Studija pripisuje povećanu prenosivost Monkeypox Clade IIb genomskim harmonikama

Studija pripisuje povećanu prenosivost Monkeypox Clade IIb genomskim harmonikama

U nedavnoj studiji objavljenoj u bioRxiv * Server: Istraživači su proveli genomsku studiju potvrđenih slučajeva virusa majmunskih boginja (MPXV) dijagnosticiranog u Španjolskoj između 18. svibnja i 14. srpnja 2022.

Lernen: Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. Bildquelle: FOTOGRIN/Shutterstock

*Važna NAPOMENA:bioRxiv objavljuje preliminarna znanstvena izvješća koja nisu recenzirana i stoga se ne bi trebala smatrati uvjerljivima, namijenjena usmjeravanju kliničke prakse/ponašanja u vezi sa zdravljem, niti ih treba tretirati kao utvrđenu informaciju.

pozadina

U trenutnom izbijanju, broj diseminiranih prijenosa MPXV-a ostao je dosljedno nizak, a čini se da se prijenos s osobe na osobu (PTP) događa nakon pojave primarnog lokaliziranog osipa. Ako je potonji način odgovoran za MPXV prijenos, to bi se također trebalo odraziti na genomskoj razini. Do danas su se sve genomske studije usredotočile na opisivanje evolucijske povijesti MPXV-a i praćenje njegovog unošenja u virus u zapadnim zemljama.

Ove su studije otkrile da se klaster MPXV 2022 razlikuje od odgovarajućih MPXV-ova 2016-2019 u prosjeku za 50 polimorfizama jednog nukleotida (SNP-ova), s približno 24 nesinonimne mutacije, ~18 sinonimnih mutacija i nekim intergenskim razlikama. Pripisali su pristranost mutacije uglavnom djelovanju katalitičkih polipeptidnih 3 enzima (APOBEC3) koji uređuju mRNA apolipoproteina B. Osim toga, opisali su genetske varijacije MPXV-a, uključujući brisanje imunomodulatornih gena. Do sada je domaćin vršio selektivni pritisak, a gubitak gena koji su u interakciji s virusom bio je pokretač evolucije MPXV-a.

Retrospektivne evolucijske studije pokazale su jedinstvene adaptivne strategije MPXV-a; Međutim, ove studije nisu uspjele razriješiti genomske regije s mnogo ponavljanja, osobito regije niske složenosti (LCR). LCR nisu nasumično smješteni u genomu i mogu biti povezani s adaptivnim promjenama povezanim s razlikama u prenosivosti MPXV. Imaju različite razine složenosti, poput dinukleotida, trinukleotida ili složenijih palindromskih ponavljanja. Prethodne studije pokazale su da genomske harmonike pružaju brzi put do prilagodbe poksvirusa tijekom serijskog prolaska. Postoji hitna potreba za ispitivanjem ovih genomskih značajki u kontekstu MPXV evolucijske prilagodbe.

O studiju

U ovoj studiji istraživači su ispitivali učinke LCR-ova, uključujući sva kratka tandemska ponavljanja (STR) i promjene homopolimera, u genomu MPXV. Usporedili su distribuciju LCR između različitih ključnih funkcionalnih skupina u genomu MPXV. Osim toga, istraživači su procijenili opseg varijacija u LCR-u unutar i između domaćina.

Tim je prvo dobio visokokvalitetni genom iz nepasirane vezikularne tekućine iz MPXV slučaja u Španjolskoj. Zatim su upotrijebili konvencionalnu validiranu MPXV ugniježđenu lančanu reakciju polimeraze (PCR) usmjerenu na gen receptora transferina (TFN) kako bi potvrdili prisutnost MPXV-a u brisevima kožnih lezija. Zatim su kombinirali tri tehnologije sekvenciranja, NovaSeq, MiSeq i sekvenciranje nanopora, kako bi pročitali cijeli genom.

Rezultati studije

Samo dva uzorka genoma, 353R i 349R, pružila su visokokvalitetna virusna mjerenja za usporedbu frekvencija alela u većini LCR područja. Dok LCR8 i LCR9 nisu pokazali varijacije, LCR7 i LCR10/11 pokazali su značajnu varijaciju unutar domaćina i razlike u prevladavajućem alelu između uzoraka. Na temelju heterozigotnosti cijelog genoma, magnituda i magnituda varijacija bile su značajno veće za LCR nego za SNP-ove, a isto se dogodilo i unutar domaćina.

