《Nature Microbiology》先进的RNA测序揭示了新冠病毒变异的驱动因素

贝勒医学院的研究人员开发了一种新技术tARC-seq，该技术可以提高对SARS-CoV-2突变的检测，通过识别有助于病毒进化的热点和模板转换等机制，帮助解释变异的快速出现。

　　

一项研究表明，一种新的测序技术，tARC-seq，可以准确地跟踪突变SARS-CoV-2，提供了对快速进化和变异发展的见解病毒．

导致COVID的SARS-CoV-2病毒具有令人不安的能力，经常产生自身变异。其他病毒也会发生变异，但随着SARS-CoV-2在大流行期间迅速在整个人群中传播，导致数百万人死亡，这种病毒的动态进化带来了一个严重问题:它一再挑战我们身体对抗病毒的免疫反应，阻碍了准备更新疫苗的过程。

了解促进SARS-CoV-2产生变异能力的遗传机制，可以在很大程度上阻止COVID。在今天(4月22日)发表在《Nature Microbiology》上的这项研究中，贝勒医学院和合作机构的研究人员开发了一种名为tARC-seq的新技术，该技术揭示了影响SARS-CoV-2分化的遗传机制，并使研究小组能够计算SARS-CoV-2的突变率。利用tARC-seq，研究人员还在实验室中捕获了感染细胞中SARS-CoV-2的新突变，这些突变概括了全球大流行病毒测序数据所揭示的观察结果。这一发现可用于监测病毒在人群中的进化。

RNA复制分析研究进展

“SARS-CoV-2病毒使用RNA而不是DNA来存储其遗传信息。我们的实验室长期以来一直对研究RNA生物学感兴趣，当SARS-CoV-2出现时，我们决定研究它的RNA复制过程，这在RNA病毒中通常是容易出错的，”贝勒大学分子和人类遗传学、分子病毒学和微生物学教授、通讯作者Christophe Herman博士说。

研究人员希望跟踪RNA复制错误，因为它们对于了解病毒如何进化、在人群中传播时如何变化和适应至关重要，但目前的方法缺乏检测罕见的新SARS-CoV-2突变的精度，特别是在病毒数量较少的样本中，例如来自患者的样本。

Dan L Duncan综合癌症中心的成员Herman说:“由于来自患者样本的SARS-CoV-2 RNA拷贝非常少，因此很难区分SARS-CoV-2 RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)产生的错误和序列分析中使用的其他酶产生的错误。我们已经开发了一种技术，我们称之为靶向准确RNA一致性测序(tARC-seq)，它允许我们在复制非常少量的特定RNA时测量真正的错误。”

对变体形成的见解

最初的想法是，因为SARS-CoV-2有一种内部机制来修复RdRp所犯的错误，所以病毒不应该很快进化或突变。

Herman说:“这一想法与在大流行期间世界各地经常出现新的COVID变体的事实形成鲜明对比。自大流行开始以来，我们已经看到了一些突出的变体，包括Alpha、Beta、Delta和Omicron，以及这些群体中的变体。”

有了改进的分析工具，Herman和他的同事们在实验室和临床样本的细胞培养中准确地确定了SARS-CoV-2的突变频率和突变类型。Herman说:“我们发现突变率高于最初的预期，这有助于解释COVID变异的频繁出现。”

他们还发现，SARS-CoV-2 RNA中存在热点，这些热点比其他热点更容易发生突变。“例如，我们在与刺突蛋白相对应的RNA区域发现了一个热点，刺突蛋白允许病毒入侵细胞。此外，刺突蛋白的RNA构成了许多疫苗，”Herman说。

tARC-seq方法还揭示了新变体的产生涉及模板切换。Herman说:“我们确定，当RdRp复制一个RNA模板或序列时，它会跳到附近病毒的另一个模板上，然后继续复制RNA，因此产生的新RNA副本是两种RNA模板的混合物。这种模板切换将导致序列插入或删除，从而带来病毒变异性。我们还观察到复杂的突变。SARS-CoV-2利用了这两种强大的生物机制，即模板切换和复杂的突变，使其能够快速进化，产生适应和坚持人类群体的变体。看到tARC-seq使我们能够在实验室细胞培养中捕捉到新突变的出现，这些突变概括了在全球大流行测序数据中观察到的突变，这是有趣和令人兴奋的。我们的新技术捕获了个体患者临床样本中新突变的快照，可用于监测人群中的病毒进化。”

参考文献:“Targeted Accurate RNA Consensus sequencing (tARC-seq) reveals mechanisms of replication error affecting SARS-CoV-2 divergence” 22 April 2024, Nature Microbiology.