«Геномный аккордеон» вируса мпокс

Оспа обезьян (мпокс, MPX) — острое зоонозное вирусное заболевание, протекающее с интоксикацией организма, лихорадкой, лимфаденитом, высыпаниями на коже и слизистых оболочках. Болезнь вызывается вирусом, принадлежащим к роду Orthopoxvirus, который передается человеку при контакте с грызунами. Она эндемична в некоторых странах Центральной и Западной Африки, однако с 2022 года вирус мпокс распространился по всему миру (более 100 стран) и передается от человека к человеку. Метагеномное секвенирование вирусных изолятов показало, что вирусы 2022 года значительно (в среднем по 50 SNP) отличаются от вирусов 2018-2019 гг. — больше, чем можно было ожидать, учитывая известную скорость накопления замен в геномах ортопоксвирусов. Однако вклад этих SNP в формирование новых свойств вируса, которые могли вызвать вспышку 2022 года, по-видимому, ограничен.

Команда молекулярных биологов и биоинформатиков из Испании и США подробно изучила генетические изменения новых изолятов мпокс, ранее ускользавшие от внимания исследователей. Результаты их исследования опубликованы в Nature Communications.

Ученые отсеквенировали и проанализировали образцы 48 пациентов с подтвержденным диагнозом мпокс, отобранные в Испании в 2022 году. Их интересовали последовательности вирусного генома, изменения в которых могут приводить к быстрой адаптации вируса и его повышенной трансмиссивности, прежде всего своеобразные локусы, содержащие повторы.

Оказавшись в новых условиях, ортопоксвирусы могут повышать свою приспособленность за счет амплификации генов, облегчающей накопление мутаций и возможное появление более адаптивного варианта белка. В дальнейшем размер генома может снова сокращаться. Также у ортопоксвирусов могут происходить вставки или делеции нуклеотидов в поли-А или поли-Т-последовательностях, что создает легко обратимые сдвиги рамок считывания. Эти последовательные расширения и сокращения называются «геномными аккордеонами» (genomic accordions). Кроме того, геномы ортопоксвирусов содержат короткие тандемные повторы (STR), довольно консервативные. Авторы предположили, что области STR в геномах мпокс могут демонстрировать третий тип «геномного аккордеона» и что именно этот тип адаптации, а не однонуклеотидные полиморфизмы, может быть ответственным за распространение субклады IIb MPXV в 2022 году. (Подробнее о субкладах мпокс на PCR.NEWS.)

Участки, содержащие STR, авторы назвали «геномными областями пониженной сложности» (LCR). Как правило, секвенирование и анализ этих повторяющихся участков генома весьма затруднительны, поэтому в рутинных исследованиях LCR-локусы не изучаются должным образом.

Для более точного прочтения и аннотации этих областей исследователям пришлось выполнить de novo сборку генома мпокс. Они использовали платформы высокопроизводительного секвенирования Illumina и нанопорового секвенирования Oxford Nanopore MinION Mk1b; последняя дает возможность получать длинные риды (прочтения) и хорошо подходит для расшифровки повторов. Сборка, полученная с помощью Oxford Nanopore, имела медианную глубину покрытия 196Х.

Авторы обнаружили в геноме 21 LCR-локус, которые были распределены неслучайным образом (например, они существенно реже встречались в консервативных областях, где находятся гены домашнего хозяйства. Тем не менее три из них находились в области, содержащей функциональные гены OPG153, OPG208 и OPG204. Эти гены отвечают за синтез белков, связанных с проникновением вируса в клетки хозяина, а также с подавлением систем клеточной самозащиты. Один из них расположен внутри рамки считывания Вставки в этом LCR, которых не было до вспышки 2022 года, приводят к вставке двух изолейциновых остатков в белок OPG153. Два других находятся в промоторной области. Функциональное воздействие не исключено и для некоторых других LTR; так, еще два из них могут входить в рамки считывания OPG204 и OPG208 и транскрибироваться при использовании альтернативного стартового кодона.

Субклада IIb легко передается от человека к человеку через локальные поражения кожи, что отличает ее от других клад мпокс. По мнению ученых, обнаруженные изменения в LCR-локусах могут быть третьим типом «геномного аккордеона», который вместе со способностью увеличивать количество копий генов и изменяться за счет SNP позволяет вирусу быстро эволюционировать и приспосабливаться к заражению новых видов жертв и новым предпочтительным путям передачи. Авторы считают, что локусы LCR следует включить в геномно-эпидемиологические анализы MPXV.

Получены первые геномы вирусов оспы обезьян, вызвавших новую вспышку