Анализ:
Пандемия COVID-19, скорее всего, является одним из самых необычных событий, свидетелем которых был кто-либо во всем мире в таких масштабах. Это единственный раз, когда мы действительно можем сказать, что природа победила человека, просто проявив свое присутствие. Сами инструменты глобализации, современная медицина, информационные технологии и политика не подготовили мир к такой крупномасштабной пандемии. Это может стать новой нормой на многие годы вперед. Я воспользовался возможностью просмотреть как можно больше литературы по SARS-CoV-2 за последние несколько недель, а также провел предварительный анализ представленных последовательностей. Я поместил ссылки на все, что использовалось для составления моих мнений, чтобы все можно было перепроверить. Обзор данных из опубликованной литературы, наряду с анализом последовательностей, цель этого документа - проанализировать, что можно разработать, чтобы позволить нам бороться с этим неизвестным пандемическим противником. Я сделал общий обзор способа передачи, заражения и репликации SARS-CoV-2, прежде чем погрузиться в анализ. Идея анализа заключается не только в том, чтобы показать корреляцию с биологическими аспектами из различных исследований, но также в создании будущих точек данных для сравнения последовательностей после 17 апреля 2020 года и оценки любых дальнейших изменений. Первоначальный процесс выполнения этого был больше похож на открытие, но в дальнейшем все новые последовательности могут быть оценены в соответствии с критериями, разработанными за несколько часов. Кроме того, идея привязки клинических данных к вариантам в будущем должна помочь в оказании помощи передовым здравоохранением в сортировке и управлении ресурсами на основе эволюционирующей матрицы вариантов. В будущем планируется связать управление с вариантом типа на основе алгоритмов машинного обучения.
Общая информация - фундамент:
Способ передачи:
Обычно передается воздушно-капельным путем или контактом с фомитами. Когда вирус попадает в организм или попадает в носовое или оральное отверстие, он, как правило, остается в верхних дыхательных путях. Скорость передачи вируса Ro = 2,5 [11]. Это сравнительно больше, чем у других вирусов в окружающей среде, и без коллективного иммунитета или вакцин в некоторых исследованиях оценивается более высокая скорость передачи.
Как коронавирус выбирает человеческую клетку, которую хочет нанести вред?
Вирус инициирует процесс, называемый инфекционным циклом. Клетка человека может быть восприимчивой, пермиссивной или и тем, и другим к вирусу. Общие шаги:
Вложение → Проникновение → Распад → Биосинтез (репликация) → Созревание → Освобождение
Вирус, как мы знаем, проникает в клетку через свои шипы, которые представляют собой гликопротеин S. Этим ответственным геном является ген S (позиция 21563..35384 пар оснований). Его структура похожа на вирус SARS 2002 года. Таким образом, как только вирус обнаруживает восприимчивую клетку (это восприимчивая клетка к инфекции - в данном случае ACE-2), он проникает в клетку хозяина и воспроизводится с использованием клетки хозяина (человека ячейка) машины.
Что происходит, когда вирус попадает в клетку человека?
Как только вирус попадает в цитоплазму клетки человека, вирус высвобождает свою РНК в цитоплазму. Вирусная РНК трансформируется в мРНК, которая затем инициирует трансляцию вирусного белка. Вирусная мРНК содержит достаточно генетической информации, чтобы кодировать многие белки. Эти белки являются вирусными белками-предшественниками, созданными для запуска процесса репликации. RdRP (РНК-зависимая РНК-полимераза) - важный белок, который генерирует РНК из матрицы РНК, особенно это касается коронавирусов. Область ORF1ab, которая начинается от оснований 266 до 21,555, охватывает RdRP (позиция соединения 13422 .. 13468, 13468 .. 16236) внутри кадра. Открытая рамка считывания также включает в себя различные полипротеины, которые используются в процессе репликации.
Как размножается вирус?
