Sars cov 2 ген n что это значит

Генетическая характеристика вируса SARS-CoV-2

Данный обзор посвящен рассмотрению генетической характеристики вируса SARS-CoV-2, его структуры и основных способов диагностики. Вирус SARS-CoV-2 представляет собой одноцепочечную молекулу РНК, длина генома вируса варьирует от 29,8 т.п.н. до 29,9 т.п.н. Сравнительный геномный анализ показал, что SARS-CoV-2 относится к группе бета-коронавирусов и очень близок к SARS-CoV. Первоначальный сравнительный геномный анализ показал, что SARS-CoV-2 почти на 79% идентичен SARS-CoV и на 50% идентичен вирусу MERS-CoV. На основе исследований гомологического моделирования было показано, что SARS-CoV-2 на 96,2% гомологичен BatCoV RaTG13, коронавирусу летучих мышей рода Rhinolophus affinis. Исследования по установлению происхождения SARS-CoV-2, показали, что случайные мутации и рекомбинация — два основных источника генетического разнообразия этого вируса. Недавно опубликованные работы показывают, что частота мутаций SARS-CoV-2 примерно такая же, как и в геноме SARS-CoV (0,80–2,38 × 10 –3 нуклеотидных замен на сайт в год). Наиболее частыми типами мутаций в геноме SARS-CoV-2 являются синонимичные и миссенс-мутации. Также в геноме SARS-CoV-2 были обнаружены мутации других типов: нонсенс-мутации, вставки, делеции, мутации некодирующей ДНК.
Обнаружено по крайней мере семь генетически независимых клонов, которые приобрели мутацию в одном конкретном месте Q677H или Q677P гена шипового белка Spike вируса.

Ключевые слова: COVID-19 , коронавирусная инфекция 2019, MERS-CoV, SARS-CoV-2, диагностика, генетическая характеристика

Eng. Genetic characteristics of the SARS-CoV-2

Novikova Irina Alekseevna 1

1 Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

This review describes the genetic characteristics of the virus, the main ways to diagnose COVID-19 infection. The SARS-CoV-2 virus is a single-stranded RNA molecule, the length of the virus genome varies from 29.8 kbp. up to 29.9 kb Comparative genomic analysis showed that SARS-CoV-2 belongs to the group of beta-coronaviruses and is very close to SARS-CoV. Initial comparative genomic analysis showed that SARS-CoV-2 is almost 79% identical to SARS-CoV and 50% identical to the MERS-CoV virus. Based on homologous modeling studies, SARS-CoV-2 has been shown to be 96.2% homologous to BatCoV RaTG13, a bat coronavirus of the genus Rhinolophus affinis. Studies to establish the origin of SARS-CoV-2 have shown that random mutation and recombination are two main sources of the genetic diversity of this virus. Recently published works show that the frequency of SARS-CoV-2 mutations is approximately the same as in the SARS-CoV genome (0.80-2.38 × 10-3 nucleotide substitutions per site per year). The most common types of mutations in the SARS-CoV-2 genome are synonymous and missense mutations. Mutations of other types were also found in the SARS-CoV-2 genome: nonsense mutations, insertions, deletions, mutations of non-coding DNA.

At least seven genetically independent clones have been found that have acquired a mutation at one specific site Q677H or Q677P of the Spike virus spike protein gene.

Keywords: COVID-19, coronavirus infection , MERS-CoV, SARS-CoV-2, diagnostics, genetic characteristics

Возникающие и возобновляющиеся эпидемии – это проблема здравоохранения глобального масштаба. Первые случаи болезни, вызванной коронавирусной ‎инфекцией COVID-2019 были обнаружены еще в 2019 году, но и по сей день это заболевание отнимает тысячи жизней. По данным Worldometer на 15 апреля: 2021 г. в мире выявлено 133 717 735 случаев заражения COVID-19 [14]. До сих пор инфицированными остаются 18415472 человек, 107555 из которых находятся в тяжелом состоянии. Россия входит в десятку стран лидирующими по заражению COVID-2019. По данным сайта стопкоронавирус.рф на 15 апреля 21 года за все время в России было инфицировано 4 675 153 человек, из них скончалось 105 928 человек [2]. Изучение структуры SARS-CoV-2 позволило приступить к созданию вакцин, которые уже активно применяются с целью профилактики COVID-2019.

