DNA-metagenomiska analyser av kliniska prover från appoxvirusinfekterade individer

DNA-metagenomiska analyser av kliniska prover från appoxvirusinfekterade individer

I en nyligen publicerad studie publicerad i bioRxiv * Forskare analyserade genomsekvenser från appoxvirus (MPXV) från 18 patienter som fick MPXV-infektion mellan juni och 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 OBS:bioRxiv publicerar preliminära vetenskapliga rapporter som inte är peer-reviewed och därför inte ska anses vara avgörande, avsedda att vägleda klinisk praxis/hälsorelaterat beteende eller behandlas som etablerad information.

bakgrund

MPXV har ett dubbelsträngat deoxiribonukleinsyra (DNA) genom och tillhör familjen Poxviridae-virus och släktet Orthopoxvirus. Världshälsoorganisationen (WHO) har erkänt tre virusgrupper, namngivna en till tre, som inkluderar virus som dök upp under utbrottet 2017-2018 (Nigeria) och de som är involverade i det nuvarande transnationella utbrottet 2022.

Från och med 2022 har alla humana MPXV-infektioner som importerats från Afrika söder om Sahara inträffat sporadiskt i icke-endemiska länder. Tidigare fylogenetiska studier baserade på MPXV-genom publicerade i Portugal och Frankrike 2022 fann att dessa virus tillhör grupp III och sannolikt har ett enda ursprung. De epidemiologiska och kliniska egenskaperna hos den nuvarande epidemin tyder också på att den är sexuellt överförbar.

Dessutom inkluderar dessa virus en härstamning som kallas B.1 som dök upp i Europa mellan november 2021 och maj 2022. B.1-linjen avvek från sin släktlinje A.1 med cirka 50 nukleotidsubstitutioner, nästan tio gånger mer än förväntat.

Om studien

I den aktuella studien använde forskare nästa generations Illumina- och Nanopore-genomsekvenseringsteknik (NGS) för att utföra DNA-metagenomiska analyser av kliniska prover från MPXV-infekterade individer. De erhöll MPXV-genom från genital hudskador och rektalpinnar från 18 MPXV-infekterade patienter.

Utredarna övervägde NGS för kliniska prover med en kvantitativ omvänd transkriptas-polymeraskedjereaktion (qRT-PCR) cykeltröskel (CT) ≤25. Därefter utförde de metagenomiska analyser av alla NGS-körningar. Dessutom kartlade de rå NGS-läsning mot MPXV-genomet GenBank-accessionsnummer. ON563414.3, ett genom av MPXV på 197 205 baspar som samlats in från ett patientprov i Massachusetts, USA, i maj 2022. Nextclade-verktyget v1.6.0 använder dessa genomprover som B.1-referensgenom.

För fylogenetiska analyser erhöll teamet MPXV-genom som deponerades i databasen "Global Initiative on Sharing All Influenza Data" (GISAID) fram till den 22 augusti 2022. De identifierade mutationer som är gemensamma för dem i denna studie. Genomet GenBank accessionsnummer 412 NC_063383 och ON563414 lades till för att rota det fylogenetiska trädet. National Agency for Medicines and Healthcare products Safety (ANSM) har godkänt NGS av MPXV-genom.

Studieresultat

Forskare testade 307 patienter för förekomsten av MPXV med hjälp av realtids-qPCR på hudskador och avförings- och nasofarynxprover mellan maj och juli 2022. Specifikt fick de 11 prover av hudskador, inklusive fem på penis, sex på ändtarmen och en på nasofarynx.

