Секвенирование и филогенетический анализ гена ORF3a варианта В.1.1.7 вируса SARS-CoV-2

Проблема «новых» инфекционных болезней в настоящее время приобрела особую актуальность для национальных и международных систем здравоохранения. Одной из таких инфекций является коронавирус SARS-CoV-2. В связи с быстрым распространением нового типа коронавируса в мире, важное место занимает проведение молекулярно-генетических исследований данного вируса. Это поможет понять природу вируса и разработать противовирусные препараты с целью профилактики заболевания. Цель - идентификация миссенс-мутации в гене ORF3a исследуемого коронавирусного штамма SARS-CoV-2/human/KAZ/Britain. В данной работе представлены результаты наработки и секвенирования гена ORF3a коронавирусного штамма SARS-CоV-2/human/KAZ/Britain. Для наработки и секвенирования методом Сэнгера гена ORF3a было разработано 4 пары праймеров, с перектытием 100-150 п.о. Анaлизировaны изменения в гене ORF3a по сравнению с другими штаммами, данные которых получены из базы данных GISAID. В результате полученные последовательности аминокислот гена ORF3a варианта В.1.1.7 были сравнены с эталонным штаммом hCoV-19/Wuhan/Hu-1/2019, где была определена одна мутация в позиции 149: W (триптофан) → L (лейцин). Также определена филогенетическая принадлежность исследуемого штамма вируса, где определена генетическая дистанция между исследованными штаммами вируса SARS-CoV-2. Таким образом, наибольшее сходство с исследуемым штаммом были: hCoV-19/Wuhan/Hu-1/2019, hCoV-19/England/MILK-9E05B3/2020, hCoV-19/Japan/IC-0446/2020, hCoV-19/Germany/NI-IOV-MHH15/2020, а штамм  hCoV-19/Argentina/PAIS-F0418/2021 значительно дистанцировал от штамма SARS-CoV-2/human/KAZ/Britain.

1. Lu H., Stratton C.W., Tang Y.W. Outbreak of pneumonia of unknown etiology in Wuhan, China: The mystery and the miracle. // J Med Virol. – 2020. 92(4). - Р.401-402. doi:10.1002/jmv.25678

2. Lam S., Lombardi A., Ouanounou A. COVID-19: A review of the proposed pharmacological treatments. // Eur J Pharmacol. – 2020. - 886 (5) 173451. doi:10.1016/j.ejphar.2020.173451

3. COVID-19 – China. Pneumonia of unknown cause – China (who.int)

4. Zhu N., Zhang D., Wang W., Li X., Yang B., Song J., Zhao X., Huang B., Shi W., Lu R., Niu P., Zhan F., Ma X.,Wang D., Xu W., Wu G., Gao G.F., Tan W; China Novel Coronavirus Investigating and Research Team. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. // N Engl J Med. – 2020. 382(8). – P. 727-733. doi:10.1056/NEJMoa2001017

5. Wu F., Zhao S., Yu B., Chen Y.M., Wang W., Song Z.G., Hu Y., Tao Z.W., Tian J.H., Pei Y.Y., Yuan M.L., Zhang Y.L., Dai F.H., Liu Y., Wang Q.M., Zheng J.J., Xu L., Holmes E.C., Zhang Y.Z. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. // Nature. – 2020. 579 (7798). – P. 265-269. doi:10.1038/s41586-020-2202-3

6. Emam M., Oweda M., Antunes A., El-Hadidi M. Positive selection as a key player for SARS-CoV-2 pathogenicity: Insights into ORF1ab, S and E genes. // Virus Res. – 2021. 302:198472. doi:10.1016/j.virusres.2021.198472

7. SeyedAlinaghi S., Mirzapour P., Dadras O. et al. Characterization of SARS-CoV-2 different variants and related morbidity and mortality: a systematic review. // Eur J Med Res. - 2021. 26(1). 51. doi:10.1186/s40001-021-00524-8

8. Wu A., Peng Y., Huang B., Ding X., Wang X., Niu P., Meng J., Zhu Z., Zhang Z., Wang J., Sheng J., Quan L., Xia Z., Tan W., Cheng G., Jiang T. Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China. // Cell Host Microbe. – 2020. 27(3). - P.325-328. doi:10.1016/j.chom.2020.02.001