Генетическая характеристика вируса SARS-CoV-2

Понимание генетики SARS-CoV-2 может открыть новые возможности для разработки более эффективных и безопасных методов лечения новых поколений вакцин.
SARS-CoV-2 относится к РНК-вирусам, для которых характерна высокая частота мутаций. Он представляет собой одноцепочечную молекулу РНК, длина генома SARS-CoV-2 варьирует от 29,8 т.п.н. до 29,9 т.п.н. По данным Супотницкого [1] это самый большой вирусный РНК-геном из известных на сегодняшний день. Геном вируса состоит из шести основных открытых рамок считывания (ORF), общих для коронавирусов, и ряда других дополнительных генов.
Сравнительный геномный анализ показал, что SARS-CoV-2 относится к группе бета-коронавирусов и очень близок к SARS-CoV, ответственному за эпидемию атипичной пневмонии, начавшейся в ноябре 2002 года в китайской провинции Гуандун и затем распространившейся на 29 стран в 2003 году.
Впервые последовательность генома SARS-CoV-2 была опубликована в GenBank 11 января 2020 г. (инвентарный номер MN908947.3) [8].
На основании выравнивания последовательностей и анализа эволюционного древа SARS-CoV-2 теперь считается новейшим представителем линии B рода Betacoronavirus (β-CoV) в семействе Coronaviridae порядка Nidovirales. Первоначальный сравнительный геномный анализ показал, что SARS-CoV-2 почти на 79% идентичен SARS-CoV и на 50% идентичен вирусу MERS-CoV, ответственному за развитие ближневосточного респираторного синдрома [18].
Согласно филогенетическому анализу, SARS-CoV-2 больше похож на SARS-CoV, чем на MERS-CoV. Стоит отметить, что на основе исследований гомологического моделирования было показано, что SARS-CoV-2 на 96,2% гомологичен BatCoV RaTG13, коронавирусу летучих мышей рода Rhinolophus affinis [15].

Рис.1 – Геномы коронавирусов типовых видов различных родов (по: М.В. Супотницкий, 2020 [1])

Геном SARS-CoV-2 состоит из положительно смысловой одноцепочечной молекулы РНК с 5′-кэп-структурой и 3′-концевой структурой и поли-A-хвоста, выполняющего роль мРНК для трансляции полипротеинов репликазы[19].
По данным полногеномного анализа, геном β-CoV кодирует несколько неструктурных и четыре структурных белка, включая шип (S), оболочку (E), мембрану (M) и нуклеокапсид (N) [10].
Геном SARS-CoV-2 включает 5′-нетранслируемую область — ORF1/ab-S-ORF3a-E-MORF6a-ORF7a- ORF7b-ORF8-N-ORF10-3 и не содержит ген гемагглютинин-эстеразы (HE), обнаруженный у некоторых вирусов рода β-CoV. Около двух третей РНК SARS-CoV-2 состоит из области ORF1a / b, которая рассматривается как самая большая открытая рамка считывания вместе с 16 неструктурными белками (nsp1-16). Оставшаяся треть генома около 3′-конца содержит открытую рамки считывания, кодирующие структурные и вспомогательные белки [7].

