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Die Studie führt eine erhöhte Übertragbarkeit der Monkeypox Clade IIb auf genomische Akkordeons zurück

In einer aktuellen Studie, die im veröffentlicht wurde bioRxiv* Server: Forscher führten eine Genomstudie mit bestätigten Fällen des Monkeypox-Virus (MPXV) durch, die zwischen dem 18. Mai und dem 14. Juli 2022 in Spanien diagnostiziert wurden.

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

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Hintergrund

Beim aktuellen Ausbruch blieb die Zahl der disseminierten MPXV-Übertragungen konstant niedrig, und es scheint eine Übertragung von Mensch zu Mensch (PTP) zu erfolgen, nachdem ein primär lokalisierter Ausschlag aufgetreten ist. Wenn der letztere Modus für die MPXV-Übertragung verantwortlich ist, sollte er sich auch auf genomischer Ebene widerspiegeln. Bisher konzentrierten sich alle genomischen Studien auf die Beschreibung der Evolutionsgeschichte von MPXV und die Verfolgung seiner Einführung in das Virus in westlichen Ländern.

Diese Studien ergaben, dass der MPXV-Cluster 2022 von den entsprechenden MPXVs 2016–2019 um durchschnittlich 50 Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) abweicht, mit etwa 24 nicht-synonymen Mutationen, ~18 synonymen Mutationen und einigen intergenen Unterschieden. Sie führten die Mutationsverzerrung hauptsächlich auf die Wirkung von Apolipoprotein B-mRNA-editierenden katalytischen Polypeptid-ähnlichen 3-Enzymen (APOBEC3) zurück. Darüber hinaus beschrieben sie genetische Variationen von MPXV, einschließlich der Deletion immunmodulatorischer Gene. Bisher übte der Wirt selektiven Druck aus, und der Verlust von Genen, die mit dem Virus interagieren, war der Treiber der MPXV-Evolution.

Retrospektive Evolutionsstudien haben die einzigartigen adaptiven Strategien von MPXV nachgewiesen; Allerdings gelang es diesen Studien nicht, genomische Regionen mit vielen Wiederholungen aufzulösen, insbesondere die Regionen mit geringer Komplexität (LCRs). LCRs sind nicht zufällig im Genom lokalisiert und könnten mit adaptiven Veränderungen im Zusammenhang mit Unterschieden in der MPXV-Übertragbarkeit verbunden sein. Sie haben verschiedene Komplexitätsstufen, wie zum Beispiel Dinukleotid, Trinukleotid oder komplexere palindromische Wiederholungen. Frühere Studien haben gezeigt, dass genomische Akkordeons einen schnellen Weg zur Anpassung von Pockenviren während der seriellen Passage darstellen. Es besteht ein dringender Bedarf, diese genomischen Merkmale im Kontext der evolutionären Anpassung von MPXV zu untersuchen.

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Über die Studie

In der vorliegenden Studie untersuchten die Forscher die Auswirkungen von LCRs, einschließlich aller Short Tandem Repeats (STRs) und Homopolymer-Veränderungen, im MPXV-Genom. Sie verglichen die Verteilung der LCRs zwischen verschiedenen wichtigen funktionellen Gruppen im MPXV-Genom. Darüber hinaus bewerteten die Forscher das Ausmaß der Intra-Host- und Inter-Host-Variationen der LCR.

Das Team erhielt zunächst ein hochwertiges Genom aus einer nicht passierten Vesikelflüssigkeit eines MPXV-Falls in Spanien. Anschließend verwendeten sie eine herkömmliche validierte MPXV-verschachtelte Polymerasekettenreaktion (PCR), die auf das Transferrin (TFN)-Rezeptor-Gen abzielte, um das Vorhandensein von MPXV in Abstrichen von Hautläsionen zu bestätigen. Als nächstes kombinierten sie drei Sequenzierungstechnologien, NovaSeq, MiSeq und Nanoporensequenzierung, um das vollständige Genom zu lesen.

Studienergebnisse

Nur zwei Genomproben, 353R und 349R, lieferten in den meisten LCR-Gebieten qualitativ hochwertige virale Messwerte für einen Vergleich der Allelhäufigkeit. Während LCR8 und LCR9 keine Variation zeigten, zeigten LCR7 und LCR10/11 erhebliche Variationen innerhalb des Wirts und Unterschiede im vorherrschenden Allel zwischen den Proben. Basierend auf der Heterozygotie des gesamten Genoms waren Ausmaß und Ausmaß der Variationen bei LCR signifikant höher als bei SNPs, und das Gleiche geschah auch innerhalb des Wirts.

