Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de pré-impression, des chercheurs aux États-Unis ont cartographié la trajectoire de l’évolution intra-hôte de l’infection par le coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère aigu.
Étude : Dynamique évolutive intra-hôte et compartimentation des tissus lors d’une infection aiguë par le SRAS-CoV-2. Crédit d’image : ktsdesign/Shutterstock
Sommaire
Arrière plan
Les efforts de séquençage génomique entier à grande échelle à l’échelle mondiale et les analyses phylogénétiques d’échantillons cliniques pendant la pandémie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ont capturé la dynamique évolutive mondiale du SRAS-CoV-2. Cependant, il y a un manque de compréhension de la dynamique évolutive du SRAS-CoV-2 à l’intérieur de l’hôte.
Bien que quelques études aient déjà capturé la dynamique du SRAS-CoV-2 intra-hôte, mais se sont concentrées uniquement sur les hôtes immunocompétents. Ces études ont montré une faible diversité intra-hôte, la plupart des échantillons contenant 15 variants mononucléotidiques intra-hôte (iSNV) ou moins. Ensemble, les données de ces études ont démontré que l’émergence axée sur la sélection d’iSNV à haute fréquence au cours d’une infection aiguë est probablement rare. Dans l’ensemble, il manque un profil à haute résolution de la dynamique évolutive intra-hôte du SARS-CoV-2.
De plus, on comprend mal comment l’immunité préexistante, obtenue par la vaccination ou une infection antérieure, influence l’évolution intra-hôte du SRAS-CoV-2. Plus important encore, il est nécessaire de caractériser le potentiel d’émergence de variantes échappant à l’immunité chez les individus immunocompétents avec différents statuts de vaccination.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont recruté 32 étudiants, professeurs et membres du personnel de l’Université de l’Illinois aux États-Unis (États-Unis) pour un échantillonnage longitudinal qui a permis une détection de la variante SARS-CoV-2 de haute confiance pour découvrir la dynamique évolutive négligée par moins- stratégies d’échantillonnage fréquentes. Sur ces 32 participants à l’étude, 20 étaient des individus naïfs et 12 avaient une immunité préexistante acquise par vaccination ou infection naturelle par le SRAS-CoV-2. De chaque individu, l’équipe a collecté quotidiennement des écouvillons nasaux et de la salive du cornet moyen (MT) d’individus naïfs et immunisés pour des mesures répétées des fréquences iSNV au cours de la phase précoce de l’infection. De cette façon, ils ont généré des profils haute résolution de la dynamique iSNV entre les compartiments tissulaires et dans le temps.
Résultats de l’étude
Les indications de sélection positive forte étaient rares dans la cohorte de l’étude. Cependant, les chercheurs ont noté un certain nombre de substitutions non synonymes, notamment N : P67S, S : Q677H et ORF1ab : P5402H de la limite de détection inférieure à la haute fréquence. La substitution à S : Q677 est apparue indépendamment dans plusieurs sous-lignées du SRAS-CoV-2 dans le monde, ce qui montre que les mutations sur ce site peuvent avoir un avantage évolutif. La fréquence S:Q677H était de 56,5 % lorsque le participant à l’étude associé avait une charge virale infectieuse détectable dans un écouvillon nasal, indiquant le potentiel de transmission vers l’avant de cet iSNV.
En outre, les auteurs ont observé une compétition entre les substitutions S : Q677H et S : P681H au sein du même individu, S : Q677H apparaissant à une fréquence élevée pendant un certain temps un jour où la fréquence initialement fixée de S : P681H a diminué. Cependant, la réversion observée vers un génotype S : P681H uniquement après le jour 7 a montré que l’avantage sélectif conféré par S : P681H était supérieur à celui de S : Q677H. La prolifération généralisée des lignées SARS-CoV-2 contenant S: P681H par rapport à S: Q677H soutient davantage l’avantage de remise en forme conféré par cette mutation.
