O Sequenciamento Genómico do SARS-CoV-2 Acelera a Identificação de Variantes Virais e a Análise Evolutiva

Os coronavírus são patógenos importantes em humanos e vertebrados. Podem infectar os sistemas respiratório, gastrointestinal, hepático e nervoso central de muitas espécies selvagens, incluindo humanos, animais, aves, morcegos e ratos.

O potencial de transmissão dos CoVs de animais para humanos foi demonstrado desde o surto da síndrome respiratória aguda grave (SARS) em 2002 e da síndrome respiratória do Oriente Médio (MERS) em 2012. A emergência intermitente e os surtos de novos coronavírus lembram-nos que os coronavírus continuam a ser uma séria ameaça à saúde global.

Com as mudanças climáticas e ecológicas e o aumento das interações entre humanos e animais, os surtos de novos CoVs parecem inevitáveis e regimens de tratamento eficazes e vacinas devem ser desenvolvidos o mais rápido possível.

Os cientistas estão continuamente a trabalhar para escavar os genomas de novos coronavírus, tentando entender a origem do 2019-nCoV ao investigar os genomas de um número crescente de vírus disponíveis publicamente, bem como para entender como ele se replica e como escapa às defesas humanas e métodos de controle.

Mapeamento do genoma e estrutura do RNA subgenómico do SARS-CoV-2

O vírus é apenas um pedaço de más notícias envolto em uma proteína. Para o novo coronavírus SARS-CoV-2, que está a varrer o mundo, essas más notícias estão na forma de um RNA muito longo que transporta o genoma. Como um vírus de RNA, o SARS-CoV-2 entra na célula hospedeira para replicar o RNA genómico e produz muitos RNAs menores (chamados RNAs subgenómicos). Esses RNAs subgenómicos são usados para sintetizar as várias proteínas (spinosyn, proteínas capsulares, etc.) necessárias para o SARS-CoV-2 começar. Assim, os RNAs menores são bons alvos para interromper os ataques do neo-coronavírus ao nosso sistema imunológico.

Os pesquisadores combinaram duas tecnologias de sequenciamento complementares: sequenciamento de nanobolas de DNA e sequenciamento direto de RNA por nanoporo para resolver a estrutura do genoma de RNA de alta resolução do SARS-CoV-2 e obter todos os RNAs do SARS-CoV-2 (transcritos) e todos os RNAs modificados (epitranscriptoma). O sequenciamento direto de RNA por nanoporo permite a análise direta de RNAs virais longos inteiros sem fragmentação. Os métodos tradicionais de sequenciamento de RNA geralmente requerem um processo em etapas de corte do RNA e conversão para DNA antes de serem lidos. Enquanto isso, o sequenciamento de nanobolas de DNA só pode ler fragmentos curtos, mas tem a vantagem de analisar um grande número de sequências com alta precisão. Essas duas técnicas são altamente complementares na análise de RNA viral. Este mapa ajudará a entender como o vírus se replica e como escapa do sistema de defesa humano.

Análise da variação e evolução do SARS-CoV-2 utilizando genética populacional

Os vírus evoluem extremamente rápido, e à medida que o número de infecções aumenta de forma explosiva, muitas cepas diferentes de neo-coronavírus podem se desenvolver rapidamente. É particularmente importante investigar a história da genealogia do vírus, tipificar diferentes cepas e combinar dados epidemiológicos e clínicos para revelar o padrão de mutação dos coronavírus para prevenção e controle epidémico.

Utilizando análise genética populacional, a história evolutiva das populações de SARS-CoV-2 foi deduzida a partir da perspectiva genómica ao analisar a variação dos neo-coronavírus. Os principais resultados do artigo são caracterizar a variação genómica dos novos coronavírus e inferir as relações evolutivas das amostras globais.

A análise filogenética baseada em haplótipos fornece uma abordagem poderosa para entender a evolução do SARS-CoV-2 nos estágios iniciais de transmissão, quando mutações reversas e recombinação ilegal são raras.

Relação evolutiva e distribuição geográfica de 58 haplótipos do SARS-CoV-2 (Yu W B et al., 2020)

Um total de 120 locais de substituição e 119 códons, incluindo 79 substituições não sinónimas e 40 sinónimas, foram identificados nas oito regiões codificadoras do genoma do SARS-CoV-2. Quarenta substituições não sinónimas podem estar associadas à adaptação viral.

Resumo

Isso ajudará a desenvolver novos medicamentos antivirais ao projetar pequenas moléculas ou RNAs interferentes para direcionar diretamente os RNAs do neo-coronavírus, revelando a estrutura genómica natural dos coronavírus nas células e elementos-chave de RNA do ciclo de vida viral.

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Referências:

1. Kim D, Lee J Y, Yang J S, et al. A arquitetura do transcriptoma do SARS-CoV-2. Cell, 2020, 181(4): 914-921. e10.
2. Yu W B, Tang G D, Zhang L, et al. Decodificando a evolução e transmissões do novo coronavírus da pneumonia (SARS-CoV-2/HCoV-19) usando dados genómicos completos. Pesquisa Zoológica, 2020, 41(3): 247.