Nghiên cứu các thuộc tính làm tăng khả năng lây truyền của Khỉ đậu Clade IIb sang các nhóm gen di truyền

Qua Neha Mathur4 tháng 10 năm 2022Xét bởi Aimee Molineux

Trong một nghiên cứu gần đây được đăng lên bioRxiv* máy chủ, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một nghiên cứu bộ gen của các trường hợp nhiễm virus Monkey đậu mùa (MPXV) được xác nhận được chẩn đoán ở Tây Ban Nha trong khoảng thời gian từ ngày 18 tháng 5 đến ngày 14 tháng 7 năm 2022.

Tiểu sử

Sách điện tử về Di truyền & Gen

Tổng hợp các cuộc phỏng vấn, bài báo và tin tức hàng đầu trong năm qua.

Tải xuống bản sao ngay hôm nay

Trong đợt bùng phát hiện tại, số lượng MPXV lan truyền vẫn luôn ở mức thấp và nó dường như có thể lây truyền từ người sang người (PTP) sau khi xuất hiện phát ban chủ yếu tại chỗ. Nếu chế độ thứ hai chịu trách nhiệm về việc truyền MPXV, nó cũng phải phản ánh ở cấp độ bộ gen. Cho đến nay, tất cả các nghiên cứu về gen đều tập trung vào việc mô tả lịch sử tiến hóa của MPXV và theo dõi sự du nhập của nó đối với virus ở các nước phương Tây.

Các nghiên cứu này tiết lộ rằng cụm MPXV 2022 khác biệt với các MPXV 2016-2019 có liên quan trung bình 50 đa hình đơn nucleotide (SNP), với khoảng 24 đột biến không đồng nghĩa, ~ 18 đột biến đồng nghĩa và một số khác biệt giữa các gen. Họ cho rằng sai lệch đột biến chủ yếu là do hoạt động của các enzym xúc tác polypeptide giống như 3 (APOBEC3) chỉnh sửa apolipoprotein B mRNA. Hơn nữa, họ đã mô tả các biến thể di truyền MPXV, bao gồm cả việc xóa các gen điều hòa miễn dịch. Cho đến nay, vật chủ đã tạo ra áp lực chọn lọc, và việc mất đi các gen tương tác giữa virus với vật chủ đã thúc đẩy sự tiến hóa của MPXV.

Các nghiên cứu tiến hóa hồi cứu đã chứng minh các chiến lược thích ứng độc đáo của MPXV; tuy nhiên, những nghiên cứu này đã thất bại trong việc giải quyết các vùng gen có nhiều lần lặp lại, đặc biệt là các vùng có độ phức tạp thấp (LCR). LCR không nằm ngẫu nhiên trong bộ gen và có thể liên quan đến những thay đổi thích ứng liên quan đến sự khác biệt về khả năng truyền MPXV. Chúng có các mức độ phức tạp khác nhau, chẳng hạn như dinucleotide, trinucleotide, hoặc lặp lại palindromic phức tạp hơn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các hợp chất di truyền là một con đường nhanh chóng để thích nghi với poxvirus trong quá trình lây truyền nối tiếp. Cần nghiên cứu cấp bách các đặc điểm bộ gen này trong bối cảnh thích nghi tiến hóa của MPXV.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã đánh giá tác động của LCR, bao gồm tất cả các lần lặp lại song song ngắn (STR) và homopolymer, những thay đổi trong bộ gen của MPXV. Họ đã so sánh sự phân bố của LCR giữa các nhóm chức năng chính khác nhau trong bộ gen của MPXV. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã đánh giá mức độ của các biến thể giữa vật chủ và giữa vật chủ trong LCR.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã thu được một bộ gen chất lượng cao từ chất lỏng dạng mụn nước chưa vượt qua của một trường hợp MPXV ở Tây Ban Nha. Sau đó, họ sử dụng phản ứng chuỗi polymerase lồng nhau của MPXV đã được xác thực thông thường (PCR) nhắm vào gen thụ thể transferrin (TFN) để xác nhận sự hiện diện của MPXV trong các miếng gạc tổn thương da. Tiếp theo, họ kết hợp ba công nghệ giải trình tự, NovaSeq, MiSeq và giải trình tự nanopore để đọc bộ gen hoàn chỉnh.

Nghiên cứu kết quả

Chỉ có hai mẫu gen, 353R và 349R, tạo ra các lần đọc virus chất lượng cao để so sánh tần số alen trong hầu hết các khu vực LCR. Trong khi LCR8 và LCR9 không cho thấy bất kỳ sự khác biệt nào, LCR7 và LCR10 / 11 cho thấy sự khác biệt đáng kể trong vật chủ và sự khác biệt về alen nổi trội giữa các mẫu. Dựa trên tính dị hợp tử của toàn bộ bộ gen, độ lớn và quy mô của các biến thể trong LCR cao hơn đáng kể so với SNP và cũng xảy ra tương tự trong vật chủ.

