Коронавирусы генетически стабильны по сравнению с другими РНК-вирусами из-за присущей им активности экзорибонуклеазы от 3 ‘до 5’. Однако мутации критических остатков в рецепторсвязывающем домене (RBD) белка-шипа (S-белок) могут усилить трансмиссивность вируса. Кроме того, мутации в RBD могут влиять на эффективность вакцин и методов лечения, нацеленных на S-белок.
В своем недавнем исследовании, опубликованном на PLOS ONE, исследователи из Германии изучили обширный набор данных по сборке SARS-CoV-2 и секвенированию следующего поколения (NGS), собранных по всему миру, чтобы обнаружить несинонимичные мутации S-белка и оценить их влияние на потенциальные сайты связывания антител и известные эпитопы Т-клеток.
S-белок
Белок S состоит из субъединицы S1 на N-конце и субъединиц S2 на C-конце. Рецептор-связывающий домен (RBD) в субъединице S1 взаимодействует с человеческим ангиотензин-превращающим ферментом 2 (ACE2) в качестве своего рецептора входа на поверхность клетки-хозяина. Впоследствии субъединица S2 помогает объединить вирусную оболочку с мембраной клетки-хозяина.
Геномная область, кодирующая RBD, является высококонсервативной, что делает ее привлекательной мишенью для вакцины, поскольку она вырабатывает высококачественные защитные антитела. Было показано, что мутация N501 в RBD увеличивает вирусную инфекционность за счет улучшения связывания между SARS-CoV-2 и человеческим рецептором ACE2.
Что сделали исследователи?
Команда основала свое исследование на более чем миллионе геномных сборок SARS-CoV-2 и 30 806 наборах данных NGS.
Попарное выравнивание с эталонной геномной последовательностью SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 (MN908947.3) было выполнено на геномных сборках, загруженных из базы данных глобальной инициативы по обмену данными о птичьем гриппе (GISAID) в апреле 2021 года.
Команда дополнительно загрузила все данные NGS, доступные для SARS-CoV-2 в июне 2021 года из Европейского архива нуклеотидов (ENA). Последовательность генома человека была отфильтрована, и данные были сопоставлены со ссылкой MN908947.3. Варианты последовательности гена S были извлечены из файлов выравнивания.
Связанные истории
- Влияние предшествующей инфекции SARS-CoV-2 на спайк антител IgG к SARS-CoV-2 после вакцинации
- Вакцинация против COVID-19 снижает риск и продолжительность инфекции SARS-CoV-2
- Новый вариант SARS-CoV-2 (B.1.1.523), способный избежать иммунной защиты
Для выявления субклональных мутаций с высокой степенью достоверности были отобраны варианты NGS с глубиной охвата секвенированием не менее 30 считываний.
Что нашли исследователи?
Команда обнаружила, что только 2,5% вирусных последовательностей содержат S-белок дикого типа (WT). У мутантных вирусов обнаружено только несколько мутаций в S-белке с менее чем десятью мутациями для всех, кроме 4 193 последовательностей.
Однако среднее и медианное количество мутаций увеличивалось с течением времени с декабря 2019 г. (среднее: 0,14, медианное: 0) до апреля 2021 г. (среднее: 7,2, медианное: 7).
В общей сложности команда обнаружила 5 472 различных несинонимичных мутации в S-белке. Только 22,4% мутаций в наборах данных сборки и NGS были единичными событиями. Остальные регулярно распределялись по всему S-белку.
Наиболее распространенной рекуррентной мутацией была мутация D614G, расположенная сразу за пределами RBD, как в сборках генома, так и в наборах данных NGS, за которой следовала мутация Y501N, расположенная в RBD. В области, кодирующей RBD, команда обнаружила 852 мутации (646 повторяющихся) из сборочных последовательностей и 259 мутаций (105 повторяющихся) из наборов данных NGS.
P681H / D614G была наиболее частой сопутствующей мутацией, обнаруженной в 345 808 образцах из комбинированных наборов данных сборки и NGS. Другой часто встречающейся мутацией была P681H / T716I, которая наблюдалась в 324 269 образцах.
Мутации субклонального S-белка, которые указывают либо на коинфекцию несколькими штаммами SARS-CoV-2, либо на эволюцию штамма вируса внутри хозяина, были обнаружены в 2,59% наборов данных NGS. Большинство этих субклональных событий повторялись.
Подразумеваемое
Исследователи из Германии определили общий низкий уровень мутаций в белке SARS-CoV-2 S. Однако среднее и медианное количество мутаций на образец со временем увеличивалось.
Мы идентифицировали около 99,1% образцов с вариантом D614G, что подтверждает предыдущую теорию увеличения частоты использования варианта D614G в глобальной пандемии », — говорят Сахин и его коллеги.
Мутация S477N потенциально влияет на стабильность RBD и усиливает связывание с человеческим рецептором ACE2. Команда обнаружила частое совпадение S477N с D614G. Согласно предыдущему отчету, эта комбинация, по оценкам, распространяется даже быстрее, чем один мутант D614G, что подчеркивает необходимость постоянного отслеживания новых вариантов SARS-CoV-2 и их моделей передачи заболеваний для информированных профилактических и терапевтических стратегий.
Команда также предполагает, что субклональные варианты, свидетельствующие о вирусном разнообразии в организме хозяина, могут препятствовать полному исчезновению после лечения, что приводит к появлению устойчивых штаммов.
Повторяющиеся мутации в субклональных вариантах могут указывать на коинфекцию несколькими штаммами. Варианты, специфичные для образца, в свою очередь, скорее могут указывать на то, что мутация произошла после заражения внутри хозяина ».
