Фрагменти мобільних генетичних елементів різного походження у геномі коронавірусу SARS-CoV-2

  • О. В. Підпала Інститут молекулярної біології і генетики, НАН України, Україна, 03680, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 150
  • Л. Л. Лукаш Інститут молекулярної біології і генетики, НАН України, Україна, 03680, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 150
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.19.1-2.1434
Ключові слова: коронавіруси людини

Анотація

Мета. Проаналізувати нуклеотидну послідовність нового коронавірусу людини SARS-CoV-2 на наявність фрагментів мобільних генетичних елементів (МГЕ) про- та еукаріотного походження. Методи. Гомологію між нуклеотидними послідовностями визначали програмою BLAST 2.6.1. Результати пошуку та ідентифікації МГЕ здійснено за допомогою програм ISfinder та CENSOR. Результати. У геномі коронавірусу людини SARS-CoV-2 ідентифіковано фрагменти 11 бактеріальних IS-елементів (0,68 % вірусного геному) та 23 еукаріотних МГЕ (4,6 %). Із 11 генів SARS-CoV-2, фрагменти бактеріальних IS-елементів присутні у двох генах (ORF1ab і M) та у 3’UTR. Фрагменти МГЕ еукаріот виявлено у межах чотирьох генів (ORF1ab, S, N і ORF7b) та у 3’UTR. Найбільший відсоток МГЕ виявлено у гені ORF7b та у 3’UTR. Аналізуючи інсерційні профілі IS-фрагментів на прикладі відомих коронавірусів людини та у їхніх проміжних хазяїв, дійшли висновку про можливість використання фрагментів прокаріотних МГЕ для філогенетичних досліджень нового коронавірусу людини SARS-CoV-2. Висновки. На підставі одержаних результатів висловлюємо припущення, що фрагменти МГЕ про- та еукаріотного походження можуть відігравати роль в еволюції геному SARS-CoV-2, зокрема при формуванні вірусних генів. Також вони можуть бути інформативними філогенетичними маркерами.
Ключові слова: коронавіруси людини, SARS-CoV-2, МГЕ, IS-елементи, філогенетичні маркери.

Посилання

Corman V.M., Muth D., Niemeyer D., Drosten C. Hosts and sources of endemic human coronaviruses. Adv. Virus Res. 2018. Vol. 100. P. 163-188. doi: 10.1016/bs.aivir.2018.01.001.

Chu D.K., Poon L.L., Gomaa M.M., Shehata M.M., Perera R.A., Abu Zeid D., El Rifay A.S., Siu L.Y., Guan Y., Webby R.J., Ali M.A., Peiris M., Kayali G. MERS coronaviruses in dromedary camels, Egypt. Emerging Infect. Dis. 2014. Vol. 20, No. 6. P. 1049-1053. doi: 10.3201/eid2006.140299.

Drexler J.F., Corman V.M., Drosten C. Ecology, evolution and classification of bat coronaviruses in the aftermath of SARS. Antiviral Res. 2014. Vol. 101. P. 45-56. doi: 10.1016/j.antiviral.2013.10.013.

Emerman M., Malik H. S. Paleovirology – modern consequences of ancient viruses. PLoS Biology. 2010. Vol. 8, No. 2. e1000301. doi: 10.1371/journal.pbio.1000301.

Forterre P. The origin of viruses and their possible roles in major evolutionary transitions. Virus Res. 2006. Vol. 117, No. 1. P. 5–16. doi: 10.1016/j.virusres.2006.01.010.

Hickman A.B., Chandler M., Dyda F. Integrating prokaryotes and eukaryotes: DNA transposases in light of structure. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2010. Vol. 45, No. 1. P. 50– 69. doi: 10.3109/10409230903505596.

Holmes E. C. Viral evolution in the genomic age. PLoS Biol. 2007. Vol. 5, No. 10. e278. doi: 10.1371/journal.pbio.0050278.

Hu B., Zeng L.P., Yang X.L., Ge X.Y., Zhang W., Li B., Xie J.Z., Shen X.R., Zhang Y.Z., Wang N., Luo D.S., Zheng X.S., Wang M.N., Daszak P., Wang L.-F., Cui J. , Shi Z.L. Discovery of a rich gene pool of bat SARS-related coronaviruses provides new insights into the orgin of SARS coronavirus. PLoS Pathogens. 2017. Vol.13, No.11. e1006698.

Koonin E.V., Dolja V.V., Krupovic M. Origins and evolution of viruses of eukaryotes: The ultimate modularity. Virology. 2015. Vol. 479-480. P. 2-25.

Lam T.T., Shum M.H., Zhu H.C., Tong Y.G., Ni X.B., Liao Y.S., Wei W., Cheung W.Y., Li W.J., Li L.F., Leung G.M., Holmes E.C., Hu Y.L., Guan Y. Identifying SARS-CoV-2 related coronaviruses in Malayan pangolins. Nature. 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2169-0.

Liu P., Jiang J.Z., Wan X.F., Hua Y., Li L., Zhou J., Wang X., Hou F., Chen J., Zou J., Chen J. Are pangolins the intermediate host of the 2019 novel coronavirus (SARS-CoV-2)? PLoS Pathog. 2020. Vol. 16, No. 5. e1008421. doi: 10.1371/journal.ppat.1008421.

Memish Z. A., Mishra N., Olival K. J., Fagbo S. F., Kapoor V., Epstein J. H., Alhakeem R., Durosinloun A., Al Asmari M., Islam A., Kapoor A., Briese T., Daszak P., Al Rabeeah A.A., Lipkin W. I. Middle East respiratory syndrome coronavirus in bats, Saudi Arabia. Emerg. Infect. Dis. 2013. Vol. 19, No. 11. P. 1819–1823. doi: 10.3201/eid1911.13117.