Подобно другим РНК-вирусам генетическое разнообразие SARS-CoV-2 критически важно для его приспособленности, выживания и, вероятно, его патогенеза. Исследовании по установлению происхождения SARS-CoV-2, показали, что случайные мутации и рекомбинация — два основных источника генетического разнообразия этого вируса [6]. В связи с этим в геноме SARS-CoV-2 были идентифицированы девять предполагаемых рекомбинантных паттернов, включая шесть критических областей рекомбинации в гене S и по одному в RdRp, nsp13 и ORF3a соответственно. Недавно опубликованные работы показывают, что частота мутаций SARS-CoV-2 примерно такая же, как и в геноме SARS-CoV (0,80–2,38 × 10–3 нуклеотидных замен на сайт в год) [11]. Согласно GISAID число и частота мутаций значительно выше в Европе и Северной Америке по сравнению с Азией, что предполагает наличие разных паттернов мутаций [13]. J. Kuipers и соавт. [9], статистически проанализировав большое количество «сырых» данных секвенирования из разных лабораторий, показали, что гетерогенность вирусной популяции в образце положительно коррелирует с увеличением возраста пациентов. Образец d186dl477 был получен от 84-летней пациентки. Если принять скорость мутаций, равную максимально возможной (2,38 × 10–3 нуклеотидных замен на сайт в год), то при продолжительности развития заболевания 5 дней в геноме SARS-CoV-2 могло сформироваться до 10 мутаций.

В настоящее время проводится большое количество исследований по обнаружению различных геномных вариантов SARS-CoV-2. Как сообщают Chan и Laamarti [5], наиболее частыми типами мутаций в геноме SARS-CoV-2 являются синонимичные и миссенс-мутации. Также в геноме SARS-CoV-2 были обнаружены мутации и других типов, а именно: нонсенс-мутации, вставки, делеции, а также мутации некодирующей ДНК.

Геномный анализ SARS-CoV-2 в нескольких исследованиях выявил мутации в генах: ORF1ab, ORF3a, ORF6, ORF7, ORF8, ORF10, S, M, E и N [5]. Как сообщается, гены nsp1 nsp2 nsp3, nsp12 и nsp15, ORF1ab, S и ORF8 имеют значительно больше число мутаций, чем другие [15]. Кроме того, в гене ORF1ab были обнаружены две вставки с неизвестными эффектами [16].

По результатам нескольких исследований в различных частях генома SARS-CoV-2 были обнаружены делеции различного типа (в рамке считывания или сдвиг рамки считывания), однако о мутациях в гене M до сих пор ничего не сообщалось. Эти делеции предположительно могут играть определенную роль в вирулентности и патогенезе вируса посредством влияния на третичную структуру и функции вирусных белков, а также на врожденный иммунитет.

Рис.2 – генетическая структура SARS-CoV-2 (по: Alanagreh, Foad Alzoughool, Manar Atoum, 2020[3])

Из-за роли более мутабельных регионов в вирусной репликации, передаче и, соответственно, индуцированных иммунных ответах, необходимы дальнейшие исследования для определения эффектов этих мутаций в патогенезе SARS-CoV-2.

Благодаря исследованию ученых из Великобритании, включающему в себя анализ геномов SARS-CoV-2 от 7500 пациентов по всему миру, удалось установить, что вирус был распространен не «нулевым пациентом». В результате анализа обнаружено 198 мутаций, каждая из которых встречалась более одного раза. Это указывает на то, что SARS-CoV-2 подвергается селективному давлению при адаптации к организму хозяина [7].
В. Куппер в своем недавнем исследовании [9] сообщает, что обнаружено по крайней мере семь генетически независимых клонов, которые приобрели мутацию в одном конкретном месте Q677H или Q677P гена S шипового белка вируса Spike. «Эти вирусные адаптации уже переписывают наши учебники биологии по конвергентной эволюции» —пишет Купер.

Заключение. Исходя из сообщений о патологии и патогенезе новой коронавирусной инфекции COVID-19, полученных из разных стран, развитие заболевания представляет собой сложную картину взаимодействия различных факторов. Необходимы дальнейшие исследования для определения эффектов мутабельных регионов в патогенезе SARS-CoV-2. Более полное понимание генетической структуры SARS-CoV-2 имеет решающее значение для выработки протоколов диагностики, прогнозирования тяжелого течения инфекции, создания профилактических вакцин, разработки протоколов терапии заболеваний, вызванных SARS-CoV-2, а также другими вновь появляющимися инфекциями.

