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呼吸疾病国家重点实验室赵金存团队与深圳华大发现COVID-19病人个体内新冠病毒准种变异新特征

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  广州医科大学附属第一医院/广州呼吸健康研究院/呼吸疾病国家重点实验室赵金存教授团队与深圳华大等单位合作,发现新冠肺炎(COVID-19)病人个体不同时间点及不同生理部位(呼吸道、消化道)病毒准种变异进化特征,为新冠病毒的进化和突变毒株的出现提供了重要理论指导。相关论文“Intra-host Variation and Evolutionary Dynamics of SARS-CoV-2 Populations in COVID-19 Patients”于2021年2月23日在线发表在专业期刊《Genome Medicine》杂志。

  

  图1 “Intra-host Variation and Evolutionary Dynamics of SARS-CoV-2 Populations in COVID-19 Patients”上线Genome Medicine杂志

  研究采集了COVID-19病人连续时间点、多种类型样品,包括:鼻咽拭子、痰液、粪便、尿液、胃粘膜等,利用转录组测序和探针杂交捕获法同时进行新冠病毒基因组深度测序,比较分析不同个体间和个体内不同组织中的病毒进化变异特征。研究发现临床样品深度测序病毒相关序列比例与荧光定量CT值具有一定相关性,其中呼吸道(鼻、咽、痰)和肠道样品(粪便、肛拭子)检测到的病毒相关序列远高于尿液和胃粘膜样品。通过序列拼接获得32个全基因序列,与参考序列比对,发现14个SNP,其中ORF8b中发现新的移码突变,位点多样性突变表明新冠病毒遗传变异具有明显的可塑性和适应性;另外,研究发现在COVID-19病人肠道样品中存在多个不同分支病毒共同存在的现象,可能来自于多个亚型共感染、反复突变或准种变化等原因。

  进一步,研究团队进行了同一个体内不同生理部位病毒群体(准种)的变异分析,在个体内发现40个少数碱基突变(intra-host single nucleotide variants, iSNV),其中大部分(30/40)iSNV仅在单一病人样品中存在,少部分(10/40)iSNV在多个病人中共享;iSNV是用于预测病毒人间传播方向和传播瓶颈的重要工具。比较分析发现iSNV的分布与ORFs、codon position、异义/无义突变没有显著相关性,表明目前的iSNV的进化主要依靠中性选择或不完全净化。检测到的大部分iSNV(30/40)主要是rare iSNV (仅在一个病人中检测到),少部分(10/40)为common iSNVs (多个病人共有),且rare iSNV与common iSN在出现频率上没有明显区别,表明目前新冠病毒的种类变异具有严格的遗传瓶颈。SNP与iSNV的比较也表明目前检测到的iSNV大部分无法有效传播。

  此外,研究团队比较分析发现肠道新冠病毒的多样性高于呼吸道样品,呼吸道样品与肠道样品没有相同的iSNV共享,表明肠道样品中的病毒选择压力更为宽松,更容易产生变异毒株;两个不同生理部位病毒具有明显的遗传差异。纵向多个时间点比较呼吸道和肠道病毒群体变化发现,肠道样品中的iSNV可在多个时间点连续检测到,具有明显的频率动态变化;而呼吸道样品中很少有连续的iSNV检测到,表明肠道样品中新冠病毒变异更加稳定、变异多样性更丰富、个体少数碱基突变也更具有可持续性。以上COVID-19病人个体内新冠病毒准种变异新特征为疫情的防控提供了重要参考。

  新型冠状病毒SARS-CoV-2是2019年年底发现的第7种可感染人的冠状病毒,致病性强,人间传播快,截至2021年2月中旬已感染1亿多人,病死240多万人。阐明新冠病毒的变异特征对疫情防控、病原检测、疫苗开发等具有重要意义。广州医科大学/广州呼吸健康研究院/呼吸疾病国家重点实验室王延群、张昭勇、朱爱如、黄勇波;深圳华大生命科学研究院王达希、孙婉莹;深圳华大因源医药科技有限公司陈唯军;广州市第八人民医院张璐为本文第一作者。通讯作者为广州医科大学/广州呼吸健康研究院/呼吸疾病国家重点实验室赵金存、黎毅敏、肇静娴;深圳华大生命科学研究院李俊桦。该项目获得国家重大专项、科技部新型冠状病毒专项、广东省新型冠状病毒专项等项目支持。

  

  图2.种内病毒群体少数碱基突变iSNV分布

  本期编辑:Double

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