Vier Proben gehörten zu B.1.1, definiert durch eine Aminosäuremutation in OPG094 R194H. Sie identifizierten eine Probe als B.1.3, definiert durch die Aminosäuremutation R84K, die der Position G190.660A entspricht, und die übrigen Proben gehörten zur B1-Klade IIb. Unter der Gruppe IIb zeigten die B1-Stämme durchweg 16 Wiederholungen. Der A.1-Stamm war polymorph, A.2-Stämme zeigten 23, 25 und 26 Wiederholungen, während ältere Stämme der Linie A 32, 43, 53 und 71 Wiederholungen aufwiesen. Obwohl die Forscher zusätzliche Cluster unter den spanischen Isolaten entdeckten, die durch einige SNP-Änderungen definiert wurden; Allerdings stellten sie nur in einem Fall einen epidemiologischen Zusammenhang fest.

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Da die aktuellen Studienergebnisse einen begrenzten Zusammenhang zwischen SNP-Veränderungen und Virusepidemiologie zeigten, ist für diese Klasse von Viren wahrscheinlich ein potenzieller Konvergenzeffekt aufgetreten, der eine Änderung des Schwerpunkts in ihren Studien zur genomischen Epidemiologie erforderlich macht. Die Forscher identifizierten 21 LCRs, 13 STR und acht Homopolymere. Der Vergleich des Diversitätsgrads zwischen den 21 identifizierten LCRs mit SNP-Variabilität ergab acht LCR-Bereiche (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) mit offensichtlichen Anzeichen von Variationen innerhalb des Wirts und zwischen den Proben.

Fünf LCRs waren in zwei Bereichen des MPXV-Genoms kolokalisiert, wobei sich die LCRs 5, 6 und 7 im Kern des MPXV-Genoms befanden. Die LCRs 3 und 21 waren im immunmodulatorischen Bereich lokalisiert, und die anderen drei LCRs befanden sich innerhalb der mutmaßlichen translatierten Region der MPXV-Gene OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) und OPG208 (B19R). Die in LCR3 und LCR21 beobachteten Änderungen in der Anzahl der Wiederholungen folgten dem gleichen Muster, indem sie die N-terminale Region eines immunmodulatorischen offenen Leserahmens (ORF) erweiterten. Angesichts der ungewöhnlich langen repetitiven Strecke von LCR3 benötigt Clade IIb MPXV möglicherweise große Mengen Tyrosin: translationale Ribonukleinsäure (tRNA), um das OPG208-Gen zu übersetzen. Möglicherweise handelt es sich dabei um eine weitere mögliche Methode, mit der sich virale Tandem-Wiederholungssequenzen durch Modulation der ORF-Expression an eine neue Umgebung anpassen.

Die Forscher stellten fest, dass die mit LCR21/OPG204 verbundenen Veränderungen subtil waren. Sie beobachteten keine Veränderungen in der Anzahl der Wiederholungen, sondern in Mutationen. Daher zeigten die meisten Clade-IIb-Viren mehrere alternative Starts, gefolgt von einer Lysin-Aminosäure, die immer vom seltensten Codon kodiert wurde. Der faszinierendste Variabilitätsbereich, der im ORF beobachtet wurde, betraf das OPG153-Gen, das ein wesentlicher Faktor bei der Übertragung und Virulenz von OPXV ist. Beispielsweise ist es das Kerngen, das während der Evolution des Pockenvirus am häufigsten „verloren“ gegangen ist. Der LCR7-Wiederholungsbereich, der sich in der zentralen Domäne von OPG153 befindet, kodiert für eine nichtstrukturierte Polyasparaginsäure (Poly-D)-Region, die unter OPXVs konserviert ist; seine Länge ist jedoch sehr unterschiedlich. Interessanterweise haben MPXV-Stämme der Klasse IIa ein um 21 Aminosäuren verlängertes Poly-D.

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Schlussfolgerungen

Die Studienergebnisse erweiterten das Konzept der Genomakkordeons in der MPXV-Evolution. Die Studie zeigte, dass LCRs des Genoms, die derzeit in Genomstudien ungelöst sind, für die Bewältigung von Veränderungen im Wirtsspektrum oder der Virulenz von entscheidender Bedeutung sein könnten und wichtige Übertragungsinformationen enthalten. Daher besteht die Notwendigkeit, einen neuen standardisierten Ansatz zur Generierung und Analyse der Sequenzierungsdaten zu etablieren, die diese Regionen priorisieren. Weitere funktionelle Studien sind dringend erforderlich, um diese vergleichende Genomstudie zu ergänzen.

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Referenz:

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