Dans une récente étude révolutionnaire, des chercheurs de l'Université de Stanford ont démontré le potentiel du test de séquençage multiplexé ciblé de nouvelle génération pour détecter les empreintes génétiques du SRAS-CoV-2 utilisées dans le profilage de mutations, avec le potentiel d'évolutivité massive requis pour les études de population. Les résultats sont actuellement disponibles sur le medRxiv * serveur de pré-impression.
La source de la pandémie de maladie à coronavirus rampante (COVID-19) est le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), qui contient une molécule d'ARN simple brin comme matériel génétique. En conséquence, la caractéristique importante du virus est la présence de mutations virales.
Des mutations au niveau de la souche sont fréquemment trouvées parmi les populations affectées et confèrent des empreintes génétiques virales que les chercheurs et les épidémiologistes peuvent utiliser pour tracer les voies de transmission à travers de vastes régions géographiques, ce qui est utile dans la recherche des contacts pour les événements super-propagateurs.
De même, moins fréquent de novo des mutations qui apparaissent lors de la réplication du virus sont également observées chez des patients individuels présentant des infections actives, qui définissent par la suite des quasi-espèces sous-clonales pertinentes pour un individu infecté.
La disponibilité croissante des séquences génomiques du SRAS-CoV-2 représente une riche ressource pour les chercheurs biomédicaux et cliniques qui souhaitent approfondir leurs recherches sur la propagation de la pandémie. Néanmoins, les méthodes d'analyse traditionnelles basées sur l'alignement sont chargées de défis lorsqu'elles sont appliquées à une échelle de milliers de séquences génomiques.
Tirant parti de milliers de génomes du SRAS-CoV-2 séquencés, un groupe de recherche de l'Université de Stanford aux États-Unis (dirigé par le Dr Billy T.Lau) a effectué une analyse du pangénome viral afin d'identifier les séquences génomiques conservées et de développer une analyse rapide et hautement évolutive. test de séquençage ciblé.
Cadre pour l'identification des souches de SRAS-CoV-2 au niveau de la population et des quasi-espèces à basse fréquence grâce à l'analyse du pangenome. (A) GISAID a actuellement des milliers de séquences génomiques du SRAS-CoV-2 en banque. En analysant ensemble un grand nombre de génomes viraux (lignes bleues), on peut identifier les séquences qui ne sont présentes qu'une seule fois dans un génome donné mais qui se produisent également de manière cohérente dans tous les génomes (barres rouges, vertes, jaunes et violettes). Ces séquences uniques et conservées peuvent être utilisées pour un certain nombre d'applications de recherche et de séquençage clinique. (B) Ces connaissances peuvent alimenter les études épidémiologiques et permettre aux scientifiques de caractériser les principales souches de SRAS-CoV-2. Les icônes verte, orange et rose représentent des individus contagieux qui contribuent à la transmission d'un virus au sein d'une population. (C) Le séquençage ciblé permet la détection de quasi-espèces à basse fréquence qui sont créées par des mutations de novo chez un individu. Le profil de mutation issu de l'analyse du pangenome nous permet d'examiner si ces mutations créent un profil génétique unique qui peut être retracé vers et entre les individus.
Sommaire
Identifier les mutations et les signatures virales spécifiques
Pour identifier les régions conservées à travers des milliers d'assemblages génomiques du SRAS-CoV-2, les chercheurs ont développé un flux de travail de calcul rigoureux qui analyse les séquences k-mer qui sont des signatures virales spécifiques (c'est-à-dire, de courtes étendues de séquence) – plus particulièrement quand un ensemble de génomiques les éléments sont comparés.
Sur la base de leur identification des régions conservées du pangénome du SRAS-CoV-2, ils ont par la suite développé un test de séquençage afin d'identifier de nouvelles mutations. Plus spécifiquement, plutôt que de couvrir l'ensemble du génome viral, ils ont utilisé des séquences hautement conservées comme sites d'amorces qui flanquent des régions génomiques très variables.
Ce nouveau test a été conçu pour permettre une couverture de séquençage très approfondie, avec des milliers de lectures par base donnée en moyenne. En conséquence, les chercheurs ont pu analyser une série d'échantillons artificiels, des mélanges viraux artificiellement fabriqués et des échantillons cliniques.
Avantages opérationnels importants du nouveau test
Par conséquent, cette méthode spécifique a permis aux chercheurs d'étudier rapidement les caractéristiques du pangénome viral (telles que la conservation du génome et les signatures de mutation) à partir de milliers d'échantillons viraux, avec une efficacité de calcul relativement élevée.
Plus précisément, les preuves de leur étude sur le pangenome ont révélé des preuves de divergence évolutive avec moins de 10% de toutes les bases partageant une séquence d'ancrage de 25-mères. Naturellement, des études supplémentaires seront nécessaires pour déterminer les conséquences de ces changements sur la santé virale et la maladie.
En outre, les variations naturelles observées dans le SRAS-CoV-2 ont la propension à avoir un impact sur les performances de liaison d'amorces et d'obscures mutations par hybridation imparfaite des amorces pendant les procédures de réaction en chaîne par polymérase (PCR).
Dans l'ensemble, la caractérisation de la variation génétique du SRAS-CoV-2 a fourni un aperçu significatif des voies de transmission et des processus de sélection qui peuvent influencer les taux d'infection. Le test de séquençage introduit présente des avantages opérationnels importants par rapport aux autres méthodes de détection moléculaire.
La faisabilité et l'évolutivité de l'approche
«Sur la base des résultats de notre étude, cette approche a la possibilité de fournir un cadre hautement évolutif et intégré pour identifier les empreintes génétiques virales chez les patients qui sont relativement uniques», concluent les auteurs de l'étude dans ce medRxiv papier.
Pour les petits génomes comme SARS-CoV-2, des dizaines de milliers d'échantillons peuvent être séquencés en une seule opération de séquençage, en fonction de la capacité du séquenceur. Cette évolutivité rend l'analyse d'un grand nombre d'échantillons faisable par rapport à d'autres dosages qui nécessitent le maintien des échantillons dans des puits individuels.
L'évolutivité opérationnelle du séquençage de nouvelle génération ouvre également la porte à des efforts de dépistage à grande échelle de la population avec un potentiel de réduction des coûts significative par rapport à d'autres méthodes, ce qui est indispensable dans notre bataille en cours contre le COVID-19.
*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 / le comportement lié à la santé ou être traités comme des informations établies.
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