De plus, la cartographie du génome a révélé l’accumulation de multiples points chauds de mutations non synonymes différant entre les individus naïfs et immunisés. L’enrichissement observé des substitutions d’acides aminés immédiatement en amont du site de clivage de la sous-unité 1 (S1)/S2 de la pointe SARS-CoV-2 a indiqué que cette région peut être soumise à une sélection intra-hôte plus forte chez l’homme. Par conséquent, chez des individus naïfs, ils ont identifié des points chauds aux résidus 402-457 dans ORF1ab et 655-681 dans S, directement adjacents au site de clivage S1/S2. Les substitutions de sites de clivage S1/S2 sont des caractéristiques des lignées Omicron, Delta et Alpha SARS-CoV-2. Une étude récente de Y. Liu et al. ont démontré que les substitutions au site de clivage S1 / S2 étaient responsables de l’augmentation de la forme physique relative de la variante Delta par rapport à Alpha.
Une forte densité de substitutions de gènes de nucléocapside (N) chez les participants à l’étude immunitaire a encore validé les données précédentes suggérant l’importance du gène N lors de l’adaptation humaine. En conséquence, les chercheurs ont observé un hotspot d’accumulation de mutations dans N:199-204.
Comparaison de la diversité des variantes de nucléotide unique intra-hôte (iSNV) entre les échantillons et les individus. (A) Nombre total d’iSNV pour chaque échantillon de chaque participant non vacciné. Les cases gris clair indiquent le nombre total d’iSNV pour tous les échantillons et les lignes noires horizontales indiquent le nombre d’iSNV partagés pour chaque participant. (B) iSNV compte pour les participants immuns. (C) iSNV compte pour les échantillons individuels avec Ct <25 de participants naïfs en fonction du nombre de jours après l'inscription (R ajusté au carré = 0,05007, p = 0,02255). La ligne représente la régression linéaire. (D) iSNV compte pour les échantillons individuels avec Ct <25 provenant de participants immuns en fonction du nombre de jours après l'inscription (R ajusté au carré = 0,2857, p = 0,006359). La ligne représente la régression linéaire.
Les chercheurs ont également observé plusieurs mutations partagées dans les régions non traduites du génome du SRAS-CoV-2, telles que les trois principales régions non traduites (3′ UTR). La plus fréquente était une substitution t29760c dans le 3′ UTR, partagée par neuf individus naïfs. Les futures études devraient déterminer si les mutations UTR récurrentes observées dans l’étude actuelle affectent la forme physique du SARS-CoV-2 intra-hôte.
De plus, plusieurs participants à l’étude présentaient des fluctuations extrêmes au niveau ou à proximité des iSNV. Ils sont brusquement tombés en dessous de la limite de détection et sont revenus à des fréquences élevées quelques jours plus tard. Cela était probablement dû à la structuration spatiale, comme cela a été décrit pour le virus de la grippe par Amato et al. 2021. La structuration spatiale favorise les fluctuations induites par la dérive dans les iSNV échantillonnés en raison d’effets de goulot d’étranglement résultant potentiellement d’un échantillonnage de mauvaise qualité de la population virale. Cette constatation souligne davantage les avantages de l’échantillonnage longitudinal.
Enfin, les chercheurs ont observé une compartimentation tissulaire significative entre les environnements oral et nasal tout au long de l’infection par le SRAS-CoV-2 chez certains participants à l’étude. Cela explique pourquoi l’échantillonnage d’un seul site tissulaire peut ne pas fournir une image complète de la diversité du SRAS-CoV-2 au sein d’un hôte.
conclusion
Les données de l’étude ont fourni un profil à haute résolution de la dynamique évolutive du SARS-CoV-2 intra-hôte. Les résultats de l’étude ont montré que l’évolution du SRAS-CoV-2 au sein de l’hôte chez les individus naïfs et immuns semblait principalement motivée par des forces stochastiques lors d’infections aiguës. De plus, les chercheurs recensent les hotspots mutationnels dans le génome SARS-CoV-2, conformé à la pression de choix qui favorise l’apparition des iSNVs capables de transmission en avant.
En outre, ils ont également détecté une compartimentation tissulaire importante du SRAS-CoV-2 entre les écouvillons nasaux et les échantillons de salive chez de nombreux individus. En outre, la détection récurrente d’iSNV réussis et moins réussis à l’échelle mondiale a indiqué des zones d’alliance et de discordance entre les pressions sélectives intra-hôtes et inter-hôtes. Ces données mettent en lumière les forces qui façonnent les modèles mondiaux d’évolution du SRAS-CoV-2.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
