Рекомбинация SARS-CoV-2 происходит редко, но чаще всего — в белке-шипе

Анализ миллионов геномов SARS-CoV-2 показал, что рекомбинация вируса происходит нечасто, но когда она случается, то чаще всего — в области белка-шипа (spike protein), который позволяет вирусу прикрепляться к клеткам-хозяевам и заражать их.

Исследование, проведенное учеными из UC Santa Cruz, опубликовано 11 августа в журнале Nature. В нем описывается новое программное обеспечение, созданное для поиска случаев рекомбинации в филогенетическом дереве COVID-19. ПО имеет открытый исходный код, что позволяет органам здравоохранения использовать его для отслеживания рекомбинации.

Рекомбинация происходит при гибридизации двух генетически различных форм вируса. Исследование было сосредоточено на обнаруживаемой рекомбинации, когда гибридизация приводит к генетически новой последовательности.

Основные результаты

• Ученые проанализировали 1,6 миллиона образцов COVID-19 и обнаружили 589 событий рекомбинации. Это указывает, что только около 2,7% секвенированных геномов являются результатом рекомбинации.
• Данные были взяты из UC Santa Cruz SARS-CoV-2 Browser — крупнейшего в мире хранилища геномных последовательностей одного вида (почти 12 миллионов последовательностей).
• Рекомбинация чаще всего происходит в области белка-шипа. Причины этого пока неизвестны: это может быть как механистическое предпочтение (естественная тенденция коронавирусов к рекомбинации в сторону 3'-конца генома, где находится ген spike), так и результат положительного естественного отбора.
• Несмотря на то что рекомбинация происходит, нет доказательств, что получающиеся штаммы с большей вероятностью будут иметь эпидемиологическое значение. Большинство рекомбинантных вариантов, как и тысячи мутировавших вариантов COVID-19, вымирают.

Новое программное обеспечение

Анализ миллионов геномов стал возможен благодаря новому ПО Recombination Inference using Phylogenetic PLacEmentS (RIPPLES). Оно эффективно ищет в огромном филогенетическом дереве COVID-19 (UShER, созданное в UCSC) случаи, когда новая последовательность выглядит как комбинация двух различных участков дерева.

Рекомбинация чаще всего проявляется на дереве в виде «длинных ветвей», создавая видимость нескольких последовательных мутаций, что само по себе редко. Эти длинные ветви облегчают обнаружение рекомбинации.

Значение для общественного здравоохранения

• Понимание случаев рекомбинации критически важно для восстановления эволюционной истории вируса и может помочь отличить действительно новую независимую мутацию от комбинации уже существующих в сообществе линий.
• Рекомбинация потенциально может повысить способность вируса уклоняться от иммунитета.
• ПО RIPPLES общедоступно и позволяет специалистам по геномике и эпидемиологам искать рекомбинацию в наборе образцов COVID-19 за считанные минуты даже на обычном ноутбуке, что демократизирует возможности глобального общественного здравоохранения.