DNA metagenomske analize kliničnih vzorcev posameznikov, okuženih z virusom opičjih koz

DNA metagenomske analize kliničnih vzorcev posameznikov, okuženih z virusom opičjih koz

V nedavni študiji, objavljeni v bioRxiv * Raziskovalci so analizirali sekvence genoma virusa opičjih koz (MPXV), pridobljene pri 18 bolnikih, ki so se okužili z MPXV med junijem in julijem 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

*Pomembna OPOMBA:bioRxiv objavlja predhodna znanstvena poročila, ki niso strokovno pregledana in se zato ne bi smela šteti za dokončna, namenjena usmerjanju klinične prakse/vedenja v zvezi z zdravjem ali jih obravnavati kot uveljavljene informacije.

ozadje

MPXV ima dvoverižni genom deoksiribonukleinske kisline (DNA) in spada v družino virusov Poxviridae in rod Orthopoxviruses. Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) je priznala tri skupine virusov, imenovane od ena do tri, ki vključujejo viruse, ki so se pojavili v izbruhu 2017–2018 (Nigerija), in tiste, ki so bili vključeni v trenutni transnacionalni izbruh leta 2022.

Od leta 2022 so se vse okužbe z MPXV pri ljudeh, uvožene iz podsaharske Afrike, sporadično pojavljale v neendemičnih državah. Prejšnje filogenetske študije na podlagi genomov MPXV, objavljene na Portugalskem in v Franciji leta 2022, so pokazale, da ti virusi spadajo v skupino III in imajo verjetno en sam izvor. Tudi epidemiološke in klinične značilnosti sedanje epidemije kažejo na spolno prenosljivost.

Poleg tega ti virusi vključujejo linijo, imenovano B.1, ki se je v Evropi pojavila med novembrom 2021 in majem 2022. Linija B.1 se je od prednikov A.1 ločila s približno 50 zamenjavami nukleotidov, kar je skoraj desetkrat več, kot je bilo pričakovano.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci uporabili tehnologijo zaporedja genoma Illumina in Nanopore (NGS) naslednje generacije za izvedbo metagenomskih analiz DNK kliničnih vzorcev posameznikov, okuženih z MPXV. Pridobili so genome MPXV iz genitalnih kožnih lezij in rektalnih brisov 18 bolnikov, okuženih z MPXV.

Raziskovalci so upoštevali NGS za klinične vzorce s pragom cikla kvantitativne reverzne transkriptaze-polimerazne verižne reakcije (qRT-PCR) (CT) ≤25. Nato so izvedli metagenomske analize vseh NGS. Poleg tega so preslikali neobdelane odčitke NGS glede na pristopno številko GenBank genoma MPXV. ON563414.3, genom MPXV s 197.205 baznimi pari, zbran iz vzorca bolnika v Massachusettsu v ZDA maja 2022. Orodje Nextclade v1.6.0 uporablja te vzorce genoma kot referenčni genom B.1.

Za filogenetske analize je ekipa pridobila genome MPXV, ki so bili do 22. avgusta 2022 deponirani v zbirki podatkov »Global Initiative on Sharing All Influenza Data« (GISAID). Identificirali so mutacije, ki so skupne tistim v tej študiji. Pristopni številki Genoma GenBank 412 NC_063383 in ON563414 sta bili dodani za ukoreninjenje filogenetskega drevesa. Nacionalna agencija za varnost zdravil in zdravstvenih izdelkov (ANSM) je odobrila NGS genomov MPXV.

Rezultati študije

Raziskovalci so testirali 307 bolnikov na prisotnost MPXV z uporabo qPCR v realnem času na kožnih lezijah ter vzorcih blata in nazofarinksa med majem in julijem 2022. Natančneje, pridobili so 11 vzorcev kožnih lezij, vključno s petimi na penisu, šestimi na danki in enim na nazofarinksu.

Povprečno število neobdelanih branj NSG, preslikanih na pristopno številko GenBank genoma. ON563414.3 je bil 44.615 na vzorec, s povprečno globino sekvenciranja in povprečno pokritostjo genoma 48 ± 41 odčitkov oziroma 98,0 ± 2,8 %. Skupina je ugotovila, da je vseh 18 genomov MPXV, pridobljenih v tej študiji, pripadalo liniji B.1 skupine III po klasifikaciji WHO, pri čemer sta dva pripadala podliniji B.1.1. V primerjavi z referenčnim genomom MPXV ON563414.3 je bilo šest od 18 genomov genetsko identičnih, medtem ko jih je imelo 12 vsaj eno mutacijo, povprečna identičnost nukleotidov med temi genomi pa je bila glede na izračune primerjave parov 99,8 ± 0,2 %. Teh 18 genomov je imelo povprečno 3,3 ± 2,2 mutacije v primerjavi z ON563414.3.

