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SARS-CoV-2宿主内多样性和传播

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科学2021年4月16日:
卷。372,问题6539,EABG0821
DOI:10.1126 / science.abg0821

模式和瓶颈

每年进入严重的急性呼吸综合征冠状病毒2大流行,我们正在经历新的变种的波浪。这些变体中的一些令人担忧的功能影响,例如增加的传播性或抗体治疗逃逸。Lythgoe.等等。已经进行了1000多名医院患者分离物的深入测序,以了解病毒如何在个人内突变。总的来说,似乎存在宿主病毒多样性的一致和可重复的模式。作者在大多数样本中只观察到一个或两种变体,但少数载有许多变种。虽然证据表明了强烈的净化选择,包括在负责病毒进入的尖峰蛋白中,作者还看到了与家庭和其他可能的超级普通事件相关的传输集群的证据。传输后,大多数变体都脱火,但偶尔会发起的持续传输和更广泛的传播。

科学,这个问题p。eabg0821

结构摘要

介绍

在严重的急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-COV-2)大流行中以前所未有的规模进行基因组测序有助于跟踪病毒的扩散并鉴定新的变体。这项工作的大部分都考虑了每个受感染者的单一共识序列。在这里,我们看着分析病毒群体内的遗传变异,构成感染,并在感染传递到新人时研究了宿主内突变的命运。之内-宿主多样性提供了帮助确认直接传播和识别令人担忧的新变种的手段。

理由

我们在英国的第一波感染中测序了1313个SARS-COV-2样品。在传输和持续的病毒演化的背景下,我们在主持人的多样性和动态中表征。

结果

宿主内多样性可以用宿主内单核苷酸变异(iSNVs)的数量来描述,iSNVs发生在一个给定的次要等位基因频率(MAF)阈值之上。我们发现,在低病毒载量样本中,随机抽样效应导致maf的方差更高,导致在任何阈值下检测到更多的isnv。基于27对高病毒载量复制RNA样本的子集(> 50000个唯一的veSEQ reads,对应的周期阈值为~22),MAF最小值为3%的iSNVs是高度重复性的。比较41个个体的两个时间点的样本,平均间隔6天(四分位数比2 - 10),我们观察到了iSNV产生和损失的动态过程。通过比较14对家庭接触者的isnv,我们估计了1到8种病毒的传播瓶颈大小。同一家庭中个体间的共识差异(样本深度允许检测iSNV)可以通过在配对个体的同一位点存在iSNV来解释,这与直接传播导致固定相一致。接下来,我们重点研究了一组563个高度可信的iSNV位点,这些位点至少在一个高病毒载量样本中存在变异(> 50000个唯一图谱);不太可能代表基因组多样性的低置信度iSNVs被排除。高病毒载量样本的宿主内多样性有限(每个样本平均1.4个iSNVs)。两个例外,每个>14 isnv,显示变异频率与合并感染或污染一致。 Overall, we estimated that 1 to 2% of samples in our dataset were coinfected and/or contaminated. Additionally, one sample was coinfected with another coronavirus (OC43), with no detectable impact on diversity. The ratio of nonsynonymous to synonymous (dN / dS)在整个基因组中估计iSNVs与宿主内纯化选择一致[dN / dS= 0.55,95%置信区间(95%CI)= 0.49至0.61]和刺基因(dN / dS= 0.60, 95% CI = 0.45 ~ 0.82)。然而,我们在多个样本中观察到Spike变异,这些变异已被证明增加了病毒传染性(L5F)或对抗体(G446V和A879V)的耐药性。我们观察到高置信度isnv与系统发生一致变化(153例)之间的强相关性,与传播后固定或新突变达成一致一致一致一致。未达成共识的共享变异(261例)没有系统发育相关。

结论

使用强大的方法来调用主机内变型,我们发现了一致的宿主多样性,净化选择和窄传输瓶颈的一致模式。在宿主内出现疫苗和治疗性逃逸突变可能是相对罕见的,至少在早期感染期间,当病毒载量高时,高病毒载样本中的免疫逃生变体的观察强调了继续警惕的需求。

显示低SARS-COV-2在宿主遗传多样性内和窄传输瓶颈内。

高病毒载量的个体通常很少(如果有的话)有宿主内变异。狭窄的传输瓶颈意味着源个体中的主要变体通常被传输,而次要变体丢失。偶尔,轻微变异传播,导致共识改变,或多个变异传播,导致混合感染。资料来源:FontAwesome,授权CC BY 4.0。

抽象的

大流行病毒严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-COV-2)的广泛全球采样和测序使研究人员能够监测其差异并识别新的变体。变体扩散的两个重要决定因素是他们在个人内产生的频率以及它们的速度有多大。为了在主机内分集和传输中表征,我们深入测序来自英国的1313个临床样本。SARS-COV-2感染的特征在于当病毒载荷高并且通过传输时的狭窄瓶颈时,宿主内部多样性低。大多数变体要么丢失或偶尔固定在传输点,具有最小的共同分集,在系统发育树上容易观察的模式。我们的研究结果表明,传播增强和/或免疫逃生SARS-COV-2变体很少可能出现,但如果成功传播,则可能会迅速传播。

  • OVSG成员的完整列表是在补充材料中提供的。

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