Источник

Кратко о коронавирусе SARS-COV-2 и его мутациях

В последнее время в некоторых странах мира зафиксированы случаи повторного заражения (реинфекции) возбудителем новой коронавирусной инфекции под названием COVID-19.

Также установлено, что если человек заболевает снова, то это, скорее всего, связано со встречей с другим вариантом той же инфекции. Кроме того, известно, что в этом случае заболевание может протекать в тяжелой форме.

ЧТО ТАКОЕ ШТАММ КОРОНАВИРУСА SARS-COV-2?

Каждый вирус имеет свой собственный геном — уникальную специфическую последовательность ДНК или РНК. Коронавирус SARS-CoV-2 представляет собой самосборную наночастицу, внутри которой находится одноцепочечная РНК (рибонуклеиновая кислота).

Геном SARS-CoV-2 представляет собой длинную последовательность РНК, состоящую почти из 30 000 символов (нуклеотидов), которые работают в строгой последовательности. Этот порядок может измениться: если каждая новая копия вируса собрана в одном из этих соединений, может произойти ошибка — замена одного нуклеотида другим — и в результате код всей цепи немного изменится. В каждом новом» хозяине» геном вируса изменяется незначительно.

Эти изменения могут быть очень незначительными, но они позволяют установить связь между инфицированными людьми или следовать по пути, который выбрал вирус. Под словом «племя» ученые подразумевают генетически иную ветвь вируса, которая отличается от своего «отца» одной или несколькими мутациями. Разница может составлять лишь долю процента от общего генома, но каждая новая последовательность РНК может вызвать новую ветвь вируса, то есть новый штамм.

Скорость, с которой происходят генетические изменения, варьируется от вируса к вирусу, и SARS-CoV-2 мутирует относительно медленно. Большинство геномов этого вируса отличаются друг от друга небольшим количеством точечных заменителей, а число отличий от исходного варианта не превышает 30-почти 30 тысяч нуклеотидов.

КАКИЕ ШТАММЫ КОРОНАВИРУСА СУЩЕСТВУЮТ?

Основных штаммов нового коронавируса семь, они начинались с букв GR, G, GH, O, S, L и V. С индексом L — вирус был обнаружен в декабре 2019 года в Ухане, Китай. Но теперь он постепенно исчезает.

Остальные штаммы неравномерно распределены по всему миру: на каждом континенте, как правило, наиболее распространены не более двух основных вариаций.

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О СТРУКТУРЕ И ДЕЙСТВИИ КОРОНАВИРУСА SARS-COV-2?

Российский исследовательский центр «Вектор» в октябре 2020 года сообщил, что обнаружил в стране более 80 мутаций коронавируса. Но в основном были распространены два племени — европейское и азиатское.

Последний импортируется не из Китая, а из других азиатских стран. Эти два штамма были обнаружены в 99% образцов, протестированных в России. На рисунке схематически показано, как проявляет себя коронавирус в отношении человека.

КАК РАЗВИВАЛСЯ КОРОНАВИРУС SARS-COV-2 В РОССИИ?

Общее число мутаций, обнаруженных в секвенированных геномах вируса SARS-CoV-2, составляет многие тысячи, но лишь немногие из них были зарегистрированы и стабильно наследуются.

Сейчас таких единичных мутаций насчитывается около 22, они произошли в январе-марте этого года. Позднее новые племена перестали широко распространяться, т. е. до начала эпидемии в России в геноме вируса стабильно регистрировались три основные группы мутаций, которые, согласно исследованию Роспотребнадзора, формировали «три ветви эволюционного развития».

К концу марта 2020 года развитие этих трех основных направлений и циркулирующих штаммов с мутациями в генах orf1b (P314L) и S (D614G) замедлилось. Эти две мутации были основными долгосрочными изменениями в геноме вируса SARS-CoV-2, подчеркивается в исследовании.