Попадая в цитоплазму, вирусная РНК создает мРНК, которая синтезирует различные белковые комплексы с помощью множества механизмов, а именно IRES-опосредованной и CAP-зависимой трансляции [9] [7]. Я не буду описывать сам процесс, но, что более важно, расскажу о том, как этот процесс инициируется. На 5'-конце процесс трансляции инициируется группой белков, называемых eIFs [8] (факторы инициации эукариот). Множественные факторы инициации эукариот, наряду с ферментами и другими комплексами белков, способствуют созданию комплексов, которые инициируют репликацию вируса с использованием клетки-хозяина. Наиболее важно понимать, что когда дело доходит до коронавирусов из-за размера (в среднем 30 000 оснований), существует встроенный механизм корректуры, снижающий частоту ошибок репликации и, в свою очередь, замедляющий мутации [15]. Другой метод, с помощью которого, как известно, размножаются коронавирусы, - это рекомбинация. Здесь они могут инфицировать, а также скрещиваться между видами, что может объяснить, как вирусы могут инфицировать различных хозяев.
Положительным моментом является тот факт, что 1. Скорость мутации коронавируса ниже, чем у других вирусов. 2. Косвенно это хорошо, поскольку есть хорошие шансы для разработки вакцины.
Откуда мы так много знаем о вирусе и почему у нас нет никаких лекарств или вакцин?
Большая часть информации о SARS-CoV-2 была получена из репрезентативной информации от SARS, которая была глобальной проблемой в период с 2002 по 2003 год. Чтобы выразить это в контексте, SARS (и, скорее всего, SARS-CoV-2) мутирует медленнее, чем ВИЧ. Частота мутаций гриппа [10] намного выше, чем у коронавируса и ВИЧ. У нас есть вакцина от гриппа, но почему у нас нет вакцины [4] от штаммов коронавируса, вызывающих простуду, таких как OC43 и HKU1?
Если невозможно разработать вакцины, возможно, можно разработать лекарство. Давайте не будем рассматривать перепрофилированный препарат, на данный момент проводится более 400 клинических испытаний. Если бы мы наверняка знали механизм атипичной пневмонии и коронавируса в целом, мы бы смогли найти пригодное для употребления лекарство. Нацеливание на репликацию, особенно на комплекс инициации eIF4 [13], теоретически может предотвратить размножение. Принимая во внимание этот подход, уже есть несколько молекул, которые исследователи нашли и даже зарегистрировали патенты для лечения коронавируса. В одном конкретном патенте (https://patents.google.com/patent/EP3305290A1/en) в 2016 году конкретно говорится о сильвестроле [6] / эписилвестроле как о молекуле для лечения коронавируса, которая структурно очень похожа на SARS-CoV-2. Для сильвестрола как возможной серебряной пули другие молекулы, такие как гиппуристанол [19], патеамин А или амидинорокаглаты [12], могут рассматриваться как альтернативы, основанные на исследованиях. Недавнее исследование оценивает блокирование белка спайков [2] с использованием ингибитора слияния EK1C4, что позволяет использовать его для всех бета-коронавирусов человека. Да, необходимо провести клинические испытания, но, учитывая 3 крупных вспышки вирусов из этой группы вирусов SARS, MER и теперь SARS-CoV-2, разве это не будет в интересах человечества?
1. Цинь, Чуан и др. «Нарушение регуляции иммунного ответа у пациентов с COVID-19 в Ухане, Китай». Электронный журнал SSRN, 2020, DOI: 10.2139 / ssrn.3541136.
2. Ся, Шуай и др. «Ингибирование инфекции SARS-CoV-2 (ранее 2019-NCoV) с помощью высокоэффективного ингибитора слияния пан-коронавируса, нацеленного на его спайковый белок, обладающий высокой способностью опосредовать слияние мембран». Cell Research, vol. 30, нет. 4, 2020, стр. 343–355., DOI: 10.1038 / s41422–020–0305-x.
3. Гудман, Бренда. «Цитокиновые бури могут стать причиной некоторых смертей от COVID». WebMD, WebMD, 17 апреля 2020 г., «www.webmd.com/lung/news/20200417/cytokine-storms-may-be-fueling-some-covid-deaths».
4. Грэм, Рэйчел Л. , и другие. «Оценка резистентного к рекомбинации коронавируса как широко применимой и быстро реализуемой платформы для вакцин». Коммуникационная биология, т. 1, вып. 1, 2018, DOI: 10.1038 / s42003–018–0175–7.