Četiri uzorka pripadala su B.1.1, definiranoj mutacijom aminokiseline u OPG094 R194H. Identificirali su jedan uzorak kao B.1.3, definiran aminokiselinskom mutacijom R84K, koja odgovara položaju G190.660A, a preostali uzorci su pripadali B1 klasu IIb. Među skupinom IIb, sojevi B1 dosljedno pokazuju 16 ponavljanja. Soj A.1 bio je polimorfan, sojevi A.2 pokazali su 23, 25 i 26 ponavljanja, dok su sojevi starije linije A imali 32, 43, 53 i 71 ponavljanje. Iako su istraživači otkrili dodatne klastere među španjolskim izolatima definiranim nekim SNP promjenama; Međutim, samo su u jednom slučaju pronašli epidemiološku povezanost.

Budući da su trenutni rezultati studije pokazali ograničenu povezanost između promjena SNP-a i epidemiologije virusa, vjerojatno je došlo do potencijalnog učinka konvergencije za ovu klasu virusa, što je zahtijevalo promjenu fokusa u njihovim studijama genomske epidemiologije. Istraživači su identificirali 21 LCR, 13 STR i osam homopolimera. Usporedba razine raznolikosti između 21 identificiranog LCR-a s varijabilnošću SNP-a otkrila je osam LCR regija (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) s očitim znakovima varijacije unutar domaćina i između uzoraka.

Pet LCR-ova kolokalizirano je u dvije regije MPXV genoma, s LCR-ovima 5, 6 i 7 smještenim u jezgri MPXV genoma. LCR-ovi 3 i 21 bili su smješteni u imunomodulatornoj regiji, a ostala tri LCR-a bila su smještena unutar pretpostavljene translirane regije MPXV gena OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) i OPG208 (B19R). Promjene u broju ponavljanja opažene u LCR3 i LCR21 slijedile su isti obrazac širenjem N-terminalne regije imunomodulacijskog otvorenog okvira za čitanje (ORF). S obzirom na neuobičajeno dugo ponavljanje LCR3, sloj IIb MPXV može zahtijevati velike količine tirozina: translacijska ribonukleinska kiselina (tRNA) za prevođenje gena OPG208. Ovo može predstavljati još jednu potencijalnu metodu kojom se virusni tandem ponavljajućih sekvenci prilagođava novoj okolini modulirajući ORF ekspresiju.

Istraživači su otkrili da su promjene povezane s LCR21/OPG204 suptilne. Nisu promatrali promjene u broju ponavljanja, već u mutacijama. Stoga je većina klade IIb virusa pokazala višestruke alternativne početke nakon kojih je slijedila lizinska aminokiselina koja je uvijek bila kodirana najrjeđim kodonom. Najintrigantnije područje varijabilnosti promatrano u ORF-u uključivalo je gen OPG153, koji je bitan čimbenik u prijenosu i virulenciji OPXV. Na primjer, to je središnji gen koji se najčešće "gubio" tijekom evolucije virusa malih boginja. Regija ponavljanja LCR7, smještena u središnjoj domeni OPG153, kodira regiju nestrukturirane poliasparaginske kiseline (poli-D) koja je konzervirana među OPXV; međutim, njegova duljina jako varira. Zanimljivo, MPXV sojevi klase IIa imaju poli-D proširen za 21 aminokiselinu.

Zaključci

Rezultati studije proširili su koncept harmonika genoma u evoluciji MPXV. Studija je pokazala da bi LCR-ovi genoma, koji trenutno nisu razriješeni u genomskim studijama, mogli biti ključni za upravljanje promjenama u rasponu domaćina ili virulenciji i sadržavati važne informacije o prijenosu. Stoga postoji potreba za uspostavljanjem novog standardiziranog pristupa za generiranje i analizu podataka o sekvenciranju koji daje prioritet ovim regijama. Hitno su potrebna daljnja funkcionalna istraživanja koja će nadopuniti ovu usporednu genomsku studiju.

*Važna NAPOMENA:bioRxiv objavljuje preliminarna znanstvena izvješća koja nisu recenzirana i stoga se ne bi trebala smatrati uvjerljivima, namijenjena usmjeravanju kliničke prakse/ponašanja u vezi sa zdravljem, niti ih treba tretirati kao utvrđenu informaciju.

Referenca:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Sara Monzon, Sarai Varona, Anabel Negredo, et al. (2022). Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.09.30.510261 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.30.510261v2

.