猴痘病毒感染者临床样本的 DNA 宏基因组分析

猴痘病毒感染者临床样本的 DNA 宏基因组分析

在最近发表的一项研究中 生物Rxiv * 研究人员分析了从 2022 年 6 月至 7 月期间感染 MPXV 的 18 名患者获得的猴痘病毒 (MPXV) 基因组序列。

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

*重要提示：bioRxiv 发布未经同行评审的初步科学报告，因此不应被视为结论性报告，旨在指导临床实践/健康相关行为，或被视为既定信息。

背景

MPXV 具有双链脱氧核糖核酸 (DNA) 基因组，属于痘病毒科和正痘病毒属。 世界卫生组织 (WHO) 已确认了三个病毒组，分别命名为一到三，其中包括 2017-2018 年疫情（尼日利亚）中出现的病毒以及当前 2022 年跨国疫情中涉及的病毒。

截至 2022 年，所有从撒哈拉以南非洲输入的人类 MPXV 感染均在非流行国家零星发生。 此前基于 2022 年在葡萄牙和法国发表的 MPXV 基因组的系统发育研究发现，这些病毒属于 III 组，并且很可能具有单一起源。 当前疫情的流行病学和临床特征也提示其具有性传播途径。

此外，这些病毒包括一种名为 B.1 的谱系，于 2021 年 11 月至 2022 年 5 月期间在欧洲出现。B.1 谱系与其祖先 A.1 谱系的差异约为 50 个核苷酸取代，几乎是预期的十倍。

关于该研究

在本研究中，研究人员使用下一代 Illumina 和 Nanopore 基因组测序 (NGS) 技术对 MPXV 感染个体的临床样本进行 DNA 宏基因组分析。 他们从 18 名 MPXV 感染患者的生殖器皮肤病变和直肠拭子中获得了 MPXV 基因组。

研究人员考虑对定量逆转录酶聚合酶链反应 (qRT-PCR) 循环阈值 (CT) ≤ 25 的临床样本进行 NGS。 接下来，他们对所有 NGS 运行进行了宏基因组分析。 此外，他们还根据 MPXV 基因组 GenBank 登录号绘制了原始 NGS 读数图。 ON563414.3，2022 年 5 月从美国马萨诸塞州患者样本中收集的 MPXV 基因组，包含 197,205 个碱基对。Nextclade 工具 v1.6.0 使用这些基因组样本作为 B.1 参考基因组。

为了进行系统发育分析，研究小组获得了 MPXV 基因组，这些基因组一直保存在“共享所有流感数据全球倡议”(GISAID) 数据库中，直至 2022 年 8 月 22 日。他们发现了本研究中常见的突变。 添加基因组 GenBank 登录号 412 NC_063383 和 ON563414 作为系统发育树的根。 美国国家药品和保健产品安全局 (ANSM) 已批准 MPXV 基因组的 NGS。

研究结果

2022 年 5 月至 7 月期间，研究人员使用实时 qPCR 对 307 名患者的皮损以及粪便和鼻咽样本进行了 MPXV 的检测。具体来说，他们获得了 11 个皮损样本，其中 5 个位于阴茎，6 个位于直肠，1 个位于鼻咽。

映射到基因组 GenBank 登录号的原始 NSG 读取的平均数量。 ON563414.3 每个样本有 44,615 个读数，平均测序深度和平均基因组覆盖度分别为 48 ± 41 个读数或 98.0 ± 2.8%。 研究小组发现，本研究获得的18个MPXV基因组均属于WHO分类的第III组B.1谱系，其中两个属于B.1.1亚谱系。 与参考 MPXV 基因组 ON563414.3 相比，18 个基因组中有 6 个在遗传上相同，而 12 个基因组至少有一个突变，根据配对比较计算，这些基因组之间的平均核苷酸同一性为 99.8 ± 0.2%。 与 ON563414.3 相比，这 18 个基因组平均有 3.3 ± 2.2 个突变。

18 个基因组中至少有一个存在总共 36 个不同的突变，其中 22 个是非同义的，而 14 个是同义的。 这 22 个非同义突变嵌套在 MPXV 基因组中分散的 20 个基因中。 这 20 个基因编码 –

i) 两个核糖核酸（RNA）聚合酶亚基；

ii) 两个早期转录因子亚基以及一个中间转录因子和一个晚期转录因子；

iii)磷脂酶D样蛋白； 和

iv) 四种含有锚蛋白重复序列​​的蛋白质。

换句话说，这些非同义突变导致病毒蛋白的氨基酸变化，这对于病毒体复制和形态发生以及病毒与宿主的相互作用至关重要。 未来的研究应该进一步研究这些突变对这些蛋白质的功能和 MPXV 复制周期的影响。

另一个重要的观察结果是，根据之前的评估，正痘病毒的突变率高于预期，这表明 MPXV 可能会加速其进化。 这组作者表示，与 2018 年 8 月在尼日利亚收集的 304 份人类样本中获得的 NC_063383.1 基因组相比，MPXV 基因组中 66 至 73 个氨基酸之间的突变数量较多，可能是由于催化多肽类酶的载脂蛋白 B mRNA 编辑家族 (APOBEC3) 的影响。

有趣的是，研究人员还发现 NGS 读数可在大多数 MPX 病毒阳性临床皮肤病变样本中识别出金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌序列。 这两种细菌会在 MPXV 病例中引起重复感染； 然而，需要更多数据来确定这两种细菌与 MPX 病毒病变相关的流行情况。

世界卫生组织仅建议密切监测皮肤病变是否存在与蜂窝组织炎或脓肿相关的重复感染。 他们还建议使用对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌有效的抗生素进行重复感染治疗。 同样，美国疾病控制与预防中心 (CDC) 建议对继发性细菌性皮肤感染患者进行抗生素治疗。 然而，皮肤损伤中的细菌重复感染在 2022 年 MPXV 爆发中导致了显着的发病率。 因此，在这种情况下，需要密切监测，及时使用抗生素。

结论

该研究强调需要密切监测 MPXV 分支的遗传进化和突变模式的多个方面，这些分支在 2022 年爆发时出现在非流行国家，并已在全球传播。 例如，研究应检查基因丢失在 MPXV 传播和复制中的作用，以及 APOBEC3 酶在 MPXV 基因组中观察到的突变率增加中的作用。

特别是，APOBEC3 酶的表达和脱氨酶活性在各种感染和癌症中发生变化。 最重要的是，除了对 MPXV 基因组进行测序和表征之外，还需要检测皮肤重复感染的细菌病原体。

*重要提示：bioRxiv 发布未经同行评审的初步科学报告，因此不应被视为结论性报告，旨在指导临床实践/健康相关行为，或被视为既定信息。

参考：

• 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