5. Walls, Alexandra C., et al. «Структура, функция и антигенность гликопротеина шипа SARS-CoV-2». Сотовый, нет. 180, 16 апреля 2020 г., стр. 281–292., DOI: 10.1101 / 2020.02.19.956581.
6. Мюллер, Кристин и др. «Противовирусная активность широкого спектра действия ингибитора eIF4A Сильвестрола против короны и пикорнавирусов». Антивирусные исследования, т. 150, 2018, pp. 123–129., DOI: 10.1016 / j.antiviral.2017.12.010.
7. Накагава К. и др. «Трансляция вирусных и клеточных MRNA в клетках, инфицированных коронавирусом». Успехи коронавирусов в вирусных исследованиях, 2016 г., стр. 165–192., Doi: 10.1016 / bs.aivir.2016.08.001.
8. Меррик, Уильям К. «Cap-Dependent and Cap-Independent Translation in Eukaryotic Systems . » Джин, т. 332, 2004, стр. 1–11., DOI: 10.1016 / j.gene.2004.02.051.
9. Рихтер, Джоэл Д. и Наум Зоненберг. «Регулирование кэп-зависимой трансляции ингибирующими белками eIF4E». Природа, т. 433, нет. 7025, 2005, стр. 477–480., DOI: 10.1038 / nature03205.
10. Zhao, Zhongming, et al. «Умеренная скорость мутаций в геноме коронавируса SARS и ее последствия». Средняя частота мутаций в геноме коронавируса SARS и его последствия, 1471–2148 / 4/21, 28 июня 2004 г., doi: doi: 10.1186 / 1471–2148–4–21.
11. Lauer, Stephen A., и другие. «Инкубационный период коронавирусной болезни 2019 г. (COVID-19) из официально зарегистрированных подтвержденных случаев: оценка и применение». Annals of Internal Medicine, 2020, DOI: 10.7326 / m20–0504.
12. Чу, Дженнифер и др. «Амидино-рокаглаты: мощный класс ингибиторов eIF4A». Клеточная химическая биология, т. 26, вып. 11, 2019, DOI: 10. 1016 / j.chembiol.2019.08.008.
13. Cencic, R., et al. «Блокирование взаимодействия eIF4E-eIF4G как стратегия нарушения репликации коронавируса». Журнал вирусологии, вып. 85, нет. 13, 2011, стр. 6381–6389., DOI: 10.1128 / jvi.00078–11.
14. Ву, Чаомин и др. «Факторы риска, связанные с синдромом острого респираторного дистресса и смертью у пациентов с пневмонией, вызванной коронавирусом 2019 г., в Ухане, Китай». JAMA Internal Medicine, 2020, doi: 10.1001 / jamainternmed.2020.0994.
15. Пек, Кайла М. и Адам С. Лауринг. «Сложности скорости вирусных мутаций». Журнал вирусологии, вып. 92, нет. 14, 2018, DOI: 10.1128 / jvi.01031-17.
16. Ян, Цзин и др. «Распространенность сопутствующих заболеваний и их последствия у пациентов с коронавирусной болезнью 2019 г .: систематический обзор и метаанализ». Международный журнал инфекционных болезней, вып. 94, 2020, стр. 91–95., DOI: 10.1016 / j.ijid.2020.03.017.
17. Минакши, Ринки и др. «Белок коронавируса 3a SARS вызывает стресс эндоплазматического ретикулума и вызывает лиганд-независимое подавление рецептора интерферона 1 типа». PLoS ONE, т. 4, вып. 12, 2009, DOI: 10.1371 / journal.pone.0008342.
18. Сиу, Кам-Леунг и др. «Белок ORF3a коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома активирует инфламмасому NLRP3, стимулируя TRAF3-зависимое убиквитинирование ASC». Журнал FASEB, т. 33, нет. 8, 2019, стр. 8865–8877., DOI: 10.1096 / fj.201802418r.
19. Ченчич, Регина и Джерри Пеллетье. «Гиппуристанол - мощный стероидный ингибитор фактора инициации эукариот 4A». Перевод, т. 4, вып. 1, 2016, DOI: 10.1080 / 21690731.2015.1137381.
20. Тан, Сяолу и др. «О происхождении и продолжающейся эволюции SARS-CoV-2». National Science Review, 2020, DOI: 10.1093 / nsr / nwaa036.
