Badanie przypisuje zwiększoną zdolność przenoszenia wirusa Monkeypox Clade IIb na akordeony genomowe

Badanie przypisuje zwiększoną zdolność przenoszenia wirusa Monkeypox Clade IIb na akordeony genomowe

W niedawnym badaniu opublikowanym w bioRxiv * Serwer: Naukowcy przeprowadzili badanie genomiczne potwierdzonych przypadków wirusa ospy małp (MPXV) zdiagnozowanych w Hiszpanii między 18 maja a 14 lipca 2022 r.

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

*Ważna UWAGA:bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie są recenzowane i dlatego nie należy ich uważać za rozstrzygające, mające na celu wytyczne dla praktyki klinicznej/zachowań związanych ze zdrowiem lub traktowane jako ustalone informacje.

tło

W czasie obecnej epidemii liczba rozsianych zakażeń MPXV utrzymuje się stale na niskim poziomie, a do przeniesienia zakażenia z osoby na osobę (PTP) wydaje się dochodzić po pojawieniu się pierwotnej zlokalizowanej wysypki. Jeżeli za transmisję MPXV odpowiedzialny jest ten drugi tryb, powinno to mieć także odzwierciedlenie na poziomie genomu. Do chwili obecnej wszystkie badania genomiczne skupiały się na opisaniu historii ewolucji MPXV i śledzeniu jego wprowadzenia do wirusa w krajach zachodnich.

Badania te wykazały, że klaster MPXV 2022 różni się od odpowiednich MPXV 2016–2019 średnio o 50 polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP), z około 24 mutacjami niesynonimicznymi, ~18 mutacjami synonimicznymi i pewnymi różnicami międzygenowymi. Przypisali błąd związany z mutacjami głównie działaniu enzymów katalitycznych polipeptydopodobnych 3 apolipoproteiny B edytujących mRNA (APOBEC3). Ponadto opisali odmiany genetyczne MPXV, w tym delecję genów immunomodulujących. Do tej pory żywiciel wywierał presję selekcyjną, a przyczyną ewolucji MPXV była utrata genów wchodzących w interakcję z wirusem.

Retrospektywne badania ewolucyjne wykazały unikalne strategie adaptacyjne MPXV; Jednakże w badaniach tych nie udało się zidentyfikować regionów genomowych z wieloma powtórzeniami, szczególnie regionów o niskiej złożoności (LCR). LCR nie są losowo zlokalizowane w genomie i mogą być powiązane ze zmianami adaptacyjnymi związanymi z różnicami w transmisji MPXV. Mają różne poziomy złożoności, takie jak dinukleotydy, trinukleotydy lub bardziej złożone powtórzenia palindromowe. Poprzednie badania wykazały, że akordeony genomowe zapewniają szybką drogę do adaptacji wirusów ospy podczas seryjnych pasaży. Istnieje pilna potrzeba zbadania tych cech genomu w kontekście ewolucyjnej adaptacji MPXV.

O badaniu

W niniejszym badaniu naukowcy zbadali wpływ LCR, w tym wszystkich krótkich powtórzeń tandemowych (STR) i zmian homopolimerowych, w genomie MPXV. Porównali rozkład LCR pomiędzy różnymi kluczowymi grupami funkcjonalnymi w genomie MPXV. Ponadto badacze ocenili zakres różnic LCR wewnątrz i między żywicielami.

Zespół najpierw uzyskał wysokiej jakości genom z nieprzepuszczonego płynu pęcherzykowego pochodzącego z przypadku MPXV w Hiszpanii. Następnie zastosowali konwencjonalną, zwalidowaną reakcję łańcuchową polimerazy zagnieżdżonej MPXV (PCR), ukierunkowaną na gen receptora transferyny (TFN), aby potwierdzić obecność MPXV w wymazach ze zmian skórnych. Następnie połączyli trzy technologie sekwencjonowania: NovaSeq, MiSeq i sekwencjonowanie nanoporów, aby odczytać cały genom.

Wyniki badań

Tylko dwie próbki genomu, 353R i 349R, zapewniły wysokiej jakości pomiary wirusa w celu porównania częstości alleli w większości obszarów LCR. Podczas gdy LCR8 i LCR9 nie wykazały żadnych zmian, LCR7 i LCR10/11 wykazały znaczną zmienność w obrębie gospodarza i różnice w dominującym allelu pomiędzy próbkami. W oparciu o heterozygotyczność całego genomu wielkość i wielkość zmian były znacznie wyższe w przypadku LCR niż w przypadku SNP i to samo wystąpiło również w obrębie gospodarza.

