Анализ геномного разнообразия SARS-CoV-2 и эпидемиологических признаков адаптации возбудителя COVID-19 к человеческой популяции (Сообщение 1)

Цель – изучение эволюции генома вируса SARS-CoV-2 при адаптации к организму человека в период текущей пандемии.

Материалы и методы. Использовалась база данных (GISAID) по нуклеотидным последовательностям геномов вируса SARS-CoV-2, полученных из образцов клинического материала в период с конца декабря 2019 по июль 2020 г. Построение филогенетических деревьев проводили с помощью программного обеспечения BioNumerics 7.6 с использованием алгоритма максимальной экономии (maximum parsimony).

Результаты и обсуждение. Самым существенным устойчивым изменением в геномах вируса SARS-CoV-2 являются связанные единичные мутации в гене ORF1b (P314L) и гене S (D614G), в результате чего к настоящему времени подавляющее большинство выявляемых изолятов этого вируса имеет данную пару замен. Замена в гене S (D614G) многими исследователями ассоциируется со снижением патогенности содержащих ее штаммов, что, однако, может быть объяснено и улучшением методологии лечения больных в ходе пандемии. Влияние мутации в гене ORF1b (P314L) еще не изучено. Мутации P314L и D614G тесно связаны, и только их совместное присутствие в геноме дало преимущество для распространения данным геновариантам вируса SARS-CoV-2. Анализ обобщенных эпидемиологических данных свидетельствует о том, что распространение новых геновариантов вируса может быть связано с их биологическими свойствами, облегчающими передачу от человека к человеку, при этом ассоциированное снижение летальности может отражать не только прогресс в методах лечения, но и вероятное ослабление вирулентных свойств. Наблюдаемое увеличение потенциала распространения на фоне признаков снижения вирулентности, вероятно, является основной формой адаптации нового коронавируса к человеческой популяции и, повидимому, будет продолжаться в дальнейшем в виде интеграции SARS-CoV-2 в структуру сезонных возбудителей ОРВИ. 

1. Cui J., Li F., Shi Z.-L. Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. Nat. Rev. Microbiol. 2019; 17(3):181–92. DOI: 10.1038/s41579-018-0118-9.

2. Wu F., Zhao S., Yu B., Chen Y.-M., Wang W., Song Z.-G., Hu Y., Tao Z.-W., Tian J.-H., Pei Y.-Y., Yuan M.-L., Zhang Y.-L., Dai F.-H., Liu Y., Wang Q.-M., Zheng J.-J., Xu L., Holmes E.C., Zhang Y.-Z. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. 2020; 579(7798):265–9. DOI: 10.1038/s41586-020-2008-3.

3. Zhou P., Yang X.-L., Wang X.-G., Hu B., Zhang L., Zhang W., Si H.-R., Zhu Y., Li B., Huang C.-L., Chen H.-D., Chen J., Luo Y., Guo H., Jiang R.-D., Liu M.-Q., Chen Y., Shen X.-R., Wang X., Zheng X.-S., Zhao K., Chen Q.-J., Deng F., Liu L.-L., Yan B., Zhan F.-X., Wang Y.-Y., Xiao G.-F., Shi Z.-L. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020; 579(7798):270–3. DOI: 10.1038/s41586-020-2012-7.

4. Lu R., Zhao X., Li J., Niu P., Yang B., Wu H., Wang W., Song H., Huang B., Zhu N., Bi Y., Ma X., Zhan F., Wang L., Hu T., Zhou H., Hu Z., Zhou W., Zhao L., Chen J., Meng Y., Wang J., Lin Y., Yuan J., Xie Z., Ma J., Liu W.J., Wang D.Y., Xu W., Holmes E.C., Gao G.F., Wu G., Chen W., Shi W., Tan W. Genomic characterization and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. The Lancet. 2020; 395(10224):565–74. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30251-8.

5. Kupferschmidt K. The pandemic virus is slowly mutating. But does it matter? Science. 2020; 369(6501):238–9. DOI: 10.1126/science.369.6501.238.