Det genomsnittliga antalet obearbetade NSG-läsningar mappade till genomet GenBank-accessionsnummer. ON563414.3 var 44 615 per prov, med ett genomsnittligt sekvenseringsdjup och en genomsnittlig genomtäckning på 48 ± 41 avläsningar eller 98,0 ± 2,8 %. Teamet fann att alla 18 MPXV-genom som erhölls i denna studie tillhörde B.1-linjen i grupp III enligt WHO-klassificeringen, varav två tillhörde B.1.1-subline-linjen. Jämfört med referens MPXV-genomet ON563414.3 var sex av de 18 genomen genetiskt identiska, medan 12 hade minst en mutation och den genomsnittliga nukleotididentiteten mellan dessa genom var 99,8 ± 0,2 % enligt parvisa jämförelseberäkningar. Dessa 18 genom hade i genomsnitt 3,3 ± 2,2 mutationer jämfört med ON563414.3.

Av de totalt 36 olika mutationerna som fanns i åtminstone ett av de 18 genomen, var 22 icke-synonyma medan 14 var synonyma. De 22 icke-synonyma mutationerna kapslades i 20 gener utspridda längs MPXV-genomet. Dessa 20 gener kodade för -

i) två ribonukleinsyra (RNA) polymerassubenheter;

ii) två tidiga transkriptionsfaktorsubenheter och en intermediär och en sen transkriptionsfaktor;

iii) ett fosfolipas D-liknande protein; Och

iv) fyra ankyrinupprepningsinnehållande proteiner.

Med andra ord resulterade dessa icke-synonyma mutationer i aminosyraförändringar i virala proteiner som är kritiska för virionreplikation och morfogenes såväl som virus-värdinteraktioner. Framtida studier bör ytterligare undersöka inverkan av dessa mutationer på funktionen av dessa proteiner och MPXV-replikationscykeln.

En annan viktig observation var en högre mutationshastighet än förväntat för ortopoxvirus baserat på en tidigare bedömning, vilket tyder på att MPXV kan påskynda dess utveckling. Enligt författarna kan ett högre antal mutationer mellan 66 och 73 aminosyror i MPXV-genomet jämfört med NC_063383.1-genomet erhållet från 304 mänskliga prover insamlade i Nigeria i augusti 2018 bero på effekten av apolipoprotein B mRNA-redigeringsfamiljen av katalytiska enzymer polyAP-EC3 (polyAP-EC3).

Intressant nog upptäckte forskarna också NGS-läsningar som identifierade S. aureus- och S. pyogenes-sekvenser i de flesta MPX-viruspositiva kliniska hudskador. Dessa två bakterier orsakar superinfektioner i MPXV-fall; Mer data behövs dock för att fastställa förekomsten av dessa två bakterier i samband med MPX-virusskador.

WHO rekommenderar endast att hudskador övervakas noggrant för superinfektioner associerade med cellulit eller abscesser. De rekommenderar även superinfektionsbehandling med antibiotika som är effektiva mot meticillinkänsliga S. aureus och S. pyogenes. På samma sätt rekommenderar U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) antibiotikabehandling för personer med sekundära bakteriella hudinfektioner. Ändå orsakade bakteriella superinfektioner i hudskador betydande sjuklighet i 2022 MPXV-utbrottet. Därför, i sådana fall, krävs noggrann övervakning för att administrera antibiotika i tid.

Slutsatser

Studien belyser behovet av noggrann övervakning av flera aspekter av den genetiska utvecklingen och mutationsmönstren för MPXV-klad som uppstod i icke-endemiska länder med 2022-utbrottet och som har spridit sig globalt. Till exempel bör studier undersöka rollen av genförluster i MPXV-transmissibilitet och replikation och den för APOBEC3-enzymer i den ökade mutationshastigheten som observeras i MPXV-genom.

I synnerhet förändras uttrycket och deaminasaktiviteten hos APOBEC3-enzymer i olika infektioner och cancer. Viktigast av allt, förutom att sekvensera och karakterisera MPXV-genom, behöver bakteriella patogener av hudsuperinfektioner också upptäckas.

*Viktig OBS:bioRxiv publicerar preliminära vetenskapliga rapporter som inte är peer-reviewed och därför inte ska anses vara avgörande, avsedda att vägleda klinisk praxis/hälsorelaterat beteende eller behandlas som etablerad information.

Hänvisning:

• 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