CDC-Studie zeigt Hybrid-SARS-CoV-2-Spitze aus Delta/Omicron-Rekombinationsereignis

Die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) haben eine Genomüberwachung auf nationaler Ebene durchgeführt, um rekombinante Delta-Omicron-Genome des Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) mit schwerem akutem respiratorischem Syndrom zu identifizieren und zu charakterisieren. Insgesamt wurden neun Genome mit einem hybriden Delta-Omicron-Spike-Protein identifiziert. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Neu auftretende Infektionskrankheiten.

CDC-Versand – SARS-CoV-2 Delta – Omicron Recombinant Viruses, Vereinigte Staaten. Bildnachweis: Design_Cells / Shutterstock

Hintergrund

Die US CDC hat das nationale SARS-CoV-2-Stammüberwachungsprogramm initiiert, um neu auftretende Varianten von SARS-CoV-2 zu identifizieren, zu charakterisieren und zu überwachen. Das Programm hat bisher 1,8 Millionen SARS-CoV-2-Genome aus den USA identifiziert und an öffentliche Datenbanken übermittelt.

Coronaviren unterliegen häufig einer genomischen Rekombination, einem evolutionären Prozess zur Erzeugung neuer viraler Varianten mit erhöhter Übertragbarkeit und Pathogenität. Der Prozess ist definiert als ein Austausch von genetischem Material zwischen zwei unterschiedlichen Virusvarianten, der zur Erzeugung einer neuen Variante mit neuen Merkmalen führt.

Während der anhaltenden Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) wurden Rekombinationsereignisse zwischen den Alpha- und Delta-Varianten und den Delta- und Omicron-Varianten dokumentiert. Es wird erwartet, dass eine rekombinante Delta-Omicron-Variante die Wirksamkeit von Impfstoffen und Therapeutika aufgrund genomischer Variationen zwischen den Varianten und der starken Immunumgehungsfähigkeit von Omicron erheblich beeinflussen wird.

In der aktuellen Studie haben sich die Wissenschaftler zum Ziel gesetzt, rekombinante Delta-Omicron-Genome in den USA zu identifizieren und zu charakterisieren.

Rekombinante Delta-Omicron-Genome

Die Wissenschaftler identifizierten insgesamt neun Delta-Omicron-Rekombinationssequenzen aus dem nationalen CDC-Datensatz zur genomischen Überwachung, indem sie eine schnelle Interclade-Rekombinations-Nachweismethode verwendeten. Das Verfahren erkennt einen einzelnen Bruchpunkt innerhalb eines spezifischen Nukleotidbereichs, wo keine differenzierenden Mutationen zwischen den delta- und omicron-verwandten Kladen vorhanden sind.

Die Ergebnisse zeigten, dass die rekombinanten Sequenzen Signaturmutationen sowohl von Delta- als auch von Omicron-Varianten enthalten, die sich von Delta-bezogenen Mutationen zu Omikron-bezogenen Mutationen zwischen den Spike-Protein-Aminosäuren 158 und 339 ändern.

Zuvor wurden Delta-Omicron-Rekombinationsereignisse in Großbritannien und Frankreich identifiziert. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass diese rekombinanten Varianten möglicherweise aus Laborkontaminationen, Sequenzierungsfehlern oder Koinfektionen entstanden sind.

Um diese Möglichkeiten auszuschließen, verwendeten die Wissenschaftler in der aktuellen Studie verschiedene Sequenzierungsstrategien, um die gelesenen Rohdaten aus den identifizierten rekombinanten Sequenzen zu untersuchen, die durch molekulare Schleifen- und Amplikon-basierte Sequenzierungsstrategien erstellt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die aus den neu angewendeten Bestätigungssequenzierungsstrategien generierten Konsensussequenzen funktionell identisch mit den entsprechenden Originalsequenzen sind.

Darüber hinaus fragmentierten die Wissenschaftler die rekombinanten Sequenzen an einer bestimmten Position innerhalb der vorhergesagten Rekombinationsstelle. Durch Abgleich fragmentierter Sequenzen mit Referenzsequenzen der Delta- und Omicron-Varianten beobachteten die Wissenschaftler, dass das erste Fragment zum Delta-Clade und der Rest zu den Omicron-Clades gehört.

