一項研究表明，一種新的測序技術，tARC-seq，可以準確地跟蹤突變SARS-CoV-2，提供了對快速進化和變異發展的見解病毒．

導致COVID的SARS-CoV-2病毒具有令人不安的能力，經常產生自身變異。其他病毒也會發生變異，但隨著SARS-CoV-2在大流行期間迅速在整個人群中傳播，導致數百萬人死亡，這種病毒的動態進化帶來了一個嚴重問題:它一再挑戰我們身體對抗病毒的免疫反應，阻礙了準備更新疫苗的過程。

了解促進SARS-CoV-2產生變異能力的遺傳機制，可以在很大程度上阻止COVID。在今天(4月22日)發表在《Nature Microbiology》上的這項研究中，貝勒醫學院和合作機構的研究人員開發了一種名為tARC-seq的新技術，該技術揭示了影響SARS-CoV-2分化的遺傳機制，并使研究小組能夠計算SARS-CoV-2的突變率。利用tARC-seq，研究人員還在實驗室中捕獲了感染細胞中SARS-CoV-2的新突變，這些突變概括了全球大流行病毒測序數據所揭示的觀察結果。這一發現可用于監測病毒在人群中的進化。

RNA復制分析研究進展

“SARS-CoV-2病毒使用RNA而不是DNA來存儲其遺傳信息。我們的實驗室長期以來一直對研究RNA生物學感興趣，當SARS-CoV-2出現時，我們決定研究它的RNA復制過程，這在RNA病毒中通常是容易出錯的，”貝勒大學分子和人類遺傳學、分子病毒學和微生物學教授、通訊作者Christophe Herman博士說。

研究人員希望跟蹤RNA復制錯誤，因為它們對于了解病毒如何進化、在人群中傳播時如何變化和適應至關重要，但目前的方法缺乏檢測罕見的新SARS-CoV-2突變的精度，特別是在病毒數量較少的樣本中，例如來自患者的樣本。

Dan L Duncan綜合癌癥中心的成員Herman說:“由于來自患者樣本的SARS-CoV-2 RNA拷貝非常少，因此很難區分SARS-CoV-2 RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp)產生的錯誤和序列分析中使用的其他酶產生的錯誤。我們已經開發了一種技術，我們稱之為靶向準確RNA一致性測序(tARC-seq)，它允許我們在復制非常少量的特定RNA時測量真正的錯誤。”

對變體形成的見解

最初的想法是，因為SARS-CoV-2有一種內部機制來修復RdRp所犯的錯誤，所以病毒不應該很快進化或突變。

Herman說:“這一想法與在大流行期間世界各地經常出現新的COVID變體的事實形成鮮明對比。自大流行開始以來，我們已經看到了一些突出的變體，包括Alpha、Beta、Delta和Omicron，以及這些群體中的變體。”

有了改進的分析工具，Herman和他的同事們在實驗室和臨床樣本的細胞培養中準確地確定了SARS-CoV-2的突變頻率和突變類型。Herman說:“我們發現突變率高于最初的預期，這有助于解釋COVID變異的頻繁出現。”

他們還發現，SARS-CoV-2 RNA中存在熱點，這些熱點比其他熱點更容易發生突變。“例如，我們在與刺突蛋白相對應的RNA區域發現了一個熱點，刺突蛋白允許病毒入侵細胞。此外，刺突蛋白的RNA構成了許多疫苗，”Herman說。

tARC-seq方法還揭示了新變體的產生涉及模板切換。Herman說:“我們確定，當RdRp復制一個RNA模板或序列時，它會跳到附近病毒的另一個模板上，然后繼續復制RNA，因此產生的新RNA副本是兩種RNA模板的混合物。這種模板切換將導致序列插入或刪除，從而帶來病毒變異性。我們還觀察到復雜的突變。SARS-CoV-2利用了這兩種強大的生物機制，即模板切換和復雜的突變，使其能夠快速進化，產生適應和堅持人類群體的變體。看到tARC-seq使我們能夠在實驗室細胞培養中捕捉到新突變的出現，這些突變概括了在全球大流行測序數據中觀察到的突變，這是有趣和令人興奮的。我們的新技術捕獲了個體患者臨床樣本中新突變的快照，可用于監測人群中的病毒進化。”

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