21. Хуанг, Чаолинь и др. «Клинические особенности пациентов, инфицированных новым коронавирусом 2019 г., в Ухане, Китай». Ланцет, т. 395, нет. 10223, 2020, стр. 497–506., DOI: 10.1016 / s0140–6736 (20) 30183–5.
Используемые инструменты:
Ссылка NC_045512.2
Записи загружены в NCBI до 17 апреля 2020 г. Все загруженные записи - это SARS-CoV-2.
Биоинформатические инструменты:
При анализе вируса это было сделано против эталонного вируса от NCBI. Инвентарный номер опубликованного ссылочного номера NC_045512. Поскольку моя цель не связана с эпидемиологией и не для оценки того, был ли вирус создан человеком, я сосредоточился только на образцах вируса SARS-CoV-2. С этого момента были проанализированы все образцы, представляющие полные геномы. На сегодняшний день оценка проводилась по 824 образцам, список которых можно найти на странице www.virfast.com/covid19 вместе с найденными вариантами. В образцах оценивали только полные геномы.
Примененные критерии:
Было отмечено 11 вариантов и рассмотрена частота мутаций выше 20%. При рассмотрении кодонов и аминокислот мутация, обнаруженная в положении 241 на 5 'UTR, была исключена из списка, поскольку ее влияние находилось за пределами любой основной кодирующей области. гены, упомянутые в соответствии с их положениями CDS (нуклеотидов), были рассмотрены. Все рассмотренные мутации, следующие за консенсусом, были SNP (однонуклеотидные полиморфизмы), и была рассмотрена частота согласованной частоты более 20%. Некоторые последовательности имели делеции и вставки с указанными варианты, которые были задокументированы здесь, однако репрезентативный процент составлял 1,3%. Наблюдение, основанное на наблюдаемых закономерностях, необходимо связать с клиническими данными. Другие образцы консенсуса, которые нельзя было отнести к категории синонимичных или несинонимичных, были исключены из анализа. Это была группа из 5 образцов, что составляло 0,6%. Согласованные мутации были обнаружены в 3 областях открытой рамки считывания, а также в области гена «S». Области перечислены ниже:
Мутация в области ORF1ab, где представлен белковый комплекс RdRP, рассматривалась отдельно. Также рассматриваются другие изменения по сравнению с эталоном в ORF1ab. Согласно статье [20] вирус nCOV - SARS2 был разделен на 2 типа, а именно на L (лейцин) и S (сериновый) тип. На основании приведенных выше классификаций, сделанных для типа L и типа S, варианты были дополнительно охарактеризованы по положению и типу. Я должен был учитывать, что открытая рамка считывания ORF1ab будет охватывать варианты в области белка RdRP. Ниже представлены варианты и родственные мутации:
Мутации ORF1ab:
Сайт белка RdRP представлен нуклеотидами [13442..13468,13468..16236], обнаруженными в ORF1ab. Множественные комплексы nsp наблюдаются по всей области гена ORF1ab, которые вносят вклад в комплекс трансляции.
Положение мутации RdRP:
Мутация гена «S»:
Ген «S» отвечает за продукцию гликопротеина S «шипа». Согласно исследованиям [5] гликопротеин S имеет две субъединицы S1 и S2, которые используют сайт расщепления фурином на границе обеих субъединиц, чтобы прикрепиться к клеткам ACE2 в дыхательных путях и получить доступ к системе хозяина. Этот аналогичный механизм использовался другими бета-коронавирусами, включая CoV-SARS, который вызвал первоначальную вспышку в 2002 году.
Мутация ORF3a:
Было обнаружено, что белок ORF3a вносит вклад в UPR (ответ развернутого белка) через ER (эндоплазматический ретикулум), следовательно, он также вносит вклад в белковые комплексы для трансляции [17]. Конкретная область также участвует в активации инфламмасомы [18], которая вызывает провоспалительную реакцию посредством интерлейкинового ответа. Может ли это объяснить цитокиновый шторм, наблюдаемый во многих клинических случаях [3]? Кроме того, согласно клиническим метааналитическим исследованиям, тот факт, что IL-1 и TNF активируются, вызывая инсулинорезистентность, может существовать между мутацией здесь и сопутствующей патологией, наблюдаемой при диабете.