6. Bhattacharyya Ch., Das Ch., Ghosh A., Singh A.K., Mukherjee S., Majumder P.P., Basu A., Biswas N.K. Global spread of SARS-CoV-2 subtype with spike protein mutation D614G is shaped by human genomic variations that regulate expression of TMPRSS2 and MX1 genes. bioRxiv. 2020.05.04.075911. DOI: 10.1101/2020.05.04.075911.

7. Li X., Wang W., Zhao X., Zai J., Zhao Q., Li Y., Chaillon A. Transmission dynamics and evolutionary history of 2019-nCoV. J. Med. Virol. 2020; 92(5):501–11. DOI: 10.1002/jmv.25701.

8. Benvenuto D., Giovanetti M., Salemi M., Prosperi M., De Flora C., Alcantara L.C.J., Angeletti S., Ciccozzi M. The global spread of 2019-nCoV: a molecular evolutionary analysis. Pathog. Glob. Health. 2020; 114(2):64–7. DOI: 10.1080/20477724.2020.1725339.

9. Van Dorp L., Acman M., Richard D., Shaw L.P., Ford C.E., Ormond L., Owena C.J., Pang J., Tan C.C.S., Boshier F.A.T., Ortiz A.T., Balloux F. Emergence of genomic diversity and recurrent mutations in SARS-CoV-2. Infect. Genet. Evol. 2020; 83:104351. DOI: 10.1016/j.meegid.2020.104351.

10. Zhao Z., Li H., Wu X., Zhong Y., Zhang K., Zhang Ya-P., Boerwinkle E., Fu Y.-X. Moderate mutation rate in the SARS coronavirus genome and its implications. BMC Evol. Biol. 2004; 4:21. DOI: 10.1186/1471-2148-4-21.

11. Mousavizadeh L., Ghasemi S. Genotype and phenotype of COVID-19: Their roles in pathogenesis. J. Microbiol. Immunol. Infect. 2020. DOI: 10.1016/j.jmii.2020.03.022.

12. Ashour H.M., Elkhatib W.F., Rahman Md.M., Elshabrawy H.A. Insights into the Recent 2019 Novel Coronavirus (SARSCoV-2) in Light of Past Human Coronavirus Outbreaks. Pathogens. 2020; 9(3):186. DOI: 10.3390/pathogens9030186.

13. Pachetti M., Marini B., Benedetti F., Giudici F., Mauro E., Storici P., Masciovecchio C., Angeletti S., Ciccozzi M., Gallo R.C., Zella D., Ippodrino R. Emerging SARS-CoV-2 mutation hot spots include a novel RNA-dependent-RNA polymerase variant. J. Transl. Med. 2020; 18:179. DOI: 10.1186/s12967-020-02344-6.

14. Korber B., Fischer W.M., Gnanakaran S., Yoon H., Theiler J., Abfalterer W., Foley B., Giorgi E.E., Bhattacharya T., Parker M.D., Partridge D.G., Evans C.M., de Silva T.I., LaBranche C.C., Montefiori D.C. Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2. bioRxiv. DOI: 10.1101/2020.04.29.069054.

15. Ogawa J., Zhu W., Tonnu N., Singer O., Hunter T., Ryan (Firth) A.L., Pao G.M. The D614G mutation in the SARS-CoV2 Spike protein increases infectivity in an ACE2 receptor dependent manner. bioRxiv. DOI: 10.1101/2020.07.21.214932.

16. Chen W.H., Hotez P.J., Bottazzi M.E. Potential for developing a SARS-CoV receptor-binding domain (RBD) recombinant protein as a heterologous human vaccine against coronavirus infectious disease (COVID)-19. Hum. Vaccin. Immunother. 2020; 16(6):1239–42. DOI: 10.1080/21645515.2020.1740560.

17. Wrapp D., Wang N., Corbett K.S., Goldsmith J.A., Hsieh C.-L., Abiona O., Graham B.S., McLellan J.S. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020; 367(6483): 1260–3. DOI: 10.1126/science.abb2507.

18. Walls A.C., Park Y.-J., Tortorici M.A., Wall A., McGuire A.T., Veesler D. Structure, Function, and Antigenicity of the SARSCoV-2 Spike Glycoprotein. Cell. 2020; 181(2):281–292.e6. DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.058.