Мониторинг распространения вариантов SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus; Sarbecovirus) на территории Московского региона с помощью таргетного высокопроизводительного секвенирования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. С начала пандемического распространения инфекции COVID-19, вызываемой коронавирусом SARS-CoV-2, международное научное сообщество регулярно фиксирует появление мутаций этого патогена, потенциально способных повысить его контагиозность и/или вирулентность. В частности, с конца 2020 г. в мире обнаружено несколько вызывающих озабоченность вариантов, включая альфа (B.1.1.7), бета (B.1.351), гамма (P.1) и дельта (B.1.617.2). Однако существующие механизмы поиска мутаций и выявления штаммов не всегда бывают достаточно эффективными, поскольку лишь небольшая доля получаемых от пациентов образцов возбудителя может быть исследована на наличие генетических изменений, например методом полногеномного секвенирования из-за его высокой стоимости.

Материал и методы. В исследовании применён способ таргетного высокопроизводительного секвенирования нового (следующего) поколения (next generation sequencing, NGS) наиболее значимых регионов гена, кодирующего S-гликопротеин (шиповидный, spike) вируса SARS-CoV-2, для чего разработана соответствующая праймерная панель. В среднем на платформе Illumina на 1 образец приходилось около 50 тыс. парноконцевых прочтений длиной ≥150 п.н. С помощью описанной методики нами исследованы 579 случайных образцов, полученных у проживающих в Московском регионе пациентов с новой коронавирусной инфекцией с февраля по июнь 2021 г.

Результаты. В работе продемонстрирована динамика представленности в Российской Федерации ряда штаммов нового коронавируса и нескольких его мутаций на протяжении февраля–июня 2021 г. Установлено, что штамм дельта появился на территории Москвы и Московской области в мае текущего года, а в июне стал доминирующим, частично вытеснив другие разновидности вируса.

Обсуждение. Полученные данные представляют возможность определять принадлежность образцов к упомянутым и некоторым другим штаммам, а описанный подход может быть использован для стандартизации процедуры поиска новых и существующих разновидностей SARS-CoV-2. Методика делает возможным изучение большого количества образцов в короткие сроки, позволяя получать более детальное представление об эпидемиологической ситуации в регионе.

Об авторах

Н. И. Борисова

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Автор, ответственный за переписку.
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9672-0648

111123, Москва, Россия

Россия

И. А. Котов

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор); ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2416-5689

111123, Москва, Россия

141700, Долгопрудный, Россия

Россия

А. А. Колесников

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-3480-953X

111123, Москва, Россия

Россия

В. В. Каптелова

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-0952-0830

111123, Москва, Россия

Россия

А. С. Сперанская

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-6326-1249

111123, Москва, Россия

Россия

Л. Ю. Кондрашева

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0147-4262

111123, Москва, Россия

Россия

Е. В. Тиванова

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-1286-2612

111123, Москва, Россия

Россия

К. Ф. Хафизов

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: kkhafizov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5524-0296

Хафизов Камиль Фаридович, канд. биол. наук, руководитель научной группы разработки новых методов диагностики на основе технологий секвенирования следующего поколения отдела молекулярной диагностики и эпидемиологии.

