Preuve sur la recombinaison intra-hôte du SRAS-CoV-2 lors de la surinfection par les variantes Alpha et Epsilon aux États-Unis

Des chercheurs travaillant aux États-Unis, au Ghana et en Afrique du Sud ont capturé un cas de surinfection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) chez un individu, simultanément infecté par deux variantes du SRAS-CoV-2, Alpha et Epsilon au cours de la deuxième vague de la maladie à coronavirus 19 (COVID-19) à New York au début de 2021.

Le sondage suggère que la recombinaison, facilitée par la surinfection, se produit perpétuellement dans les infections par le SRAS-CoV-2, démontrée par la présence d’haplotypes recombinants à haute fréquence chez l’individu surinfecté.

Fond

Une version pré-imprimée du document de recherche est disponible sur le medRxiv* serveur pendant que l’article est soumis à un examen par les pairs.

La recombinaison virale se produit lorsqu’au moins deux génomes viraux, génétiquement distincts, co-infectent ou surinfectent la même cellule hôte et échangent des segments génétiques. Il s’agit d’un processus évolutif courant chez les virus à ARN à brin positif, tels que les coronavirus, pour générer une diversité génétique qui leur permet de surmonter les pressions sélectives tout en s’adaptant à de nouveaux environnements et hôtes.

Malgré une occurrence régulière lors d’infections par le SRAS-CoV-2, la recombinaison peut être difficile à démontrer in vivo sauf s’il s’agit de souches parentales génétiquement distinctes. De plus, en raison de la courte durée moyenne des infections par le SRAS-CoV-2, les surinfections et recombinaisons du SRAS-CoV-2 ont rarement été signalées à ce jour.

L’équipe, dans sa récente étude, caractérise un cas de surinfection de janvier 2021, identifié par le Département de la santé et de l’hygiène mentale (DOHMH) de la ville de New York (NYC) et présente des preuves de recombinaison se produisant au sein de cet individu surinfecté, en fournissant un in vivo instantané de ce processus évolutif au sein du SRAS-CoV-2.

L’étude

L’étude a été menée sur deux échantillons d’écouvillonnage nasopharyngé positifs pour le SRAS-CoV-2, NYCPHL-002130 et NYCPHL-002461, qui ont été soumis au NYC PHL (NYC Public Health Laboratory) pour analyse de séquence. À New York, NYCPHL-002130 était le cas index appartenant à la lignée Alpha du SRAS-CoV-2 obtenu à partir d’un échantillon prélevé le 4 janvier 2021. L’enquête de santé publique sur ce cas index a révélé des antécédents de voyages récents au Ghana, où la variante Alpha était déjà en circulation et a identifié un autre cas contact d’une infection à variant Alpha, prélevé le 14 janvier 2021 (NYCPHL-002461).

Le dépistage PCR initial par NYC PHL sur l’échantillon index, NYCPHL-002130, a démontré le phénotype d’échec de la cible du gène S (SGTF) avec le test PCR en temps réel. Cependant, l’échantillon prélevé auprès du partenaire de contact (NYCPHL-002461) n’a pas montré la caractéristique SGTF de la variante Alpha.

Plus tard, le séquençage du génome au contact a révélé une importante diversité virale intra-hôte – variantes majeures et mineures – au sein du génome viral, une possible signature de surinfection. Pour exclure toute erreur expérimentale ou de séquençage qui aurait pu conduire à cette diversité intra-hôte, l’échantillon NYCPHL-002461 a été traité quatre fois séparément via une transcription inverse indépendante, une PCR ARTIC, une préparation de bibliothèque et des réactions de séquençage.

Des alignements génomiques avec d’autres séquences de variantes alpha et Epsilon accessibles au public ont été effectués et des arbres phylogénétiques à probabilité maximale séparés pour les variantes majeures et mineures ont été déduits.

Des arbres d’horloge moléculaire pour les variantes Alpha et Epsilon ont été déduits pour déterminer si les variantes alléliques majeures et mineures étaient concomitantes avec la date d’échantillonnage.

Pour déterminer toute transmission ultérieure de la souche majeure-mineure recombinante, l’équipe a comparé les séquences obtenues dans l’étude actuelle avec tous les génomes du SRAS-CoV-2 séquencés par le NYC PHL et le Pandemic Response Lab (PRL) à partir des échantillons collectés auprès des résidents de NYC.