Роспотребнадзор считает, что мутация в гене S связана со снижением патогенности (способности вызывать заболевания, попадающие в организм). Агентство отмечает, что это также связано с улучшением лечения пациентов во время пандемии. Влияние мутации в гене orf1b (P314L) до сих пор плохо изучено.

Вирусы постоянно мутируют, но коронавирусы мутируют гораздо медленнее, чем другие РНК-вирусы. Несмотря на активную циркуляцию по всему миру, SARS-CoV-2 изменился менее чем на 0,1% по сравнению с вирусом, первоначально выделенным в Китае 11 месяцев назад.

Основные изменения были выявлены в первые месяцы размножения, и распространенные в настоящее время варианты вируса аналогичны тем, которые были выделены весной. Штамм S (D614G) в настоящее время является предметом пристального внимания ученых.

Впервые он был обнаружен в Индонезии в августе 2020 года; в то время сообщалось, что этот штамм был в 10 раз более заразным, чем исходный штамм вируса. Некоторые исследования, проведенные в Forerunner (т. е. не рецензируемые и не опубликованные в научных публикациях), заключают, что эта мутация действительно может иметь более высокую инфекционную способность и более высокую вирусную нагрузку при заражении этой разновидностью. Но окончательных решений нет. Вирус быстро замещает S (Спайк) вирион в поверхностном белке, что повышает переносимость (свойство инфекционных заболеваний, венерических организмов — здоровых), но не клиническое течение заболевания, так как другие различия в штаммах вируса минимальны.

Первые варианты вируса двух мутаций, распространенные в России, были обнаружены в конце января 2020 года в Китае, а затем и в Австралии. В феврале 2020 года эти варианты были обнаружены в большинстве западноевропейских стран, Саудовской Аравии, США, Канаде, Мексике, Бразилии, Марокко и Сенегале. Детальное сравнение геномов вирусов в России и за рубежом показывает, что в стране циркулируют штаммы, завезенные из Западной Европы. Они были отправлены в марте и апреле 2020 года.

Коронавирус очень мало мутировал за эти девять месяцев и не изменился в местах, ответственных за проявления эпидемического процесса, за его, скажем так, агрессивность и ожесточенность. Минздрав России считает, что вирус обладает низкой способностью к мутациям — он накапливает всего около двух точечных изменений в месяц, то есть за год может произойти около 24 мутаций. Распространение основных вариантов вируса, циркулирующих в России, в целом аналогично распространению в Европе.

Есть некоторые различия, но у нас нет оснований полагать, что эти различия каким-то образом изменяют клиническое течение или эпидемиологию COVID-19 в России по сравнению с европейскими странами. Роспотребнадзор сообщил, что ежемесячно ученые ФБУН ГНЦ совместно с РИЦ «Вектор» полностью расшифровывают более 150 геномов нового коронавируса. Полученные ими данные будут использованы для анализа актуальности используемых диагностических тест-систем, выявления завозных случаев заболевания и оценки региональных особенностей генетического разнообразия SARS-CoV-2.

Сейчас геномы вирусов секвенируются и собирают данные в различных лабораториях по всему миру, в том числе в российском центре имени Чумакова. Ученые, по ее словам, будут коррелировать геномы вирусов с клинической картиной пациентов, от которых они изолированы, что прольет свет на важность наиболее распространенных мутаций. Она признает, что изучение влияния каждой конкретной мутации на клиническую картину КОВИДА-19 сложно.

Ученые должны изучить важность каждой конкретной мутации для структуры мутировавших белков и определить роль этих мутаций в развитии клинических симптомов и повреждении легких в экспериментах на животных. В настоящее время разрабатываются, анонсируются и регистрируются всё новые вакцины против SARS-CoV-2.

ДОЛЖНЫ ЛИ МЫ БОЯТЬСЯ МУТАЦИЙ?

Основные вопросы, с которыми сталкиваются ученые, связанные с коронавирусными мутациями, — это способность вакцины формировать иммунную защиту, одинаково устойчивую к различным штаммам.

