Phân tích siêu phân tử DNA của các mẫu lâm sàng từ các cá thể bị nhiễm virus đậu mùa khỉ

Trong một nghiên cứu gần đây được đăng lên bioRxiv* máy chủ, các nhà nghiên cứu đã phân tích trình tự gen của virus Monkey đậu mùa (MPXV) thu được từ 18 bệnh nhân nhiễm MPXV trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 7 năm 2022.

Tiểu sử

MPXV có bộ gen axit deoxyribonucleic (DNA) sợi kép và thuộc về Poxviridae họ và chi vi rút orthopoxvirus. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã công nhận ba nhóm vi rút được đặt tên từ một đến ba vi rút bao gồm các loại vi rút có nguồn gốc từ đợt bùng phát năm 2017-2018 (Nigeria) và những nhóm có liên quan đến đợt bùng phát đa quốc gia năm 2022 hiện tại.

Cho đến năm 2022, tất cả các ca nhiễm MPXV ở người được nhập khẩu từ châu Phi cận Sahara đã xảy ra lẻ tẻ ở các nước không lưu hành. Các nghiên cứu phát sinh loài trước đây dựa trên bộ gen MPXV được công bố ở Bồ Đào Nha và Pháp vào năm 2022 cho thấy rằng những virut này thuộc phân nhánh III và có thể có một nguồn gốc duy nhất. Ngoài ra, các đặc điểm dịch tễ học và lâm sàng của dịch bệnh hiện tại cho thấy nó lây truyền qua đường tình dục.

Hơn nữa, những virus này bao gồm một dòng có tên B.1, xuất hiện ở châu Âu từ tháng 11 năm 2021 đến tháng 5 năm 2022. Dòng B.1 đã tách ra khỏi dòng A.1 tổ tiên của nó bằng khoảng 50 lần thay thế nucleotide, gần 10 lần so với dự kiến.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ giải trình tự bộ gen Illumina và Nanopore (NGS) thế hệ tiếp theo để thực hiện phân tích phân tích ADN của các mẫu lâm sàng từ các cá thể bị nhiễm MPXV. Họ đã thu được bộ gen MPXV từ các tổn thương da ở bộ phận sinh dục và việc ngoáy trực tràng của 18 bệnh nhân nhiễm MPXV.

Các nhà nghiên cứu đã cân nhắc NGS cho các mẫu lâm sàng có giá trị ngưỡng chu kỳ (C_T) của phản ứng chuỗi polymerase phiên mã ngược định lượng (qRT-PCR) ≤25. Tiếp theo, họ tiến hành phân tích đo lường về tất cả các lần chạy NGS. Hơn nữa, họ đã lập bản đồ các lần đọc NGS thô đối với hệ gen MPXV GenBank Accession no. ON563414.3, bộ gen MPXV dài 197,205 cặp cơ sở được lấy từ mẫu bệnh nhân ở Massachusetts, Hoa Kỳ, vào tháng 5 năm 2022. Công cụ Nextclade v1.6.0 sử dụng các mẫu bộ gen này làm bộ gen tham chiếu B.1.

Đối với các phân tích phát sinh loài, nhóm nghiên cứu đã thu hồi các bộ gen MPXV được đưa vào sáng kiến ​​toàn cầu về việc chia sẻ tất cả cơ sở dữ liệu Dữ liệu về Bệnh cúm (GISAID) cho đến ngày 22 tháng 8 năm 2022. Họ đã xác định các đột biến phổ biến với những đột biến thu được trong nghiên cứu này. Bộ gen GenBank gia nhập số 412 NC_063383 và ON563414 đã được thêm vào để tạo rễ cây phát sinh loài. Cơ quan Quốc gia về An toàn Thuốc và Sản phẩm Y tế (ANSM) đã cho phép NGS của bộ gen MPXV.

Nghiên cứu kết quả

Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra 307 bệnh nhân về sự hiện diện của MPXV bằng qPCR thời gian thực từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2022 bằng cách sử dụng các tổn thương da, mẫu phân và mũi họng. Cụ thể hơn, họ đã thu được 11 mẫu từ các tổn thương da, bao gồm 5 mẫu khu trú trên dương vật, 6 mẫu từ trực tràng và một mẫu từ vòm họng.