Bốn mẫu thuộc B.1.1, được xác định bởi đột biến axit amin trong OPG094 R194H. Họ xác định một mẫu là B.1.3, được xác định bởi đột biến axit amin R84K tương ứng với vị trí G190,660A và các mẫu còn lại thuộc B1- Clade IIb. Trong số phân nhánh IIb, các chủng B1 liên tục cho thấy 16 lần lặp lại. Dòng A.1 là đa hình, các dòng A.2 có 23, 25 và 26 lần lặp lại, trong khi các dòng A cũ hơn có 32, 43, 53 và 71 lần lặp lại. Mặc dù các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các cụm bổ sung trong số các chủng Tây Ban Nha được xác định bởi một vài thay đổi SNP; tuy nhiên, họ đã xác định được mối liên hệ dịch tễ học chỉ trong một trường hợp.

Vì kết quả nghiên cứu hiện tại cho thấy mối quan hệ hạn chế giữa những thay đổi SNP và dịch tễ học vi rút, một hiệu ứng hội tụ tiềm năng có thể xảy ra đối với loại vi rút này, điều này đòi hỏi sự thay đổi trọng tâm trong các nghiên cứu dịch tễ học bộ gen của chúng. Các nhà nghiên cứu đã xác định được 21 LCR, 13 STR và 8 homopolyme. So sánh mức độ đa dạng giữa 21 LCR được xác định với sự thay đổi SNP cho thấy tám khu vực LCR (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) với các dấu hiệu rõ ràng của các biến thể trong máy chủ và giữa các mẫu .

Năm LCR được đồng bản địa hóa trong hai khu vực của bộ gen MPXV, với các LCR 5, 6 và 7 trong lõi của bộ gen MPXV. Các LCR 3 và 21 được bản địa hóa trong vùng điều hòa miễn dịch, và ba LCR khác nằm trong vùng dịch mã giả định của các gen MPXV OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) và OPG208 (B19R). Những thay đổi về số lần lặp lại được quan sát thấy trong LCR3 và LCR21 cũng theo cùng một mô hình bằng cách mở rộng vùng đầu N của khung đọc mở điều hòa miễn dịch (ORF). Với khoảng thời gian lặp lại dài bất thường của LCR3, Clade IIb MPXV có thể yêu cầu một lượng lớn tyrosine: axit ribonucleic dịch mã (tRNA) để dịch mã gen OPG208. Có lẽ, nó là một phương pháp tiềm năng khác được sử dụng bởi các trình tự lặp đi lặp lại song song của virus để thích nghi với môi trường mới thông qua điều chỉnh biểu hiện ORF.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng những thay đổi liên quan đến LCR21 / OPG204 là rất nhỏ. Họ không quan sát thấy những thay đổi về số lần lặp lại mà là những đột biến. Do đó, hầu hết các vi rút Clade IIb cho thấy nhiều lần khởi đầu thay thế, theo sau là một axit amin lysine, luôn được mã hóa bởi codon hiếm nhất. Vùng biến đổi hấp dẫn nhất được quan sát thấy trong ORF liên quan đến gen OPG153, là một yếu tố quan trọng trong việc truyền OPXV và độc lực. Ví dụ, nó là gen cốt lõi đã bị “mất” nhiều nhất trong quá trình tiến hóa của poxvirus. Vùng lặp lại LCR7, nằm trong miền trung tâm của OPG153, mã hóa cho một poly-axit aspartic (nhiều-D) vùng không cấu trúc, được bảo tồn giữa các OPXV; tuy nhiên, độ dài của nó rất thay đổi. Điều thú vị là các chủng MPXV phân nhánh IIa có 21 axit amin poly-D mở rộng.

Kết luận

Kết quả nghiên cứu đã mở rộng khái niệm về sự phù hợp của bộ gen trong quá trình tiến hóa MPXV. Nghiên cứu đã chứng minh rằng LCR của bộ gen, hiện chưa được giải quyết trong quá trình nghiên cứu bộ gen, có thể rất quan trọng để giải quyết những thay đổi trong phạm vi vật chủ hoặc độc lực và chứa thông tin truyền tải quan trọng. Do đó, cần phải thiết lập một cách tiếp cận tiêu chuẩn hóa mới để tạo và phân tích dữ liệu trình tự ưu tiên các vùng này. Nhiều nghiên cứu chức năng hơn đang được khẩn trương đảm bảo để bổ sung cho nghiên cứu bộ gen so sánh này.

*Thông báo quan trọng

bioRxiv xuất bản các báo cáo khoa học sơ bộ không được đánh giá ngang hàng và do đó, không được coi là kết luận, hướng dẫn thực hành lâm sàng / hành vi liên quan đến sức khỏe hoặc được coi là thông tin đã được thiết lập.