Przodek szczepu Wuhan, SARS-CoV-2 rozprzestrzeniał się pod koniec października 2019 r

SARS-CoV-2 został po raz pierwszy zgłoszony w przypadku z Wuhan w Chinach w grudniu 2021 r., A później stał się przyczyną pandemii koronawirusa (COVID-19) w 2019 r., Która ogarnia dziś świat. Nowe badanie w czasopiśmie Biologia molekularna i ewolucja Śledzi zmienne na całym świecie od wybuchu pandemii.

Sekwencjonowanie genetyczne przeprowadzono przy użyciu setek tysięcy próbek genomu wirusa. Naukowcy wykorzystali najlepsze z tych sekwencji, aby odkryć, w jaki sposób wirus mutował i zmieniał się w różnych okresach i regionach epidemii.

Nowe podejście

Konwencjonalne metody nie wykazały wiarygodnej historii tego wirusa z kilku powodów. Obejmuje to wiele błędów sekwencji występujących w dostępnych sekwencjach, niewielki stopień zmienności sekwencji oraz fakt, że istnieje tylko kilka miejsc, które pomagają zrozumieć pochodzenie wirusa.

Szczególnie uderzający jest fakt, że wszystkie wczesne genomy SARS-CoV-2 znane ludziom (stan na styczeń 2020 r.) Różnią się mniej niż 30 zasadami. Wręcz przeciwnie, najbardziej spokrewnione nie-ludzkie koronawirusy różnią się o ponad tysiąc zasad.

Znaczenie tego jest takie „Bez wiarygodnego źródła SARS–CoV–2 szczepy, najnowsze sekwencje przodków, których nie można precyzyjnie zrekonstruować i nie można ocenić różnorodności genetycznej SARS–CoV–2, które były obecne w czasie jego pierwszego wybuchu. „

Co więcej, odległość próbek Wuhan od przodka pozostanie nieznana, podobnie jak kierunek i kolejność pierwszych mutacji, które dały początek różnym szczepom i liniom SARS-CoV-2.

Wykorzystali metody obliczeniowe pierwotnie zaprojektowane, aby dowiedzieć się, jak mutacje w komórkach nowotworowych wystąpiły u jednego pacjenta. Zastosowane podejście nazywa się podejściem aranżacji mutacji (MOA) i może zapewnić bezpośredni obraz wariantów progenitorowych i mutagennych w porządku chronologicznym.

Jakie były rezultaty?

MOA zastosowano na dwóch zestawach genomów SARS CoV 2, obejmujących odpowiednio około 30 000 i 68 000 genomów po dwóch i trzech miesiącach. Śledząc ścieżkę mutacji, wywnioskowaną z drugiego zestawu genomów, byli w stanie zrozumieć, jak wirus zmieniał się w różnych regionach iw różnym czasie. Udało im się powrócić do ostatniego wspólnego przodka (MRCA) SARS-CoV-2.

Wspólny przodek

Ten genom wirusa progenitorowego ma trzy zasady, które różnią się od szczepów Wuhan. Naukowcy uważają, że zarówno Wuhan, jak i inne starsze genomy, z których pobrano próbki, były w rzeczywistości wariantami koronawirusa progenitorowego (CoV), który rozdzielił się na szczepy i α.

W pierwszym przypadku różnorodność istnieje już wcześniej

Szczep Wuhan przeszedł trzy kolejne mutacje, α1, α2 i α3, ale nie został znaleziony w blisko spokrewnionych CoV i wszystkie miały tę samą podstawę w tych trzech loci. Warianty progenitora CoV nie pokazują pozostałych 47 wariantów w takich sytuacjach, co sprawia, że ​​jest mało prawdopodobne, aby były one przodkiem Wuhan-1 lub innymi wczesnymi próbkami. Pierwszy mutant został schwytany około dwa miesiące później ze szczepu Wuhan 1.

Od stycznia 2020 r. Odnotowano wiele przypadków prekursora CoV, zarówno w Chinach, jak iw Stanach Zjednoczonych. Próbki synonimicznego progenitora CoV znaleziono w kilku innych próbkach zebranych w ciągu dwóch tygodni od szczepu Wuhan-1.

Chociaż były to głównie chińskie i azjatyckie (około 90/130), znaleziono je na wszystkich kontynentach, z których pobrano próbki i kontynuowano do kwietnia 2020 r. W Europie.

Wyniki te wskazują, że prekursor CoV rozprzestrzeniał się już szeroko przed i po pierwszych oficjalnych doniesieniach o nowym koronawirusie pojawiającym się w Chinach. Innymi słowy, jest mało prawdopodobne, aby szczep Wuhan-1 był pierwotnym przodkiem SARS-Cove-2, z którego pochodzą wszystkie obecnie krążące szczepy.

Kontrastuje to z poprzednimi badaniami, prawdopodobnie dlatego, że ta analiza wykorzystuje więcej próbek z globalnej bazy danych, a tym samym identyfikuje bardzo wczesny szczep, który jednak nie jest MRCA. Uważa się, że ten ostatni wyprzedził wariant Wuhan o 6-8 tygodni, czyli koniec października 2019 r.