Số lần đọc NSG thô trung bình được ánh xạ trên bộ gen GenBank Accession no. ON563414.3 là 44.615 mỗi mẫu, với độ sâu giải trình tự trung bình và độ bao phủ bộ gen trung bình lần lượt là 48 ± 41 lần đọc và 98,0 ± 2,8%. Nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy rằng tất cả 18 bộ gen MPXV thu được trong nghiên cứu hiện tại đều thuộc dòng B.1 của nhánh III theo phân loại của WHO, với hai bộ thuộc dòng phụ B.1.1. Liên quan đến bộ gen MPXV tham chiếu ON563414.3, sáu trong số 18 bộ gen giống hệt nhau về mặt di truyền, trong khi 12 bộ chứa tối thiểu một đột biến và mức độ nhận dạng nucleotide trung bình giữa các bộ gen này là 99,8 ± 0,2%, trên mỗi phép tính so sánh theo cặp. 18 bộ gen này có trung bình là 3,3 ± 2,2 đột biến so với ON563414,3.

Trong tổng số 36 đột biến khác nhau xuất hiện ở ít nhất một trong 18 bộ gen, 22 đột biến không đồng nghĩa trong khi 14 đột biến đồng nghĩa. 22 đột biến không đồng nghĩa được lồng vào bên trong 20 gen nằm rải rác dọc theo bộ gen MPXV. 20 gen này được mã hóa –

i) hai tiểu đơn vị polymerase axit ribonucleic (RNA);

ii) hai tiểu đơn vị nhân tố phiên mã sớm và một nhân tố trung gian và một nhân tố phiên mã muộn;

iii) một protein giống phospholipase D; và

iv) bốn protein chứa lặp lại ankyrin.

Nói cách khác, những đột biến không đồng nghĩa này dẫn đến những thay đổi axit amin trong protein của virus, rất quan trọng đối với sự sao chép và hình thành virion, cũng như tương tác giữa virus và vật chủ. Các nghiên cứu trong tương lai nên điều tra sâu hơn về tác động của những đột biến này đối với chức năng của các protein này và chu trình sao chép của MPXV.

Một quan sát quan trọng khác là tỷ lệ đột biến lớn hơn dự kiến ​​dựa trên đánh giá trước đây đối với các loại virut trực tràng, điều này cho thấy rằng MPXV có thể đang tăng tốc quá trình phát triển của nó. Theo các tác giả, số lượng đột biến cao hơn giữa 66 và 73 axit amin trong bộ gen MPXV so với bộ gen NC_063383.1 thu được từ 304 mẫu người được thu thập ở Nigeria vào tháng 8 năm 2018 có thể là do hoạt động chỉnh sửa mRNA của apolipoprotein B. họ polypeptide giống xúc tác enzyme (APOBEC3).

Thật thú vị, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra các lần đọc NGS xác định các trình tự từ S. aureus và S. pyogenes trong hầu hết các mẫu lâm sàng dương tính với vi rút MPX từ các tổn thương da. Hai vi khuẩn này gây bội nhiễm trong các trường hợp MPXV; tuy nhiên, cần có thêm dữ liệu để xác định mức độ phổ biến của hai loại vi khuẩn này liên quan đến các tổn thương do virus MPX.

WHO chỉ khuyến cáo theo dõi nghiêm ngặt các tổn thương da do bội nhiễm liên quan đến viêm mô tế bào hoặc áp xe. Ngoài ra, họ khuyến nghị điều trị bội nhiễm bằng kháng sinh có hoạt tính chống lại nhạy cảm với methicillin S. aureus và S. pyogenes. Tương tự, Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC) khuyến cáo điều trị bằng kháng sinh cho những người bị nhiễm trùng da do vi khuẩn thứ phát. Tuy nhiên, trong đợt bùng phát MPXV năm 2022, bội nhiễm vi khuẩn trong các tổn thương da đã gây ra tỷ lệ mắc bệnh đáng kể. Do đó, nó đảm bảo sự giám sát chặt chẽ để sử dụng kháng sinh kịp thời trong những trường hợp như vậy.

Kết luận

Nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết phải theo dõi chặt chẽ một số khía cạnh của sự tiến hóa di truyền và các mô hình đột biến của các nhóm MPXV đã xuất hiện ở các quốc gia không lưu hành với đợt bùng phát năm 2022 và lan rộng trên toàn cầu. Ví dụ, các nghiên cứu nên điều tra vai trò của tổn thất gen trong khả năng truyền và sao chép của MPXV và của các enzym APOBEC3 trong việc tăng tỷ lệ đột biến được quan sát thấy trong bộ gen MPXV.

Đáng chú ý, sự biểu hiện và hoạt động hủy diệt của các enzym APOBEC3 thay đổi trong các bệnh nhiễm trùng và ung thư khác nhau. Quan trọng nhất, cần phải phát hiện các tác nhân vi khuẩn gây bội nhiễm da cùng với việc xác định trình tự và xác định đặc điểm của bộ gen MPXV.

*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.