Ganzvirus-Genomsequenzierung zur Screening neuer Medikamente

Whole-Genome-Sequenzierung von Viren spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der klinischen Praxis. Einerseits kann die Analyse der Arzneimittelresistenzinformationen des Virus zu einer genaueren klinischen Diagnose, Behandlung und Krankheitsverlaufskontrolle beitragen; andererseits kann durch die Etablierung der molekularen Epidemiologie des Virus eine strenge Kontrolle der Virusinfektion erreicht werden. Basierend auf der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie wurde das isolierte Virus sequenziert und analysiert, um alle Genominformationen des Virus zu erhalten, sowie das Virulenzsystem des Virus, die Genomevolution und Evolutionsprozess wurden durch strukturelle Genomik und vergleichende Genomik auf mehreren Ebenen untersucht, um ein besseres Verständnis der Vielfalt, Ökologie, Anpassungsfähigkeit und Evolution von Viren zu erlangen.

Virusgenomsequenzierung unterstützt die wissenschaftliche Arzneimittelverwendung und Impfstoffentwicklung.

Das SARS-CoV-2-Virus als RNA-Virus, der Erreger von COVID-19, unterliegt ständigen Mutationen. Es besteht die Möglichkeit, dass während einer Pandemie angesammelte Mutationen messbare Auswirkungen auf die infizierte Bevölkerung haben oder die Epidemiekontrollmaßnahmen erschweren könnten, was die Notwendigkeit unterstreicht, die genetische Vielfalt und Epidemiologie von SARS-CoV-2 während der gesamten Pandemie zu überwachen. Forscher arbeiteten mit 20 Krankenhäusern und Instituten zusammen und analysierten epidemiologische, genetische und klinische Daten, die während des Ausbruchszeitraums vom 22. Januar bis 20. Februar 2020 in der Provinz Sichuan, China, gesammelt wurden. Das Forschungsteam nutzte auch die  Nanoporen-Sequenzierungstechnologie Um das gesamte Genom des Virus in 310 klinischen Proben von 248 COVID-19-infizierten Personen zu sequenzieren und dies mit Sequenzierungstechnologie zu verifizieren. Die Ergebnisse zeigten, dass 35 wiederkehrende Varianten identifiziert wurden und etwa 20 % von ihnen die gleiche mutierte Nsp1-codierende Region (Δ 500-532) aufweisen, die fehlt. Anschließend wurde die molekulare Epidemiologie des Mutanten analysiert. Die öffentliche Virusdatenbank zeigte, dass der Nsp1-Deletion-Mutant in der Virusdatenbank von 37 Ländern und Regionen aufgetaucht ist. Basierend auf 117 klinischen Daten fand die Studie heraus, dass dieser Mutantenstamm mit niedrigeren Viruslastniveaus und niedrigeren peripheren Blut-IFN-β horizontal assoziiert ist; und Nsp1 wurde durch Experimente in verschiedenen Zelllinien bestätigt, dass der Δ500 532-Mutantenstamm die Aktivität des IFNB1-Promotors reduzieren und weiter das nachgelagerte IFN-I-Signal inhibieren kann. Diese Studie liefert Hinweise für die Verwendung dieser genomischen Marker in molekularen epidemiologischen Untersuchungen und potenziell wichtige Informationen für das effektive Design von Impfstoffen und Medikamenten gegen COVID-19.

Wiederkehrende genetische Varianten und phylogenetische Analyse in den SARS-CoV-2-Genomen

Häufigkeit von Deletionsvarianten im Locus 500-532 im SARS-CoV-2-Genom

Virusgenom-Sequenzierung zur Entdeckung neuer Antibiotika

Enterohemorrhagische Escherichia coli (EHEC) O157:H7 und enterotoxigene E. coli (ETEC) sind wichtige lebensmittelbedingte Krankheitserreger, die weltweit schwere Lebensmittelvergiftungs-Ausbrüche verursachen. Als eine neue Art von antibakteriellem Mittel durch Genom- und phylogenetische Analysen werden Bakteriophagen zunehmend eingesetzt, um lebensmittelbedingte Krankheitserreger zu kontrollieren. Forscher haben einen neuartigen Bakteriophagen mit breitem Wirtsspektrum, vB durch vollständige Genomsequenzierung, EcoM_SQ17 (SQ17), untersucht, der die Fähigkeit hat, die Anzahl von Bakterien in Lebensmitteln zu kontrollieren. Das Genom des Bakteriophagen SQ17 ist ein lineares doppelsträngiges DNA mit 166457 bp und einem GC-Gehalt von 32,52 %. Das Genom enthält 258 putative ORFs, von denen 136 als putative Proteine klassifiziert sind. Diese Proteine aggregieren in vier funktionale Gruppen, die mit der Schwanzassemblierung, Kapsidassemblierung, Wirtslyse und Lysehemmung, Replikation, Transkription und Reparatur in Verbindung stehen. Genomische Analysen zeigten, dass Phage SQ17 keine Gene in Bezug auf Antibiotikaresistenz, Toxine, Lysogenität oder Virulenzfaktoren aufwies und ein hervorragender Kandidat für potenzielle Lebensmittelanwendungen war. SQ17 hat ein breites Wirtsspektrum und kann EHEC O157:H7, ETEC und andere Escherichia coli-Stämme infizieren. Ergebnisse haben gezeigt, dass der Bakteriophage SQ17 angewendet wird, um EHEC O157:H7 und ETEC-Verschmutzung in frischem Salat zu reduzieren, und SQ17 hat eine hohe Infektiosität und eine schnelle Replikationsrate, was ihn für die Anwendung in der Lebensmittelindustrie geeigneter macht. Höhere Temperaturen (25 ℃) können die bakterizide Wirkung von Bakteriophagen beeinflussen, daher wird nicht empfohlen, frische Lebensmittel über längere Zeit bei hohen Temperaturen in der Lebensmittelindustrie zu lagern oder zu verarbeiten.

Genomkarte des Bakteriophagen SQ17

Phage SQ17 und Phage SF, vB_ EcoM-ZQ3 und vB_ EcoM_JS09 für genomische Vergleichsanalyse

Technologie der gesamten Genomsequenzierungwurde umfassend bei der Überwachung von Virusmutationen, Typisierung und Rückverfolgung angewendet, insbesondere bei der Überwachung der dynamischen Veränderungen von Virusgen-Sequenzen in Proben, was wissenschaftliche Leitbedeutung für die Epidemieüberwachung hat. Es wird in Zukunft weit verbreitet eingesetzt werden.

Referenzen:

1. Lin, Jing-Wen u. a."Genomüberwachung von SARS-CoV-2 entdeckt eine Nsp1-Deletionsvariante, die die Typ-I-Interferonantwort moduliert." Cell-Wirt & Mikrobe vol29,3 (2021): 489-502.e8.
2. Zhou, Yan u. a."Anwendung eines neuartigen lythischen Phagen vB_EcoM_SQ17 zur Biokontrolle von Enterohämorrhagischen Escherichia coli O157:H7 und Enterotoxigenen E. coli in Lebensmitteln." Frontiers in Mikrobiologie Bd.13 929005. 5. Aug. 2022.