a rodu Orthopoxviruses. Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) rozpoznala tri skupiny vírusov, pomenované jedna až tri, medzi ktoré patria vírusy, ktoré sa objavili pri prepuknutí v rokoch 2017 – 2018 (Nigéria) a vírusy zapojené do súčasného nadnárodného prepuknutia v roku 2022.

Od roku 2022 sa všetky ľudské infekcie MPXV dovezené zo subsaharskej Afriky vyskytli sporadicky v neendemických krajinách. Predchádzajúce fylogenetické štúdie založené na genómoch MPXV publikované v Portugalsku a Francúzsku v roku 2022 zistili, že tieto vírusy patria do skupiny III a pravdepodobne majú jediný pôvod. Epidemiologické a klinické charakteristiky súčasnej epidémie tiež naznačujú, že je sexuálne prenosná.

Okrem toho tieto vírusy zahŕňajú líniu nazývanú B.1, ktorá sa objavila v Európe medzi novembrom 2021 a májom 2022. Línia B.1 sa od svojej rodovej línie A.1 líšila približne 50 nukleotidovými substitúciami, čo je takmer desaťkrát viac, ako sa očakávalo.

O štúdiu

V tejto štúdii výskumníci použili technológie sekvenovania genómu Illumina a Nanopore (NGS) novej generácie na vykonanie metagenomických analýz DNA klinických vzoriek od jedincov infikovaných MPXV. Získali genómy MPXV z genitálnych kožných lézií a rektálnych výterov od 18 pacientov infikovaných MPXV.

Výskumníci zvážili NGS pre klinické vzorky s prahom cyklu kvantitatívnej reverznej transkriptázy-polymerázovej reťazovej reakcie (qRT-PCR) (CT) ≤25. Ďalej vykonali metagenomické analýzy všetkých cyklov NGS. Okrem toho mapovali nespracované hodnoty NGS oproti prírastkovému číslu GenBank genómu MPXV. ON563414.3, 197 205 párov báz genómu MPXV odobratý zo vzorky pacienta v Massachusetts, USA, v máji 2022. Nástroj Nextclade v1.6.0 používa tieto vzorky genómu ako referenčný genóm B.1.

Pre fylogenetické analýzy tím získal genómy MPXV, ktoré boli uložené v databáze „Global Initiative on Sharing All Influenza Data“ (GISAID) do 22. augusta 2022. Identifikovali mutácie spoločné s mutáciami v tejto štúdii. Na zakorenenie fylogenetického stromu boli pridané genómové prírastkové čísla GenBank 412 NC_063383 a ON563414. Národná agentúra pre bezpečnosť liekov a zdravotníckych produktov (ANSM) schválila NGS genómov MPXV.

Výsledky štúdie

Výskumníci testovali 307 pacientov na prítomnosť MPXV pomocou qPCR v reálnom čase na kožných léziách a vzorkách stolice a nosohltanu v období od mája do júla 2022. Konkrétne získali 11 vzoriek kožných lézií, vrátane piatich na penise, šiestich na konečníku a jednej na nosohltane.

Priemerný počet nespracovaných čítaní NSG mapovaných na prírastkové číslo genómu GenBank. ON563414.3 bola 44 615 na vzorku, s priemernou hĺbkou sekvenovania a priemerným pokrytím genómu 48 ± 41 čítaní alebo 98,0 ± 2,8 %, v tomto poradí. Tím zistil, že všetkých 18 genómov MPXV získaných v tejto štúdii patrilo do línie B.1 skupiny III podľa klasifikácie WHO, pričom dva patrili do podlínie B.1.1. V porovnaní s referenčným MPXV genómom ON563414.3 bolo šesť z 18 genómov geneticky identických, zatiaľ čo 12 malo aspoň jednu mutáciu a priemerná nukleotidová identita medzi týmito genómami bola 99,8 ± 0,2 % podľa párových porovnávacích výpočtov. Týchto 18 genómov malo v priemere 3,3 ± 2,2 mutácií v porovnaní s ON563414.3.