W rzeczywistości włoscy naukowcy odkryli fragment białka SARS z SARS-CoV-2 we Włoszech na początku grudnia, który jest bardzo podobny do genomu Wuhan 1.

Analiza drugiego zestawu genomów wykazała ten sam wzór, co doprowadziło do tych samych wniosków. Dwie nowe mutacje należące do tej grupy zostały zidentyfikowane w połowie marca 2020 roku.

Wirusowe genomowe odciski palców umożliwiają śledzenie w czasie i regionie

Historia mutacji doprowadziła do zbioru genetycznych odcisków palców rozciągających się od prekursora CoV do obecnego szczepu. Każda z nich ma nazwę zawierającą główne zmienne.

Zarówno ten oryginalny genom, jak i jego odgałęzienia doprowadziły od tego czasu do powstania wielu podgatunków lub szczepów, z których niektóre (na przykład D614G) szybko osiągnęły dominację globalną lub regionalną w bardzo krótkim czasie.

Wszystkie szczepy północnoamerykańskie należą do tych samych szczepów przez większość okresu epidemii. Były to głównie αβ wraz z mutantem (αβγδ), który dominował od kwietnia 2020 roku.

Histogram historii mutacji SARS-CoV-2 z zestawu danych o masie 29 kg. Grube strzałki określają ścieżkę wariantów rozproszonych (częstotliwość, vf = 3%), a cienkie strzałki pokazują ścieżki prowadzące do innych powszechnych mutacji (3%> vf> 1%). Rozmiary wykresu kołowego są proporcjonalne do zmiennych częstotliwości w zbiorze danych 29 kg, a wykresy kołowe przedstawiają warianty z vf> 3% i kolorem kołowym zależnym od regionu świata, w którym ta mutacja została po raz pierwszy zaobserwowana. Obwód jest używany we wszystkich innych wariantach, a wypełniony kolor odpowiada starszemu obszarowi próbkowania. Indeks współwystępowania (COI, czarna linia) i poziom ufności bootstrap (BCL, niebieska linia) są pokazane dla każdej i poprzedniej mutacji i rosną obok strzałki łączącej je. Podkreślone wartości BCL definiują pary zmiennych; BCL zostały oszacowane dla kombinacji zmiennych (patrz Materiały i metody) ze względu na epizodyczny charakter akumulacji zmiennych w grupach, co skutkuje niższymi BCL (<80%; przerywane strzałki). Przedstawiono podstawowe zmiany (rzeczownik) synonimicznych mutacji, a wraz z nazwami genów / białek pojawiają się zmiany aminokwasów (r) mutacji niesynonimicznych.

W Azji i Europie tempo zmian dominujących szczepów jest wysokie, zbliżając się do αβε od lipca do sierpnia 2020 r., A następnie αβεη później. Zostały one następnie przekształcone w αβζ, począwszy od trzech tygodni od pierwszych zmienionych próbek. Kilka szczepów nadal krąży z dużą częstotliwością zarówno w Azji, jak iw Ameryce Północnej.

Wariant południowoafrykański zawiera odcisk palca genu αβγδ, a Brytyjczycy różnią się od odcisku palca α-genetycznego … oba mają mutację wysokości N501Y i oba wykazują identyczne cechy wysokiej infekcji. W czasie badania dominował ślad αβζ, dziś prawdopodobnie dominuje wariant brytyjski.

Jakie są wnioski?

Badacze zidentyfikowali MRCA dla krążących obecnie wariantów SARS-CoV-2, które prawdopodobnie nie są wirusem Wuhan-1, ale ich poprzednikami. to znaczy „Żaden z wczesnych pacjentów nie stanowił stanu wskaźnikowego ani nie spowodował wszystkich obrażeń u ludzi. „

Zastosowane tutaj podejście USDA zaowocowało genomem prekursora CoV, który daje lepsze drzewo filogenetyczne, uporządkowanie mutacji i zróżnicowane mutacje w sekwencjach genomowych. Podejście to będzie odpowiednie dla wszelkich ognisk chorobowych, nawet w przypadku większych próbek, które w rzeczywistości mogą dawać dokładniejsze wyniki.

Jego ciągłe stosowanie w SARS–CoV–Dwa genomy i inne ogniska chorobowe spowodują powstanie genomów ich przodków i ich dynamiki czasoprzestrzennej, co pozwoli lepiej zrozumieć przeszłą, obecną i przyszłą ewolucję patogenów i powiązanych chorób.. „

Naukowcy stworzyli pulpit nawigacyjny, który będzie stale aktualizowany o nowo pojawiające się mutacje i będzie odzwierciedlał trendy rozprzestrzeniania się wirusów w czasie i według regionu. Dodatkowo dostępne jest proste narzędzie do klasyfikowania dowolnego danego genomu według głównych mutacji (http://sars2evo.datamonkey.org/).