Eine weitere Sequenzanalyse bestätigte, dass charakteristische Delta-Mutationen gemeinsam mit unterschiedlichen Omicron-Mutationen in der rekombinanten Variante auftreten. Darüber hinaus zeigte das translatierte Spike-Protein eine Hybridsequenz, die charakteristische Aminosäuren sowohl von Delta- als auch von Omicron-Varianten mit einem Bruchpunkt zwischen der N-terminalen Domäne (NTD) und der Rezeptorbindungsdomäne (RBD) der Spike-S1-Untereinheit enthielt.

Zusammensetzung von rekombinanten SARS-CoV-2-Genomkandidaten

Zusammensetzung von rekombinanten SARS-CoV-2-Genomkandidaten. A) Aminosäureprofile mutmaßlicher Rekombinanten in den Vereinigten Staaten und im Vereinigten Königreich. Delta-Variante – assoziierte Aminosäuresubstitutionen sind orange dargestellt und Omicron-Variante – assoziierte Substitutionen sind violett dargestellt; Farbtöne entsprechen dem Anteil der Omicron- oder Delta-klassifizierten Sequenzen, die diese Substitution enthalten (Anhang, https://wwwnc.cdc.gov/EID/article/28/7/22-0526-App1.pdf). Graue Kästchen zeigen eine Aminosäuresubstitution an, die sowohl Omicron- als auch Delta-Sequenzen gemeinsam ist. Weiße Kästchen zeigen keine Veränderung relativ zum Wuhan-Hu-1-Virus an, und schwarze Kästchen bezeichnen Substitutionen, die weder Delta- noch Omicron-Sequenzen insgesamt gemeinsam sind. Es werden verschiedene Gruppen angezeigt; Sequenzen aus den Vereinigten Staaten scheinen eine Rekombination innerhalb des Spike-Gens aufzuweisen, und Proben aus 2 Clustern aus dem Vereinigten Königreich zeigen eine Rekombination stromaufwärts des Spike-Gens (UK-Cluster 1 repräsentiert https://github.com/cov-lineages/pango-designation/issues/445UK-Cluster 2 repräsentiert https://github.com/cov-lineages/pango-designation/issues/441). Die BA.1.1 (Omicron)-Deletion, die mit dem Zielversagen des Spike-Gens verbunden ist (Δ69–70), die Rezeptorbindungsdomäne und der Bereich, der die Rekombinationsstelle enthält, werden notiert. B) Anteil der Reads, die jede Einzelnukleotid-Variation und -Deletion um die Rekombinationsstelle herum unterstützen, aus Datensätzen von Illumina (IDT xGen-Amplikons), die in den Centers for Disease Control and Prevention generiert wurden. Dargestellt sind 2 Rekombinanten (EPI_ISL_8981459, EPI_ISL_8981824), neben einem repräsentativen AY.119.2 (Delta)-Genom (EPI_ISL_6811176) und einem repräsentativen BA.1.1 (Omicron)-Genom (EPI_ISL_9351600). Jeder Balken zeigt den Anteil der Reads, die das gegebene Allel enthalten ( gefärbt durch die Nukleotide A, C, T und G) an jeder Position für jede Probe. Sternchen kennzeichnen Deletionen. Varianten sind relativ zum Wuhan-Hu-1-Virus.

Signifikanzstudien

Die Studie identifiziert und charakterisiert rekombinante Delta-Omicron-Genome, die ein hybrides Spike-Protein enthalten. Trotz des Vorhandenseins rekombinanter Varianten in den USA im Laufe von sechs Wochen bleibt die Zahl der resultierenden Fälle gering. Die Mehrzahl der Fälle wurde in der mittelatlantischen Region der USA entdeckt. Die Wissenschaftler konnten jedoch die epidemiologische Verbindung aufgrund fehlender Identifizierungsinformationen für Proben, die diese rekombinanten Genome enthalten, nicht bestimmen.

Die Wissenschaftler empfehlen eine kontinuierliche Genomüberwachung für die schnelle Erkennung und Überwachung neuer rekombinanter Varianten aufgrund der starken Auswirkungen rekombinanter Varianten auf die öffentliche Gesundheit.[if–>

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