Прогнозирование новых пандемий с помощью анализа данных геномов рекомбинантных вирусовПрогнозирование новых пандемий с помощью анализа данных геномов рекомбинантных вирусов
Рекомбинация - ключевой молекулярный механизм, используемый РНК-вирусами для ускорения своей эволюции.
Рекомбинация происходит как в вирусах с сегментированным, так и несегментированным геномом; родительские штаммы рекомбинантного вируса называются соответственно "донором" и "акцептором". Рекомбинация требует совместной циркуляции и совместного инфицирования одного и того же хозяина; клиническое и эпидемиологическое значение этого процесса весьма велико, поскольку рекомбинантные вирусные штаммы ассоциируются с изменением тропизма вируса к хозяину, усилением вирулентности, уклонением от иммунитета хозяина и развитием устойчивости к противовирусным препаратам.
В свете этих соображений и с учетом недавней глобальной эпидемии COVID-19 международные органы здравоохранения и исследователи все чаще признают необходимость разработки новых и быстрых методов выявления рекомбинации. Филогенетический анализ необходим для мониторинга распространения и эволюции вирусов. Все подходы, основанные на филогении, предполагают, что общая история патогенов, выделенных от разных хозяев, может быть описана ветвящимся филогенетическим деревом. Рекомбинация нарушает это предположение и влияет на применение филогенетических методов для реконструкции цепей инфицирования, эволюции вирусов и, в конечном счете, геномного надзора за патогенами.
За время пандемии COVID-19 SARS-CoV-2 накопил более 130 тыс. различных нуклеотидных мутаций, что привело к появлению более 2 тыс. линий. В первые три года пандемии COVID-19 наблюдался ограниченный уровень рекомбинации, однако после появления и распространения новых проблемных вариантов стало известно об увеличении числа рекомбинантных линий. Действительно, по мере развития и дифференциации SARS-CoV-2 было отмечено несколько событий рекомбинации, что еще раз подчеркивает важность рекомбинации как молекулярного механизма формирования геномного и фенотипического разнообразия в эпидемических/пандемических вирусах.
После пандемии COVID-19 было предложено несколько методов выявления рекомбинации в геноме SARS-CoV-2, однако ни один из них не смог достоверно подтвердить результаты ручного анализа, проведенного экспертами в данной области. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, представлены многообещающие результаты работы RecombinHunt, нового метода, основанного на данных, разработанного на факультете электроники, информации и биоинженерии Миланского университета, который позволяет с высокой точностью и вычислительной эффективностью выявлять рекомбинантные геномы SARS-CoV-2 с одной или двумя точками разрыва.
RecombinHunt продемонстрировал высокую специфичность и чувствительность, является более эффективным, чем все другие уже разработанные методы, и точно подтверждает результаты ручного экспертного анализа. Данный метод также идентифицировал рекомбинантные вирусные геномы из недавней эпидемии обезьяньей оспы с высокой степенью совпадения с анализами, проведенными вручную экспертами, что говорит о надежности подхода и возможности его применения к любому эпидемическому или пандемическому вирусу, представляя собой важный инструмент для борьбы с будущими пандемиями.
Руководитель исследования Стефано Чери отмечает, что "исследование стало возможным благодаря исключительному вкладу лабораторий со всего мира, которые предоставили международному сообществу более 15 миллионов вирусных последовательностей. Наша цель - создать инструменты предупреждения для предвидения и борьбы с новыми вирусными эпидемиями и пандемиями". Исследование демонстрирует, как развитие инновационных и эффективных вычислительных методов позволяет более тщательно и достоверно оценить эволюцию патогенов и любые последствия для здоровья человека. Полученные результаты показывают, что RecombinHunt обладает высокой точностью и надежностью и представляет собой большой прорыв в обнаружении рекомбинантных вирусов в условиях крупномасштабных эпидемий/пандемий. Метод может быть применен к большинству доступных коллекций нуклеотидных мутаций для вирусных видов и облегчает обнаружение рекомбинантных вирусных геномов в текущих и будущих вирусных вспышках.