Résultats

Typique de la variante Alpha SARS-CoV-2, NYCPHL-002130 présentait un phénotype d’échec de la cible du gène S (SGTF) lors du dépistage initial en temps réel. Le génome viral de ce cas index a montré une diversité virale intra-hôte limitée.

Cependant, le partenaire de contact NYCPHL-002461 ne présentait pas la caractéristique SGTF de la variante Alpha. Et le séquençage du génome viral dans ce contact a révélé une importante diversité virale intra-hôte, qui indiquait le cas d’une surinfection. Un total de quatre extractions répétées, de PCR en temps réel et de séquences de séquençage ont démontré un SGTF similaire et confirmé la même signature de diversité intra-hôte.

Les fréquences alléliques virales (FA) dans NYCPHL-002461 ont été séparées en quatre catégories : partagée, souche majeure, souche mineure et autre. Les « allèles partagés » faisaient référence à ceux présents à 90 % de FA dans trois répétitions ou plus (sur quatre répétitions) ; les « allèles de souche majeure » ​​se sont produits à des fréquences comprises entre 60 et 90 % (≥ 3 répétitions), avec toutes les mutations alpha diagnostiques dans cet ensemble ; « allèles de souche mineure » ​​qui se sont produits à des fréquences comprises entre 10 et 25 % (≥ 3 répétitions), avec toutes sauf une mutation diagnostique d’Epsilon (la mutation A28272T caractéristique d’Epsilon était absente dans NYCPHL-002461) dans cet ensemble. La catégorie « autre » englobait tous les autres sites variables survenant à une FA entre 25 % et 60 % ou ceux trouvés dans un ou deux échantillons seulement.

Les analyses de régression de la racine à la pointe ont montré que la date d’échantillonnage pour NYCPHL-002461 était cohérente avec l’horloge moléculaire pour les séquences de souche majeure et mineure, et on s’attendrait à ce que des virus de ce degré de divergence génétique aient circulé à la mi-janvier. 2021. L’équipe a également identifié les génomes identiques à la variante majeure circulant à la fois à NYC (le cas index NYCPHL-002130) et au Ghana (EPI_ISL_944711) à peu près au même moment.

La variante mineure appartenant à la lignée des variantes Epsilon s’est avérée génétiquement distincte, les parents Epsilon les plus proches étant échantillonnés en Californie, au Royaume-Uni et au Cameroun. Le plus similaire de ces parents a été échantillonné en Californie qui représentait son ancêtre direct sur la phylogénie.

Le clonage et le séquençage sanger de fragments génomiques plus longs ont fourni une meilleure résolution en cas de recombinaison. Plus tard, pour exclure la possibilité d’un in vitro recombinaison introduite par transcription inverse et amplification par PCR, qui font partie des protocoles de séquençage et de clonage du génome, les fréquences d’haplotypes recombinants dans les quatre extraits de NYCPHL-002461 ont été comparées.

Un signal cohérent de recombinaison a été observé dans les quatre analyses de séquençage du génome entier et dans l’analyse des fragments clonés, suggérant tous les mêmes haplotypes recombinants présents à haute fréquence.

Nous mettons en garde contre l’hypothèse d’une surinfection avant que les problèmes potentiels de contamination, de séquençage de mauvaise qualité ou d’erreurs bioinformatiques n’aient été correctement traités », conseille l’équipe.

Aucune autre transmission du recombinant circulant n’a été identifiée. L’équipe souligne qu’étant donné que le cas index initial et son contact ont reçu rapidement un diagnostic de COVID-19 avec des conseils pour s’auto-isoler par NYC DOHMH, l’absence de transmission ultérieure n’est pas surprenante.

Parce que des virus recombinants peuvent être générés et transmis avec succès entre humains, cette découverte souligne leur pertinence potentielle pour l’avenir de la pandémie de COVID-19 », souligne l’équipe.

Conclusion

La présence d’haplotypes recombinants génétiquement variables à haute fréquence chez un seul individu surinfecté suggère que la recombinaison se produit constamment dans les infections par le SRAS-CoV-2.

Une incidence réduite due à l’immunité induite par le vaccin et acquise naturellement réduirait le risque de surinfection, et l’effet homogénéisant des balayages sélectifs induits par les variantes (comme on le voit dans les variantes Delta et Omicron) réduira le potentiel d’innovation biologique dans un génome recombinant .”

Cependant, la surveillance moléculaire de l’émergence d’un variant recombinant du SRAS-CoV-2 doit continuer activement pour informer en temps opportun les autorités de santé publique.

*Avis important

medRxiv 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.