9. Gordon, D. E., Jang, G. M., Bouhaddou, M., Xu, J., Obernier, K., White, K. M., et al. A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing. // Nature. - 2020. 583. – P. 459–468. doi:10.1038/s41586-020-2286-9

10. Ren, Y., Shu, T., Wu, D. et al. The ORF3a protein of SARS-CoV-2 induces apoptosis in cells. // Cell Mol Immunol. – 2020. 17. – P. 881–883. doi:10.1038/s41423-020-0485-9

11. Issa E, Merhi G, Panossian B, Salloum T, Tokajian S. SARS-CoV-2 and ORF3a: nonsynonymous mutations, functional domains, and viral pathogenesis.” // mSystems. – 2020. 5(3). doi:10.1128/mSystems.00266-20

12. Scott C., Griffin S. Viroporins: structure, function and potential as antiviral targets. // J Gen Virol. - 2015 96(8). – P. 2000-2027. https://doi.org/10.1099/vir.0.000201

13. Bianchi M., Borsetti A., Ciccozzi M., Pascarella S. SARS-CoV-2 ORF3a: Mutability and function. // Int J Biol Macromol. – 2021. 170. - P. 820-826. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.12.142

14. Padhan K., Tanwar C., Hussain A., Hui P.Y., Lee M.Y., Cheung C.Y., Peiris J.S.M., Jameel S. Severe acute respiratory syndrome coronavirus Orf3a protein interacts with caveolin. // J Gen Virol. – 2007. 88(11). – P. 3067-3077. https://doi.org/10.1099/vir.0.82856-0

15. Grifoni A., Weiskopf D., Ramirez S.I., Mateus J., Dan J.M., Moderbacher C.R., Rawlings S.A., Sutherland A., Premkumar L., Jadi R.S., Marrama D., de Silva A.M., Frazier A., Carlin A.F., Greenbaum J.A., Peters B., Krammer F., Smith D.M., Crotty S., Sette A. Targets of T Cell Responses to SARS-CoV-2 Coronavirus in Humans with COVID-19 Disease and Unexposed Individuals. // Cell. – 2020. 181(7). – P.1489-1501. doi:10.1016/j.cell.2020.05.015

16. Rota P.A., Oberste M.S., Monroe S.S., Nix W.A., Campagnoli R., Icenogle J.P., Peñaranda S., Bankamp B., Maher K., Chen M.H., Tong S., Tamin A., Lowe L., Frace M., DeRisi J.L., Chen Q., Wang D., Erdman D.D., Peret T.C, Burns C., Ksiazek T.G., Rollin P.E., Sanchez A., Liffick S., Holloway B., Limor J., McCaustland K., Olsen-Rasmussen M., Fouchier R., Günther S., Osterhaus A.D., Drosten C., Pallansch M.A., Anderson L.J., Bellini W.J. Characterization of a novel coronavirus associated with severe acute respiratory syndrome. // Science. - 2003. 300(5624). –Р.1394-9. doi:10.1126/science.1085952

17. Marra M.A., Jones S.J., Astell C.R., Holt R.A., Brooks-Wilson A., Butterfield Y.S., Khattra J., Asano J.K., Barber S.A., Chan S.Y., Cloutier A., Coughlin S.M., Freeman D., Girn N., Griffith O.L., Leach S.R., Mayo M., McDonald H., Montgomery S.B., Pandoh P.K., Petrescu A.S., Robertson A.G., Schein J.E., Siddiqui A., Smailus D.E., Stott J.M., Yang G.S., Plummer F., Andonov A., Artsob H., Bastien N., Bernard K., Booth T.F., Bowness D., Czub M., Drebot M., Fernando L., Flick R., Garbutt M., Gray M., Grolla A., Jones S., Feldmann H., Meyers A., Kabani A., Li Y., Normand S., Stroher U., Tipples G.A., Tyler S., Vogrig R., Ward D., Watson B., Brunham R.C., Krajden M., Petric M., Skowronski D.M., Upton C., Roper R.L.. The Genome sequence of the SARS-associated coronavirus. // Science. – 2003. 300(5624). –Р.1399-404. doi:10.1126/science.1085953

