Генетическое разнообразие и эволюция SARS-CoV-2
Оригинал: Генетическое разнообразие и эволюция SARS-CoV-2
Автор: Tung Phan, Отдел клинической микробиологии, университет Питтсбурга и медицинский центр университета Питтсбурга, Питтсбург, Пенсильвания, США
Перевод: Фонд профилактики рака
Информация о статье
Ключевые слова:
Коронавирус, SARS-CoV-2, мутации, геномное разнообразие
Аннотация
COVID-19 — вирусное респираторное заболевание, вызванное новым коронавирусом под названием SARS-CoV-2. Всемирная организация здравоохранения объявила вспышку SARS-CoV-2 глобальной чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения. Мы провели генетический анализ 86 полных или почти полных геномов SARS-CoV-2 и выявили множество мутаций и делеций в кодирующих и некодирующих областях. Эти наблюдения предоставляют данные о генетическом разнообразии и быстрой эволюции этого нового коронавируса.
1. Исследование
Новый коронавирус SARS-CoV-2 распространяется по всему миру. С тех пор, как вирус появился на китайском оптовом рынке морепродуктов в конце прошлого года (Zhu et al., 2019), число случаев заражения стало стремительно возрастать (Velavan and Meyer, 2020). Подтвердилась передача SARS-CoV-2 от человека к человеку (Nishiura et al., 2020). Вирус был обнаружен в бронхоальвеолярном лаваже (Zhu et al., 2019), мокроте (Lin et al., 2020), слюне (K.K. To et al., 2020), в горле (Bastola et al., 2020) и в мазках из носоглотки (To et al., 2020).
Нуклеотидная замена, предположительно, является одним из наиболее важных механизмов эволюции вируса в природе (Lauring and Andino, 2010). Быстрое распространение SARS-CoV-2 поднимает интригующий вопрос, обусловлена ли его эволюция мутациями. Чтобы оценить генетическую изменчивость, были исследованы 86 полных или почти полных геномов SARS-CoV-2, предоставленных GISAID [gisaid.org]. Эти штаммы SARS-CoV-2 были обнаружены у инфицированных пациентов из Китая (50), США (11), Австралии (5), Японии (5), Франции (4), Сингапура (3), Англии (2), Тайваня (2), Южной Кореи (1), Бельгии (1), Германии (1) и Вьетнама (1). Парное выравнивание нуклеотидных последовательностей проводилось с помощью ClustalX2 (Saitou and Nei, 1987), а последовательность штамма China/WHU01/2020/EPI_ISL_406716 использовалась в качестве эталонного генома.
Как и у других бета-коронавирусов, геном SARS-CoV-2 имеет длинный полипротеин ORF1ab на 5'-конце, за которым следуют четыре основных структурных белка, в том числе гликопротеин шиповидных отростков, белок оболочки, матриксный белок и нуклеокапсидный белок (Phan, 2020). Проведенный нами генетический анализ выявил три делеции в геномах SARS-CoV-2 из Японии (Айти), США (Висконсин) и Австралии (Виктория), как показано на рис. 1. Две делеции (три нуклеотида и 24 нуклеотида) были обнаружены в полипротеине ORF1ab, и одна делеция (десять нуклеотидов) находилась в 3'-конце генома.
Интересно, что наше выравнивание нуклеотидной последовательности также выявило 93 мутации по всему геному SARS-CoV-2 (Таблица 1). Сорок две миссенс-мутации были выявлены во всех основных неструктурных и структурных белках, кроме белка оболочки. Двадцать девять миссенс-мутаций были обнаружены в полипротеине ORF1ab, восемь в гликопротеине шиповидных отростков, одна в матриксном белке и четыре в нуклеокапсидном белке. Следует отметить, что три мутации (D354, Y364 и F367) были обнаружены в рецептор-связывающей области гликопротеина шиповидных отростков. Гликопротеин шиповидных отростков играет первостепенную роль в связывании с рецепторами клетки-хозяина и определяет тропизм хозяина (Fung and Liu, 2019). Он также является главной мишенью нейтрализующих антител (Yu et al., 2020). Мутации в гликопротеине шиповидных отростков могли вызвать в нем конформационные изменения, которые, вероятно, привели к изменчивости антигенных свойств.
На сегодняшний день исследование локализации аминокислот, участвующих в конформационных изменениях структуры гликопротеина шиповидных отростков SARS-CoV-2, недоступно. Идентификация этих аминокислот очень важна и должна быть проведена в дальнейших исследованиях.
Рис.1. Геномная организация SARS-CoV-2 и парное выравнивание нуклеотидных последовательностей, показывающее делеции в полипротеине ORF1ab и на 3'-конце генома.
Благодарность
Мы благодарим за поддержку отдел клинической микробиологии медицинского центра университета Питтсбурга [1] .
Декларация о конфликте интересов
Автор заявляет, что не имеет конкурирующих финансовых интересов.
Литература
Bastola, A., Sah, R., Rodriguez-Morales, A.J., Lal, B.K., Jha, R., Ojha, H.C., Shrestha, B., Chu, D.K.W., Poon, L.L.M., Costello, A., Morita, K., Pandey, B.D., 2020. The first 2019 novel coronavirus case in Nepal. Lancet Infect. Dis (pii: S1473-3099(20)300670), (in press), [Epub ahead of print].
To, Tsang, O.T., Chik-Yan, C.Y., Chan, K.H., Wu, T.C., Chan, J.M.C., Leung, W.S., Chik, T.S., Choi, C.Y., Kandamby, D.H., Lung, D.C., Tam, A.R., Poon, R.W., Fung, A.Y., Hung, I.F., Cheng, V.C., Chan, J.F., Yuen, K.Y., 2020. Consistent detection of 2019 novel coronavirus in saliva. Clin. Infect. Dis. doi.org.
Lauring, A.S., Andino, R., 2010. Quasispecies theory and the behavior of RNA viruses.PLoS Pathog. 6, e1001005. doi.org.
Lin, X., Gong, Z., Xiao, Z., Xiong, J., Fan, B., Liu, J., 2020. Novel coronavirus pneumonia outbreak in 2019: Computed tomographic findings in two cases. Korean J. Radiol. doi.org.
Nishiura, H., Linton, N.M., Akhmetzhanov, A.R., 2020. Initial cluster of novel coronavirus (2019-nCoV) infections in Wuhan, China is consistent with substantial human-to-human transmission. J. Clin. Med. 9doi.org E488.
Saitou, N., Nei, M., 1987. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol. 4, 406–425.
Velavan, T.P., Meyer, C.G., 2020. The Covid-19 epidemic. Tropical Med. Int. Health.doi.org.
Yu, F., Du, L., Ojcius, D.M., Pan, C., Jiang, S., 2020. Measures for diagnosing and treating infections by a novel coronavirus responsible for a pneumonia outbreak originating in Wuhan, China. Microbes Infect. doi.org pii: S1286-4579(20)300253.
Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., Zhao, X., Huang, B., Shi, W., Lu, R., Niu, P., Zhan, F., Ma, X., Wang, D., Xu, W., Wu, G., Gao, G.F., Tan, W., Investigating, China Novel Coronavirus, 2019. Research Team. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China. N. Engl. J. Med. 2020. doi.org 1056/NEJMoa2001017.
Для корреспонденции: phantg@upmc.edu.
doi.org Получено 17 февраля 2020; принято 20 февраля 2020
Доступно онлайн 21 февраля 2020
1567-1348/ © 2020 Elsevier B.V. Все права защищены