Мутация ORF8:
Значение этой мутации можно связать с ранее упомянутой статьей [20], в которой присутствие лейцина из-за вышеупомянутой мутации было связано с L-типом. Тип L с точки зрения наблюдений был связан с другим набором клинических признаков, которые кажутся более агрессивными. Согласно бумаге разброс типа L больше по сравнению с типом S, который составляет примерно 70% по сравнению с 30% типа S. В этом наборе для исследования тип L представлял 63% проанализированных образцов.
Исключения:
Следующие образцы были исключены из группировки в варианты из-за неспецифических изменений нуклеиновых кислот. Эти исключения составляют 0,6% набора данных.
MT326065
MT258381
MN988713
MT325585
MT344944
Мутации:
Варианты на основе ›20% частоты отмечены для 824 выборок:
Помимо мутаций, показанных выше, были некоторые заметные и последовательные делеции, пара вставок, замеченных в консенсусной последовательности. Хотя они перечислены ниже, остается неубедительным, коррелируют ли эти вставки и делеции с патогенностью.
Список образцов с удаленными вставками:
Вставки и удаления составили примерно 1,3% от 824 выборки. Будет важна проверка этих данных на предмет согласованности с точки зрения качества чтения для некоторых последовательностей. Более того, специфическое воздействие этих делеций и вставок должно быть связано с клиническими данными.
Представление варианта для страны
Клиническое воздействие:
Согласно этому метааналитическому исследованию [16] общие симптомы, представленные в виде распространенности:
1. Лихорадка - 91%
2. Кашель - 68%
3. Утомляемость - 51%
4. Динспея (одышка) - 30%.
В дополнение к вышеупомянутой симптоматике врачи заметили цитокиновый шторм, который заставляет организм бороться с самим собой на основе иммунологической реакции [3]. Недавнее сообщение от PICS (Pediatric Intensive Care Society) показывает, что небольшое количество детей сообщают о симптомах, имитирующих синдром токсического шока и атипичную болезнь Кавасаки. Что касается иммунного ответа и цитокинового шторма, исследование, проведенное в Китае [1], показывает, что воспалительные цитокины повышались как в тяжелых, так и в нетяжелых формах заболевания. В метаанализе [16] в общей сложности приняли участие 1576 пациентов. Он основан на влиянии инфекции и сопутствующих заболеваний. Общие сопутствующие заболевания, наблюдаемые в исследовании, включают гипертонию, диабет, респираторные заболевания (например, ХОБЛ) и другие сердечно-сосудистые заболевания. Другие исследования [21] расширяют лабораторные исследования с помощью компьютерной томографии для всех пациентов, показывающих пятнистую непрозрачность или внешний вид матового стекла. Другими тестами [14], которые показали аномальный диапазон показаний в исследуемой популяции, были прокальцитониновый тест, лактатдегидрогеназа, тест интерлейкина-6, повышенные D-димеры, CRP (c-реактивный белок), ESR (скорость оседания эритроцитов), АЧТВ (активированное частичное тромбопластиновое время) и повышенное протромбиновое время. По сравнению с пациентами, не входящими в ОИТ, наблюдалось сравнительное увеличение количества лейкоцитов, нейтрофилов, D-димеров и креатининкиназы.
Заключение:
Используя данные о вариантах и основываясь на литературе, становится ясно, что вариации в последовательности SARS-CoV-2 действительно имеют прямое влияние на патологию у хозяина. Связывание клинических признаков и дополнительных исследований с идентификацией видов и вариантов позволит эффективно распределять ресурсы при ведении пациентов и эффективной сортировке. Вышеуказанная информация также может быть использована для разработки алгоритмов лечения, связанных с различными вариантами. Благодаря большему количеству данных эффективный алгоритм машинного обучения добавит огромную ценность информации, которая была создана на сегодняшний день.
Следующее обновление - анализ последовательностей SARS-CoV-2 за последние 2 недели с количественной оценкой наблюдений в этой статье.
Использованная литература:
© 2020, Все права защищены.
Первоначально опубликовано на «http://virfast.com».
SARS-CoV-2 - Часть 1