18. Tan Y.J., Teng E., Shen S., Tan T.H., Goh P.Y., Fielding B.C., Ooi E.E., Tan H.C., Lim S.G., Hong W. A novel severe acute respiratory syndrome coronavirus protein, U274, is transported to the cell surface and undergoes endocytosis. // J Virol. – 2004. 78(13). – Р.6723-34. doi:10.1128/JVI.78.13.6723-6734.2004

19. Zhang J., Ejikemeuwa A., Gerzanich V., Nasr M., Tang Q., Simard J.M., Zhao R.Y. Understanding the Role of SARS-CoV-2 ORF3a in Viral Pathogenesis and COVID-19. // Front Microbiol. – 2022. 13:854567. doi:10.3389/fmicb.2022.854567

20. Zhong X., Guo Z., Yang H., Peng L., Xie Y., Wong T.Y., Lai S.T., Guo Z. Amino terminus of the SARS coronavirus protein 3a elicits strong, potentially protective humoral responses in infected patients. // J Gen Virol. – 2006. 87(Pt 2). –Р.369-373. https://doi.org/10.1099/vir.0.81078-0

21. Tamura K., Stecher G., and Kumar S. (2021). MEGA 11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11. // Molecular Biology and Evolution. – 2021. 38(7). - P.3022-3027. doi:10.1093/molbev/msab120

22. Tamura K., Nei M., Kumar S. Prospects for inferring very large phylogenies by using the neighbor-joining method. // Proc Natl Acad Sci USA. – 2004. 101(30). – P.11030-5. https://doi.org/10.1073/pnas.0404206101

23. Tzou P.L., Tao K., Nouhin J., Rhee S.Y., Hu B.D., Pai S., Parkin N., Shafer R.W. Coronavirus Antiviral Research Database (CoV-RDB): An Online Database Designed to Facilitate Comparisons between Candidate Anti-Coronavirus Compounds. // Viruses. – 2020. 12(9). – Р. 1006. doi:10.3390/v12091006

24. Chu D.K.W., Hui K.P.Y., Gu H., Ko R.L.W., Krishnan P., Ng D.Y.M., Liu G.Y.Z., Wan C.K.C., Cheung M.C., Ng K.C., Nicholls J.M., Tsang D.N.C., Peiris M., Chan M.C.W., Poon L.L.M. Introduction of ORF3a-Q57H SARS-CoV-2 Variant Causing Fourth Epidemic Wave of COVID-19, Hong Kong, China. // Emerg Infect Dis. – 2021. 27(5). – Р.1492-1495. doi:10.3201/eid2705.210015

25. Kern D.M., Sorum B., Mali S.S., Hoel C.M., Sridharan S., Remis J.P., Toso D.B., Kotecha A., Bautista D.M., Brohawn S.G. Cryo-EM structure of SARS-CoV-2 ORF3a in lipid nanodiscs. // Nat Struct Mol Biol. – 2021. 28(8). – Р.702. doi:10.1101/2020.06.17.156554

26. Desingu P.A., Nagarajan K., Dhama K. Emergence of Omicron third lineage BA.3 and its importance. // J Med Virol. – 2022. 94(5). –Р.1808-1810. doi:10.1002/jmv.27601

27. Abdullah F., Myers J., Basu D., Tintinger G., Ueckermann V., Mathebula M., Ramlall R., Spoor S., de Villiers T., Van der Walt Z., Cloete J., Soma-Pillay P., Rheeder P., Paruk F., Engelbrecht A., Lalloo V., Myburg M., Kistan J., van Hougenhouck-Tulleken W., Boswell M.T., Gray G., Welch R., Blumberg L., Jassat W. Decreased severity of disease during the first global omicron variant covid-19 outbreak in a large hospital in tshwane, south africa. // Int J Infect Dis. – 2022. – Р.116:38-42. doi:10.1016/j.ijid.2021.12.357

28. Davarinejad H., Huang Y.C., Mermaz B., LeBlanc C., Poulet A., Thomson G., Joly V., Muñoz M., Arvanitis-Vigneault A., Valsakumar D., Villarino G., Ross A., Rotstein B.H., Alarcon E.I., Brunzelle J.S., Voigt P., Dong J., Couture J.F., Jacob Y. The histone H3.1 variant regulates TONSOKU-mediated DNA repair during replication. // Science. – 2022. 375(6586). – P.1281-1286. doi:10.1126/science.abm5320