Genomsequenzierung von SARS-CoV-2 beschleunigt die Identifizierung von Virusvarianten und die evolutionäre Analyse.

Coronaviren sind wichtige Krankheitserreger bei Menschen und Wirbeltieren. Sie können die Atemwege, den Magen-Darm-Trakt, die Leber und das zentrale Nervensystem vieler Wildtierarten infizieren, einschließlich Menschen, Tieren, Vögeln, Fledermäusen und Mäusen.

Das Potenzial für die Übertragung von Coronaviren (CoVs) von Tieren auf Menschen wurde seit dem Ausbruch des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS) im Jahr 2002 und des Middle East Respiratory Syndrome (MERS) im Jahr 2012 nachgewiesen. Das intermittierende Auftreten und die Ausbrüche neuartiger Coronaviren erinnern uns daran, dass Coronaviren eine ernsthafte globale Gesundheitsbedrohung darstellen.

Mit den klimatischen und ökologischen Veränderungen sowie der zunehmenden Interaktion zwischen Mensch und Tier scheinen Ausbrüche neuer Coronaviren unvermeidlich zu sein, und effektive Behandlungsregime sowie Impfstoffe müssen so schnell wie möglich entwickelt werden.

Wissenschaftler arbeiten kontinuierlich daran, die Genome neuer Coronaviren zu untersuchen, um den Ursprung von 2019-nCoV zu verstehen, indem sie die Genome einer zunehmenden Anzahl öffentlich verfügbarer Viren analysieren, sowie um zu verstehen, wie es sich repliziert und wie es menschlichen Abwehrmechanismen und Kontrollmethoden entkommt.

Kartierung des Genoms und der subgenomischen RNA-Struktur von SARS-CoV-2

Das Virus ist nur ein Stück schlechte Nachrichten, eingewickelt in ein Protein. Für das neue Coronavirus SARS-CoV-2, das die Welt erfasst, sind diese schlechten Nachrichten in Form einer sehr langen RNA, die das Genom trägt. Als RNA-Virus dringt SARS-CoV-2 in die Wirtszelle ein, um die genomische RNA zu replizieren, und produziert viele kleinere RNAs (sogenannte subgenomische RNAs). Diese subgenomischen RNAs werden verwendet, um die verschiedenen Proteine (Spinosyn, Kapselproteine, usw.) erforderlich für den Beginn von SARS-Cov-2. Daher sind kleinere RNAs gute Ziele, um Angriffe des Neo-Coronavirus auf unser Immunsystem zu stören.

Die Forscher kombinierten zwei komplementäre Sequenzierungstechnologien: DNA-Nanoball-Sequenzierung und Nanoporen-direkte RNA-Sequenzierung, um die hochauflösende RNA-Genomstruktur von SARS-CoV-2 zu entschlüsseln und alle SARS-CoV-2-RNAs (Transkripte) sowie alle modifizierten RNAs (Epitranskriptom) zu erfassen. Die Nanoporen-direkte RNA-Sequenzierung ermöglicht die direkte Analyse ganzer langer viraler RNAs ohne Fragmentierung. Traditionelle RNA-Sequenzierungsmethoden erfordern typischerweise einen schrittweisen Prozess, bei dem die RNA geschnitten und in DNA umgewandelt wird, bevor sie gelesen wird. In der Zwischenzeit kann die DNA-Nanosphäre-Sequenzierung nur kurze Fragmente lesen, hat jedoch den Vorteil, eine große Anzahl von Sequenzen mit hoher Präzision zu analysieren. Diese beiden Techniken sind in der Analyse von viraler RNA hochgradig komplementär. Diese Karte wird helfen zu verstehen, wie das Virus sich repliziert und wie es dem menschlichen Abwehrsystem entkommt.

Analyse der Variation und Evolution von SARS-CoV-2 unter Verwendung der Populationsgenetik

Viren entwickeln sich extrem schnell, und mit der explosiven Zunahme der Infektionen können sich viele verschiedene Stämme von Neo-Coronaviren rasch entwickeln. Es ist besonders wichtig, die Geschichte der Virusgenealogie zu untersuchen, um verschiedene Stämme zu typisieren und epidemiologische sowie klinische Daten zu kombinieren, um das Mutationsmuster von Coronaviren für die Epidemieprävention und -kontrolle zu enthüllen.

Durch die Analyse der genetischen Variation von Neo-Coronaviren wurde die evolutionäre Geschichte der SARS-CoV-2-Populationen aus genomischer Perspektive abgeleitet. Die Hauptresultate des Artikels bestehen darin, die genomische Variation neuer Coronaviren zu charakterisieren und die evolutionären Beziehungen globaler Proben zu erschließen.

Die haplotypbasierte phylogenetische Analyse bietet einen leistungsstarken Ansatz zum Verständnis der Evolution von SARS-CoV-2 in den frühen Phasen der Übertragung, in denen reversive Mutationen und illegale Rekombinationen selten sind.

Evolutionsbeziehung und geografische Verbreitung von 58 Haplotypen von SARS-CoV-2 (Yu W B) u. a., 2020)

In den acht kodierenden Regionen des SARS-CoV-2-Genoms wurden insgesamt 120 Substitutionsstellen und 119 Codons identifiziert, darunter 79 nicht-synonyme und 40 synonyme Substitutionen. Vierzig nicht-synonyme Substitutionen könnten mit der viralen Anpassung in Verbindung stehen.

Zusammenfassung

Es wird helfen, neuartige antivirale Medikamente zu entwickeln, indem kleine Moleküle oder interferierende RNAs entworfen werden, um direkt die Neo-Coronavirus-RNAs anzugreifen, indem die natürliche genomische Struktur von Coronaviren in Zellen und wichtige RNA-Elemente des viralen Lebenszyklus offengelegt werden.

Empfohlene Dienstleistungen

Mit jahrelanger Erfahrung in der Mikrobiom- und Genomforschung bietet CD Genomics virale Genomsequenzierung, Metagenom-Sequenzierung und Dienste zur Analyse der Populationsgenetik um Ihnen zu helfen, mehr zu entdecken.

Referenzen:

1. Kim D, Lee J Y, Yang J S, u. a. Die Architektur des SARS-CoV-2-Transkriptoms. Zelle, 2020, 181(4): 914-921. e10.
2. Yu W B, Tang G D, Zhang L, u. a. Dekodierung der Evolution und Übertragungen des neuartigen Pneumonie-Coronavirus (SARS-CoV-2/HCoV-19) anhand von vollständigen Genomdaten. Zoologische Forschung, 2020, 41(3): 247.