111123, Москва, Россия

Россия

В. Г. Акимкин

ФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4228-9044

111123, Москва, Россия

Россия

Список литературы

  1. Zhou P., Yang X.L., Wang X.G., Hu B., Zhang L., Zhang W., et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020; 579(7798): 270–3. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2012-7
  2. COVID-19 data in motion. Available at: https://coronavirus.jhu.edu (accessed July 24, 2021).
  3. Chen P., Nirula A., Heller B., Gottlieb R.L., Boscia J., Morris J., et al. SARS-CoV-2 neutralizing antibody LY-CoV555 in outpatients with Covid-19. N. Engl. J. Med. 2021; 384(3): 229–37. https://doi.org/10.1056/nejmoa2029849
  4. Weinreich D.M., Sivapalasingam S., Norton T., Ali S., Gao H., Bhore R., et al. REGN-COV2, a neutralizing antibody cocktail, in outpatients with Covid-19. N. Engl. J. Med. 2021; 384(3): 238–51. https://doi.org/10.1056/nejmoa2035002
  5. Baden L.R., El Sahly H.M., Essink B., Kotloff K., Frey S., Novak R., et al. Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 2021; 384(5): 403–16. https://doi.org/10.1056/nejmoa2035389
  6. Polack F.P., Thomas S.J., Kitchin N., Absalon J., Gurtman A., Lockhart S., et al. Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine. N. Engl. J. Med. 2020; 383(27): 2603–15. https://doi.org/10.1056/nejmoa2034577
  7. Jones I., Roy P. Sputnik V COVID-19 vaccine candidate appears safe and effective. Lancet. 2021; 397(10275): 642–3. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)00191-4
  8. Рыжиков А.Б., Рыжиков Е.А., Богрянцева М.П., Усова С.В., Даниленко Е.Д., Нечаева Е.А., и др. Простое слепое плацебо-контролируемое рандомизированное исследование безопасности, реактогенности и иммуногенности вакцины «ЭпиВакКорона» для профилактики COVID-19 на добровольцах в возрасте 18–60 лет (фаза I–II). Инфекция и иммунитет. 2021; 11(2): 283–96. https://doi.org/10.15789/2220-7619-ASB-1699
  9. About Variants of the Virus that Causes COVID-19. Available at: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/Transmission/variant.html (accessed July 26, 2021).
  10. Wang W.B., Liang Y., Jin Y.Q., Zhang J., Su J.G., Li Q.M. E484K mutation in SARS-CoV-2 RBD enhances binding affinity with hACE2 but reduces interactions with neutralizing antibodies and nanobodies: binding free energy calculation studies. bioRxiv. 2021; Preprint. https://doi.org/10.1101/2021.02.17.431566
  11. Garcia-Beltran W.F., Lam E.C., St. Denis K., Nitido A.D., Garcia Z.H., Hauser B.M., et al. Circulating SARS-CoV-2 variants escape neutralization by vaccine-induced humoral immunity. medRxiv. 2021; Preprint. https://doi.org/10.1101/2021.02.14.21251704
  12. Liu H., Wei P., Zhang Q., Chen Z., Aviszus K., Downing W., et al. 501Y.V2 and 501Y.V3 variants of SARS-CoV-2 lose binding to bamlanivimab in vitro. MAbs. 2021; 13(1): 1919285. https://doi.org/10.1080/19420862.2021.1919285
  13. Yuan M., Huang D., Lee C.D., Wu N.C., Jackson A.M., Zhu X., et al. Structural and functional ramifications of antigenic drift in recent SARS-CoV-2 variants. Science. 2021; eabh1139. https://doi.org/10.1126/science.abh1139
  14. Ikegame S., Siddiquey M.N.A., Hung C.-T., Haas G., Brambilla L., Oguntuyo K.Y., et al. Neutralizing activity of Sputnik V vaccine sera against SARS-CoV-2 variants. medRxiv. 2021.03.31.21254660. doi: https://doi.org/10.1101/2021.03.31.21254660
  15. Gard N., Buzko O., Spilman P., Niazi K., Rabizadeh S., Soon- Shiong P. Molecular dynamic simulation reveals E484K mutation enhances spike RBD-ACE2 affinity and the combination of E484K, K417N and N501Y mutations (501Y.V2 variant) induces conformational change greater than N501Y mutant alone, potentially resulting in an escape mutant bioRxiv. 2021.01.13.426558. doi: https://doi.org/10.1101/2021.01.13.426558