Cztery próbki należały do ​​B.1.1, zdefiniowanej na podstawie mutacji aminokwasu w OPG094 R194H. Zidentyfikowali jedną próbkę jako B.1.3, zdefiniowaną przez mutację aminokwasu R84K, odpowiadającą pozycji G190.660A, a pozostałe próbki należały do ​​kladu B1 IIb. W grupie IIb szczepy B1 konsekwentnie wykazywały 16 powtórzeń. Szczep A.1 był polimorficzny, szczepy A.2 wykazywały 23, 25 i 26 powtórzeń, podczas gdy starsze szczepy linii A miały 32, 43, 53 i 71 powtórzeń. Chociaż badacze odkryli dodatkowe skupiska wśród hiszpańskich izolatów określone przez pewne zmiany w SNP; Jednak tylko w jednym przypadku znaleźli powiązanie epidemiologiczne.

Ponieważ obecne wyniki badania wykazały ograniczony związek między zmianami SNP a epidemiologią wirusa, w przypadku tej klasy wirusów prawdopodobnie wystąpił potencjalny efekt konwergencji, co wymaga zmiany punktu ciężkości w ich badaniach epidemiologii genomicznej. Naukowcy zidentyfikowali 21 LCR, 13 STR i osiem homopolimerów. Porównanie poziomu różnorodności pomiędzy 21 zidentyfikowanymi LCR ze zmiennością SNP ujawniło osiem regionów LCR (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) z oczywistymi oznakami zmienności w obrębie gospodarza i pomiędzy próbkami.

Pięć LCR kolokalizowano w dwóch regionach genomu MPXV, przy czym LCR 5, 6 i 7 znajdowały się w rdzeniu genomu MPXV. LCR 3 i 21 znajdowały się w regionie immunomodulacyjnym, a pozostałe trzy LCR znajdowały się w przypuszczalnym regionie podlegającym translacji genów MPXV OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) i OPG208 (B19R). Zmiany liczby powtórzeń obserwowane w LCR3 i LCR21 przebiegały według tego samego wzorca poprzez rozszerzanie regionu N-końcowego immunomodulacyjnej otwartej ramki odczytu (ORF). Biorąc pod uwagę niezwykle długi powtarzalny odcinek LCR3, klad IIb MPXV może wymagać dużych ilości tyrozyny: translacyjnego kwasu rybonukleinowego (tRNA) do translacji genu OPG208. Może to stanowić kolejną potencjalną metodę, dzięki której wirusowe sekwencje powtórzeń tandemowych dostosowują się do nowego środowiska poprzez modulowanie ekspresji ORF.

Naukowcy odkryli, że zmiany związane z LCR21/OPG204 były subtelne. Nie zaobserwowali zmian w liczbie powtórzeń, ale raczej w mutacjach. Dlatego większość wirusów kladu IIb wykazywała wiele alternatywnych startów, po których następowała aminokwas lizyna, który zawsze był kodowany przez najrzadszy kodon. Najbardziej intrygujący obszar zmienności obserwowany w ORF dotyczył genu OPG153, który jest istotnym czynnikiem w transmisji i zjadliwości OPXV. Na przykład to właśnie gen kluczowy był najczęściej „gubiony” podczas ewolucji wirusa ospy. Region powtarzalny LCR7, zlokalizowany w domenie centralnej OPG153, koduje nieustrukturyzowany region kwasu poliasparaginowego (poli-D), który jest konserwatywny wśród OPXV; jednak jego długość jest bardzo zróżnicowana. Co ciekawe, szczepy MPXV klasy IIa mają poli-D wydłużony o 21 aminokwasów.

Wnioski

Wyniki badania rozszerzyły koncepcję akordeonów genomu w ewolucji MPXV. Badanie wykazało, że LCR genomu, obecnie nierozwiązane w badaniach genomicznych, mogą mieć kluczowe znaczenie w zarządzaniu zmianami w zakresie żywicieli lub zjadliwości oraz zawierać ważne informacje o transmisji. Dlatego istnieje potrzeba ustalenia nowego, znormalizowanego podejścia do generowania i analizowania danych sekwencjonowania, które nadaje priorytet tym regionom. Pilnie potrzebne są dalsze badania funkcjonalne w celu uzupełnienia tego porównawczego badania genomicznego.

*Ważna UWAGA:bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie są recenzowane i dlatego nie należy ich uważać za rozstrzygające, mające na celu wytyczne dla praktyki klinicznej/zachowań związanych ze zdrowiem lub traktowane jako ustalone informacje.

Odniesienie:

• 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

.