10 ноября 2020

Нулевой пациент с COVID-19: анализ данных определяет «мать» всех геномов SARS-CoV-2

С тех пор, как в декабре 2019 года была обнаружена первая вирусная инфекция SARS-CoV-2, во всем мире были секвенированы десятки тысяч его геномов, что показало, что коронавирус мутирует, хотя и медленно, со скоростью 25 мутаций на геном в год.

Но, несмотря на значительные усилия, на сегодняшний день никто не идентифицировал первый случай передачи инфекции от человека или «нулевого пациента» в пандемии COVID-19. Обнаружение такого случая необходимо, чтобы лучше понять, как вирус, возможно, спрыгнул со своего животного-хозяина первым, чтобы заразить людей, а также историю того, как вирусный геном SARS-CoV-2 мутировал с течением времени и распространился по всему миру.

«Вирус SARS-CoV-2 несет геном РНК, который уже заразил более 35 миллионов человек по всему миру», — сказал Судхир Кумар, директор Института геномики и эволюционной медицины Университета Темпл. «Нам нужно найти этого общего предка, которого мы называем геномом предка».

Этот геном-предшественник является матерью всех коронавирусов SARS-CoV-2, заражающих людей сегодня.

В отсутствие нулевого пациента Кумар и его исследовательская группа из Университета Темпл теперь, возможно, нашли лучшее, что могло бы помочь всемирной детективной молекулярной эпидемиологии. «Мы решили реконструировать геном предшественника, используя большой набор данных геномов коронавируса, полученных от инфицированных людей», — сказал Саяка Миура, старший автор исследования.

Они обнаружили, что «мать» всех геномов SARS-CoV-2 и штаммы его ранних потомков впоследствии мутировали и распространились, чтобы доминировать в мировой пандемии. «Мы реконструировали геном-предшественник и нанесли на карту место и время возникновения самых ранних мутаций», — сказал Кумар, автор исследования препринта.

Таким образом, их работа позволила по-новому взглянуть на раннюю историю мутаций SARS-CoV-2. Например, в их исследовании сообщается, что мутация белка шипа SARS-CoV-2 (D416G), часто участвующая в повышенной инфекционности и распространении, произошла после многих других мутаций, через несколько недель после начала COVID-19. «Он почти всегда обнаруживается вместе со многими другими белковыми мутациями, поэтому его роль в повышении инфекционности остается трудно установить», — сказал Сергей Понд, старший соавтор исследования.

Помимо своих выводов о ранней истории SARS-CoV-2, группа Кумара разработала мутационные отпечатки пальцев, позволяющие быстро распознавать штаммы и субштаммы, заражающие человека или колонизирующие глобальный регион.

Чтобы идентифицировать геном-предшественник, они использовали метод анализа порядка мутаций, который основан на клональном анализе мутантных штаммов и частоте, с которой пары мутаций появляются вместе в геномах SARS-CoV-2.

Сначала команда Кумара проанализировала данные почти о 30 000 полных геномов SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19. В общей сложности они проанализировали 29 681 геном SARS-CoV-2, каждый из которых содержит не менее 28 000 оснований данных о последовательностях. Эти геномы были взяты в период с 24 декабря 2019 года по 7 июля 2020 года в 97 странах и регионах мира.

Многие предыдущие попытки анализа таких больших наборов данных не увенчались успехом из-за «сосредоточения внимания на построении дерева эволюции SARS-CoV-2», — говорит Кумар. «Этот коронавирус развивается слишком медленно, количество геномов для анализа слишком велико, а качество данных геномов сильно варьируется. Я сразу же увидел параллели между свойствами этих генетических данных коронавируса с генетическими данными клонального распространения другого заболевания, рака».

Группа Кумара разработала и исследовала множество методов анализа генетических данных опухолей у онкологических больных. Они адаптировали и обновили эти методы и построили цепочку мутаций, которая автоматически ведет к прародителю. «По сути, геном до первой мутации был геномом предка», — сказал Кумар. «Подход отслеживания мутаций прекрасен и предсказывает филогению основных штаммов SARS-CoV-2. Это отличный пример того, как большие данные в сочетании с биологически обоснованным интеллектуальным анализом данных выявляют важные закономерности».

Источник: scitechdaily.com

Метки: коронавирус

Далее по теме: