El estudio implica un probable aumento de futuros recombinantes de SARS-CoV-2


Una asombrosa hazaña reciente de investigadores estadounidenses reveló que la recombinación no solo está muy extendida en la historia evolutiva de las enfermedades similares al SARS. coronavirus, pero también puede aumentar los rasgos de aptitud de los coronavirus estacionales. Su artículo está actualmente disponible en el bioRxiv* preprint server y prepara el escenario para el seguimiento filogenético del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Estudio: Patrones de recombinación en coronavirus.  Crédito de la imagen: NIAID

Desde su aparición, los datos de la secuencia genética se han utilizado para estudiar la evolución y propagación del SARS-CoV-2, un agente causante de la pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). En consecuencia, la comunidad investigadora adoptó rápidamente los métodos filogenéticos y filodinámicos como herramientas esenciales para estudiar este virus de ARN.

Junto a las mutaciones causadas por errores durante el proceso de replicación, varios procesos de recombinación pueden contribuir a la diversidad genética en los virus de ARN. Además, el reordenamiento de virus segmentados (como los rotavirus o los virus de la influenza) puede dar como resultado una descendencia que albergue segmentos de diferentes linajes parentales.

En cualquier caso, la recombinación desafía constantemente los métodos filogenéticos, ya que viola el supuesto central de que la historia evolutiva de los individuos puede tipificarse mediante árboles filogenéticos ramificados. En consecuencia, la recombinación necesita la representación de la ascendencia compartida de un conjunto de secuencias como una red.

En este estudio, la Dra. Nicola Felix Müller, la Dra. Kathryn E. Kistler y el Dr. Trevor Bedford del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson y la Universidad de Washington en Seattle (EE. UU.) Han desarrollado un método de Monte Carlo en cadena de Markov para inferir de manera eficiente la recombinación redes de datos de secuencias genéticas bajo un modelo de recombinación de cambio de plantilla.

Historia evolutiva de virus similares al SARS.  Una red de máxima credibilidad de clado de virus similares al SARS.  Los puntos azules indican eventos de recombinación de muestras y los puntos verdes.  B Tiempos de ancestros comunes de Wuhan-Hu1 (SARS-CoV-2) con diferentes virus similares al SARS en diferentes posiciones del genoma.  El eje y denota tiempos de ancestros comunes en escala logarítmica.  C Hora más reciente en cualquier parte del genoma en la que Wuhan-Hu1 compartió un ancestro común con diferentes virus similares al SARS

Historia evolutiva de virus similares al SARS. Una red de máxima credibilidad de clado de virus similares al SARS. Los puntos azules indican eventos de recombinación de muestras y los puntos verdes. B Tiempos de ancestros comunes de Wuhan-Hu1 (SARS-CoV-2) con diferentes virus similares al SARS en diferentes posiciones del genoma. El eje y denota tiempos de ancestros comunes en escala logarítmica. C Hora más reciente en cualquier parte del genoma en la que Wuhan-Hu1 compartió un ancestro común con diferentes virus similares al SARS

Evaluación de patrones de recombinación

Los investigadores han reconstruido el historial de recombinación de virus similares al SARS, que incluye el SARS-CoV-1 original y el nuevo SARS-CoV-2, así como los coronavirus de murciélago y pangolín relacionados. Luego, han investigado en qué casos los diferentes virus compartieron por última vez un ancestro común a lo largo del genoma.

Los patrones de recombinación se evaluaron aún más en el coronavirus del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV) con más de 2500 casos confirmados en humanos, así como en los coronavirus humanos estacionales OC43, 229E y NL63 que muestran una circulación estacional generalizada.

A continuación, su objetivo era ver si las tasas de recombinación aumentan en partes del genoma que también muestran fuertes signos de adaptación. Esto se hizo calculando las tasas de adaptación en diferentes partes de los genomas de los coronavirus humanos estacionales.

En resumen, tal enfoque y este tipo de marco permitieron la estimación combinada de redes y tasas de recombinación, tamaños de población efectivos, pero también parámetros que delinean mutaciones a lo largo del tiempo a partir de datos de secuencias genéticas muestreadas.

Una historia evolutiva compleja de los coronavirus similares al SARS

Este artículo ha demostrado claramente que los eventos de recombinación prevalecen en la historia evolutiva de los coronavirus similares al SARS y que las tasas de recombinación en los coronavirus estacionales humanos antes mencionados tienden a variar con las tasas de adaptación. Esto implica que la recombinación puede ser beneficiosa para la aptitud de los coronavirus estacionales humanos.

Por otro lado, se demostró que la historia evolutiva de los coronavirus similares al SARS es muy compleja y con poca semejanza con la evolución en forma de árbol. Además, los investigadores han demostrado que la recombinación solo se observó entre virus similares al SARS estrechamente relacionados en la historia reciente del SARS-CoV-2.

Un hallazgo notable fue que la recombinación también ocurre habitualmente en los coronavirus humanos a tasas comparables a la reordenación en los virus de la influenza. Los puntos de corte de recombinación en los coronavirus humanos también pueden variar de acuerdo con las tasas de adaptación a través de los genomas, lo que sugiere que los eventos de recombinación se seleccionan positiva o negativamente en función de dónde tienden a ocurrir dichos puntos de corte.

Ejemplo de red de recombinación.  Eventos que pueden ocurrir en una red de recombinación como se considera aquí.  Consideramos que los eventos ocurren desde el presente hacia atrás en el tiempo hasta el pasado (como es la norma cuando se observan los procesos coalescentes. Los linajes se pueden agregar a los eventos de muestreo, que ocurren en puntos predefinidos en el tiempo y están condicionados. Los eventos de recombinación dividen el camino de un linaje en dos, con todo en un lado de un punto de ruptura de recombinación yendo en uno y todo en el otro lado de un punto de ruptura yendo en la otra dirección.

Ejemplo de red de recombinación. Eventos que pueden ocurrir en una red de recombinación como se considera aquí. Consideramos que los eventos ocurren desde el presente hacia atrás en el tiempo hasta el pasado (como es la norma cuando se observan los procesos coalescentes. Los linajes se pueden agregar a los eventos de muestreo, que ocurren en puntos predefinidos en el tiempo y están condicionados. Los eventos de recombinación dividen el camino de un linaje en dos, con todo en un lado de un punto de ruptura de recombinación yendo en uno y todo en el otro lado de un punto de ruptura yendo en la otra dirección.

Reconstrucción filogenética

Está claro que conocer hasta qué punto se prevé que la recombinación dé forma al SARS-CoV-2 en los años siguientes y tener las herramientas para identificar tales eventos y realizar la reconstrucción filogenética será una adición esencial a nuestro arsenal de diagnóstico.

“La estimación de la carga deletérea de virus antes y después de la recombinación mediante la reconstrucción de secuencias ancestrales podría ayudar a arrojar luz sobre qué secuencias se favorecen durante la recombinación”, dicen los autores del estudio en este bioRxiv papel.

“Además, al tener secuencias adicionales para reconstruir patrones de recombinación, los coronavirus estacionales deberían aclarar el papel que juega la recombinación en la evolución a largo plazo de estos virus”, concluyen.

El aumento plausible de recombinantes de SARS-CoV-2 en el futuro aumentará la necesidad de métodos que realicen inferencias filogenéticas y filodinámicas en presencia de recombinación. Por último, la aplicabilidad de los modelos de recombinación abrirá la puerta a un uso más generalizado de modelos para estudiar la propagación de patógenos.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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