Важен также вопрос о различном воздействии инфицированных, например, могут ли некоторые штаммы быть более заразными, чем другие. Из заявлений Роспотребнадзора следует, что мутации вируса не так уж плохи. Однако в научной литературе уже сообщалось о нескольких случаях повторной коронавирусной инфекции. Для повторного выявления инфекции ученые каждый раз проверяют генетический состав возбудителя и убеждаются, что штамм вируса отличается от первого, чем вызывает заболевания, — иначе нельзя с уверенностью сказать, что это вторичная инфекция, а не длительный первичный случай. Голландское информационное агентство BNO подсчитывает все повторяющиеся заболевания, когда-либо записанные, и сопровождает их ссылкой на источник.

По данным агентства, во всем мире известно 24 случая повторных инфекций, один из которых был смертельным. 89-летний пациент из Нидерландов скончался от рака. Повторные случаи заражения также произошли в Гонконге, Бельгии, США и Эквадоре. Каждый день в России почти 20 тысяч случаев, некоторые из которых связаны с вирусами, издавна циркулирующими в стране, частично с импортными вариантами, связанными с инфекциями в других странах, часто очень далекими.

Поэтому, конечно, можно импортировать, а затем изолировать вариант вируса, который ранее не был обнаружен в России, как это было недавно в Норвегии. Однако это не означает немедленного изменения эпидемиологической ситуации с Ковид-19.

В октябре 2020 года The Lancet опубликовала исследование, в котором были описаны два случая повторной коронавирусной инфекции. У пациента из американского штата Невада болезнь была более тяжелой после очередной инфекции. 25- летний мужчина должен был попасть в больницу из-за недостатка кислорода, и компьютерная томография показала, что у него вирусная пневмония.

Ученые обнаружили, что он был заражен другим штаммом, генетически отличным от предыдущего возбудителя. Таким образом, более раннее воздействие SARS-CoV-2 не может гарантировать полный иммунитет. Все люди, независимо от того, был ли ранее диагностирован коронавирус или нет, должны принимать те же меры предосторожности.

БУДУТ ЛИ ВАКЦИНЫ ЭФФЕКТИВНЫМИ, ЕСЛИ ВИРУС МУТИРУЕТ?

Известно, что коронавирус мутирует медленнее, чем вирус гриппа: по разным оценкам, в два раза медленнее или, в худшем случае, на треть. По словам почетного профессора и клинического вирусолога из Университета Лестера Джулиана Тана в HuffPost — в этом отношении вакцина против коронавируса вероятно, стабильная и эффективная дольше, чем вакцина против гриппа.

При этом пока неизвестно, как долго сохранится иммунитет, приобретенный с помощью вакцины, даже если она будет функционировать должным образом, напоминает ученый. Эффективность вакцины также может зависеть от индивидуальных особенностей организма — так же, как вакцина против гриппа, говорит Тан.

До сих пор ученые считают, что вакцины, разработанные во всем мире для борьбы с первыми штаммами нового коронавирус, будут столь же эффективны против новых мутаций. Ученые пояснили, что большинство вакцин, разработанных во всем мире, были смоделированы оригинальным штаммом d-вируса, который чаще встречается в последовательностях, опубликованных в начале пандемии.

С тех пор вирус мутировал в штамм G, вариации которого в настоящее время доминируют в мире. Исследователи были обеспокоены тем, что эта мутация негативно повлияет на эффективность разработанных вакцин. Несмотря на мутацию d614g в белке, эксперименты и моделирование подтвердили, что вакцины остаются эффективными.

Наиболее распространенный штамм G, вероятно, не требует частого выбора новых вакцин, в отличие от гриппа, который требует разработки вакцин против циркулирующих штаммов каждый год. Поскольку различия в штаммах, циркулирующих в России, минимальные, они, вероятно, существенно не влияют на структуру вирусных белков.

Таким образом, созданные и применяемые вакцины от COVID-19, не нужно воспроизводить каждый год.

Составили: канд. мед. наук, доцент Гуменюк С.А., врач-оториноларинголог Байчорова О.Х. , 2021 год

Источник