  16. Tian F., Tong B., Sun L., Shi S., Zheng B., Wang Z., et al. Mutation N501Y in RBD of spike protein strengthens the interaction between COVID-19 and its receptor ACE2. bioRxiv. 2021; Preprint. https://doi.org/10.1101/2021.02.14.431117
  17. Хафизов К.Ф., Петров В.В., Красовитов К.В., Золкина М.В., Акимкин В.Г. Экспресс-диагностика новой коронавирусной инфекции с помощью реакции петлевой изотермической амплификации. Вопросы вирусологии. 2021; 66(1): 17–28. https://doi.org/10.36233/0507-4088-42
  18. Gladkikh A., Dolgova A., Dedkov V., Sbarzaglia V., Kanaeva O., Popova A., et al. Characterization of a novel SARS-CoV-2 genetic variant with distinct spike protein mutations. Viruses. 2021; 13(6): 1029. https://doi.org/10.3390/v13061029
  19. Klink G.V., Safina K.R., Garushyants S.K., Moldovan M., Nabieva E., Komissarov A.B., et al. Spread of endemic SARSCoV-2 lineages in Russia. medRxiv. 2021; Preprint. https://doi.org/10.1101/2021.05.25.21257695
  20. Komissarov A.B., Safina K.R., Garushyants S.K., Fadeev A.V., Sergeeva M.V., Ivanova A.A., et al. Genomic epidemiology of the early stages of the SARS-CoV-2 outbreak in Russia. Nat. Commun. 2021; 12(1): 649. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20880-z
  21. Long S.W., Olsen R.J., Christensen P.A., Subedi S., Olson R., Davis J.J., et al. Sequence Analysis of 20,453 Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Genomes from the Houston Metropolitan Area Identifies the Emergence and Widespread Distribution of Multiple Isolates of All Major Variants of Concern. Am. J. Pathol. 2021; 191(6): 983–92. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2021.03.004
  22. Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 1990; 215(3): 403–10. https://doi.org/10.1016/s0022-2836(05)80360-2
  23. Li H., Durbin R. Fast and accurate short read alignment with Burrows– Wheeler transform. Bioinformatics. 2009; 25(14): 1754–60. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp324
  24. Bushnell B., Rood J., Singer E. BBMerge – Accurate paired shotgun read merging via overlap. PLoS One. 2017; 12(10): e0185056. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185056
  25. Poplin R., Ruano-Rubio V., DePristo M.A., Fennell T.J., Carneiro M.O., Van der Auwera G.A., et al. Scaling accurate genetic variant discovery to tens of thousands of samples. bioRxiv. 2018; 201178. doi: https://doi.org/10.1101/201178
  26. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. VMD: visual molecular dynamics. J. Mol. Graph. 1996; 14(1): 33–8. https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5
  27. Lv Z., Deng Y.Q., Ye Q., Cao L., Sun C.Y., Fan C., et al. Structural basis for neutralization of SARS-CoV-2 and SARS-CoV by a potent therapeutic antibody. Science. 2020; 369(6510): 1505–9. https://doi.org/10.1126/science.abc5881
  28. Davies N.G., Abbott S., Barnard R.C., Jarvis C.I., Kucharski A.J., Munday J.D., et al. Estimated transmissibility and impact of SARSCoV-2 lineage B.1.1.7 in England. Science. 2021; 372(6538): eabg3055. https://doi.org/10.1126/science.abg3055
  29. Expert comment on the ‘Delta plus’ variant (B.1.617.2 with the addition of K417N mutation). Available at: https://www.sciencemediacentre.org/expert-comment-on-the-delta-plus-variant-b-1-617-2-with-theaddition-of-k417n-mutation/ (accessed July 26, 2021).
  30. Weekly epidemiological update on COVID-19 – 22 June 2021. Available at: https://www.who.int/publications/m/item/weekly-epidemiological-update-on-covid-19---22-june-2021 (accessed July 24, 2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Борисова Н.И., Котов И.А., Колесников А.А., Каптелова В.В., Сперанская А.С., Кондрашева Л.Ю., Тиванова Е.В., Хафизов К.Ф., Акимкин В.Г., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».