Od skupaj 36 različnih mutacij, ki so bile prisotne v vsaj enem od 18 genomov, jih je bilo 22 nesinonimnih, medtem ko je bilo 14 sinonimnih. 22 nesinonimnih mutacij je bilo ugnezdenih v 20 genih, razpršenih vzdolž genoma MPXV. Teh 20 genov kodira –

i) dve podenoti polimeraze ribonukleinske kisline (RNA);

ii) dve podenoti zgodnjega transkripcijskega faktorja ter en vmesni in en pozni transkripcijski faktor;

iii) fosfolipazi D podoben protein; in

iv) štirje proteini, ki vsebujejo ankirinske ponovitve.

Z drugimi besedami, te nesinonimne mutacije so povzročile spremembe aminokislin v virusnih proteinih, ki so kritične za replikacijo viriona in morfogenezo ter interakcije med virusom in gostiteljem. Prihodnje študije bi morale nadalje raziskati vpliv teh mutacij na delovanje teh proteinov in cikel replikacije MPXV.

Druga pomembna ugotovitev je bila višja stopnja mutacije od pričakovane za ortopoksviruse na podlagi prejšnje ocene, kar kaže, da lahko MPXV pospeši njegov razvoj. Po mnenju avtorjev je lahko večje število mutacij med 66 in 73 aminokislinami v genomih MPXV v primerjavi z genomom NC_063383.1, pridobljenim iz 304 človeških vzorcev, zbranih v Nigeriji avgusta 2018, posledica učinka družine urejanja mRNA apolipoproteina B katalitičnih polipeptidom podobnih encimov (APOBEC3).

Zanimivo je, da so raziskovalci odkrili tudi odčitke NGS, ki so identificirali zaporedja S. aureus in S. pyogenes v večini kliničnih vzorcev kožnih lezij, pozitivnih na virus MPX. Ti dve bakteriji povzročata superinfekcije v primerih MPXV; Vendar je potrebnih več podatkov za ugotovitev razširjenosti teh dveh bakterij v povezavi z lezijami virusa MPX.

Svetovna zdravstvena organizacija priporoča le natančno spremljanje kožnih lezij glede superinfekcij, povezanih s celulitisom ali abscesi. Priporočajo tudi zdravljenje superinfekcije z antibiotiki, učinkovitimi proti za meticilin občutljivi S. aureus in S. pyogenes. Podobno ameriški centri za nadzor in preprečevanje bolezni (CDC) priporočajo zdravljenje z antibiotiki za ljudi s sekundarnimi bakterijskimi okužbami kože. Kljub temu so bakterijske superinfekcije v kožnih lezijah povzročile znatno obolevnost v izbruhu MPXV leta 2022. Zato je v takšnih primerih potrebno natančno spremljanje za pravočasno dajanje antibiotikov.

Sklepi

Študija poudarja potrebo po natančnem spremljanju več vidikov genetske evolucije in vzorcev mutacije klasov MPXV, ki so se pojavili v neendemičnih državah z izbruhom leta 2022 in so se razširili po vsem svetu. Študije bi morale na primer preučiti vlogo izgube genov pri prenosljivosti in replikaciji MPXV ter vlogo encimov APOBEC3 pri povečani stopnji mutacije, opaženi v genomih MPXV.

Zlasti se izražanje in aktivnost deaminaze encimov APOBEC3 spreminjata pri različnih okužbah in rakih. Najpomembneje je, da je treba poleg sekvenciranja in karakterizacije genomov MPXV odkriti tudi bakterijske povzročitelje kožnih superinfekcij.

*Pomembna OPOMBA:bioRxiv objavlja predhodna znanstvena poročila, ki niso strokovno pregledana in se zato ne bi smela šteti za dokončna, namenjena usmerjanju klinične prakse/vedenja v zvezi z zdravjem ali jih obravnavati kot uveljavljene informacije.

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