Z celkového počtu 36 rôznych mutácií, ktoré boli prítomné aspoň v jednom z 18 genómov, bolo 22 nesynonymných, zatiaľ čo 14 bolo synonymných. 22 nesynonymných mutácií bolo vnorených do 20 génov roztrúsených pozdĺž genómu MPXV. Týchto 20 génov zakódovaných –

i) dve podjednotky polymerázy ribonukleovej kyseliny (RNA);

ii) dve podjednotky skorého transkripčného faktora a jeden stredný a jeden neskorý transkripčný faktor;

iii) proteín podobný fosfolipáze D; A

iv) štyri proteíny obsahujúce repetíciu ankyrínu.

Inými slovami, tieto nesynonymné mutácie viedli k zmenám aminokyselín vo vírusových proteínoch, ktoré sú kritické pre replikáciu a morfogenézu viriónov, ako aj interakcie vírus-hostiteľ. Budúce štúdie by mali ďalej skúmať vplyv týchto mutácií na funkciu týchto proteínov a replikačný cyklus MPXV.

Ďalším dôležitým pozorovaním bola vyššia miera mutácií, ako sa očakávalo pre ortopoxvírusy na základe predchádzajúceho hodnotenia, čo naznačuje, že MPXV môže urýchliť jeho vývoj. Podľa autorov by vyšší počet mutácií medzi 66 a 73 aminokyselinami v genómoch MPXV v porovnaní s genómom NC_063383.1 získaným z 304 ľudských vzoriek odobratých v Nigérii v auguste 2018 mohol byť spôsobený účinkom rodiny katalytických enzýmov podobných polypeptidom apolipoproteínu B na úpravu mRNA (polypeptide-like enzýmy).

Je zaujímavé, že vedci tiež objavili hodnoty NGS, ktoré identifikovali sekvencie S. aureus a S. pyogenes vo väčšine vzoriek klinických kožných lézií pozitívnych na MPX vírus. Tieto dve baktérie spôsobujú superinfekcie v prípadoch MPXV; Na stanovenie prevalencie týchto dvoch baktérií v spojení s léziami vírusu MPX je však potrebných viac údajov.

WHO len odporúča, aby sa pri kožných léziách pozorne sledovali superinfekcie spojené s celulitídou alebo abscesmi. Odporúčajú aj superinfekčnú liečbu antibiotikami účinnými proti meticilín citlivým S. aureus a S. pyogenes. Podobne aj Americké centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) odporúčajú liečbu antibiotikami pre ľudí so sekundárnymi bakteriálnymi infekciami kože. Bakteriálne superinfekcie v kožných léziách však spôsobili významnú chorobnosť pri vypuknutí MPXV v roku 2022. Preto je v takýchto prípadoch potrebné dôkladné sledovanie pre včasné podanie antibiotík.

Závery

Štúdia zdôrazňuje potrebu dôkladného monitorovania viacerých aspektov genetického vývoja a mutačných vzorcov kladov MPXV, ktoré sa objavili v neendemických krajinách s vypuknutím v roku 2022 a rozšírili sa po celom svete. Štúdie by mali napríklad skúmať úlohu strát génov v prenose a replikácii MPXV a úlohu enzýmov APOBEC3 pri zvýšenej miere mutácií pozorovanej v genómoch MPXV.

Najmä expresia a deaminázová aktivita enzýmov APOBEC3 sa mení pri rôznych infekciách a rakovinách. Najdôležitejšie je, že okrem sekvenovania a charakterizácie MPXV genómov je potrebné odhaliť aj bakteriálne patogény kožných superinfekcií.

*Dôležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje predbežné vedecké správy, ktoré nie sú recenzované odborníkmi, a preto by sa nemali považovať za presvedčivé, určené na usmernenie klinickej praxe/správania súvisiaceho so zdravím, alebo by sa s nimi nemalo zaobchádzať ako s overenými informáciami.

Referencia:

• 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