Miller W.J., Capy P. Mobile genetic elements as natural tools for genome evolution. Methods Mol. Biol. 2004. Vol. 260. P. 1-20. doi: 10.1385/1-59259-755-6:001.

Mushegian A.R. Are there 1031 virus particles on Earth, or more, or fewer? J. Bacteriol. 2020. Vol. 202, No. 9. pii: e00052-20. doi: 10.1128/JB.00052-20.

Quan P.L., Firth C., Street C., Henriquez J.A., Petrosov A., Tashmukhamedova A., Hutchison S.K., Egholm M., Osinubi M.O.V., Niezgoda M., Ogunkoya A.B., Briese T., Rupprecht C.E., Lipkin W.I. Identification of a Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Like Virus in a leaf-nosed bat in Nigeria. mBio. 2010. Vol. 1, No. 4. e00208-10.

Rota P.A., Oberste M.S., Monroe S.S., Nix W.A., Campagnoli R., Icenogle J.P., Peñaranda S., Bankamp B., Maher K., Chen M.-H., Tong S., Tamin A., Lowe L., Frace M., DeRisi J.L., Chen Q., Wang D., Erdman D.D., Peret T.C.T., Burns C., Ksiazek T.G., Rollin P.E., Sanchez A., Liffick S., Holloway B., Limor J., McCaustland K., Olsen-Rasmussen M., Fouchier R., Günther S., Osterhaus A.D.M.E., Drosten C., Pallansch M.A., Anderson L.J., Bellini W.J. Characterization of a novel coronavirus associated with severe acute respiratory syndrome. Science . 2003. Vol. 300, No. 5624. P. 1394–1399. doi: 10.1126/science.1085952.

Schountz T. Immunology of bats and their viruses: challenges and opportunities. Viruses. 2014. Vol. 6, No. 12. P. 4880–4901. doi: 10.3390/v6124880.

Siguier P., Gourbeyre E., Chandler M. Bacterial insertion sequences: their genomic impact and diversity. FEMS Microbiol. Rev. 2014. Vol. 38, No. 5. P. 865-891. doi: 10.1111/1574-6976.12067.

Skalka A.M. Retroviral DNA transposition: themes and variations. Microbiol. Spectr. 2014. Vol. 2, No. 5. MDNA300052014. doi: 10.1128/microbiolspec. MDNA3-0005-2014.

Sotero-Caio C.G., Platt R.N., Suh A., Ray D.A. Evolution and diversity of transposable elements in vertebrate genomes. Genome Biol. Evol. 2017. Vol. 9, No. 1. P. 161-177. doi: 10.1093/gbe/evw264.

Su S., Wong G., Shi W., Liu J., Lai A.C.K., Zhou J., Liu W., Bi Y., Gao G.F. Epidemiology, genetic recombination, and pathogenesis of coronaviruses. Trends Microbiol. 2016. Vol. 24, No. 6. P. 490-502. doi: 10.1016/j.tim.2016.03.003.

Sun C., Feschotte C., Wu Z., Mueller R.L. DNA transposons have colonized the genome of the giant virus Pandoravirus salinus. BMC Biol. 2015. Vol. 13. P. 38. doi: 10.1186/s12915-015-0145-1.

Tengs T., Kristoffersen A.B., Bachvaroff T.R., Jonassen C.M. A mobile genetic element with unknown function found in distantly related viruses. Virol. J. 2013. Vol. 10. P. 132. doi: 10.1186/1743-422X-10-132.

Thomas J., Pritham E.J. Helitrons, the eukaryotic rolling-circle transposable elements. Microbiol. Spectr. 2014. Vol. 3, No. 4. MDNA3-0049-2014. doi: 10.1128/microbiolspec.MDNA3-0049 -2014.

Wang M., Yan M., Xu H., Liang W., Kan B., Zheng B., Chen H., Zheng H., Xu Y., Zhang E., Wang H., Ye J., Li G., Li M., Cui Z., Liu Y.F., Guo R.T., Liu X.N., Zhan L.H., Zhou D.H., Zhao A., Hai R., Yu D., Guan Y., Xu J. SARS-CoV infection in a restaurant from palm civet. Emerging Infect. Dis. 2005. Vol. 11, No. 12. P. 1860-1865.

Wicker T., Sabot F., Hua-Van A., Bennetzen J.L., Capy P., Chalhoub B., Flavell A., Leroy P., Morgante M., Panaud O., Paux E., SanMiguel P., Schulman A.H. A unified classification system for eukaryotic transposable elements. Nat. Rev. Gen. 2007. Vol. 8, No. 12. P. 973–982. doi: 10.1038/nrg2165.

Wu F., Zhao S., Yu B., Chen Y.M., Wang W., Song Z.G., Hu Y., Tao Z.W., Tian J.H., Pei Y.Y., Yuan M.L., Zhang Y.L., Dai F.H., Liu Y., Wang Q.M., Zheng J.J., Xu L., Holmes E.C., Zhang Y.Z. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. 2020. Vol. 579, No. 7798. P. 265-269. doi: 10.1038/s41586-020-2008-3.

Zaki A. M., van Boheemen S., Bestebroer T. M., Osterhaus A. D., Fouchier R. A. Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia. N. Engl. J. Med. 2012. Vol. 367, No. 19. P. 1814–1820. doi: 10.1056/NEJMoa1211721.

Zhou P., Yang X.-L., Wang X.-G., Hu B., Zhang L., Zhang W., Si H.-R., Zhu Y., Li B., HuangC.-L., Chen H.-D., Chen J., Luo Y., Guo H., Jiang R.-D., Liu M.-Q., Chen Y., Shen X.-R., Wang X., Zheng X.-S., Zhao K., Chen Q.-J., Deng F., Liu L.-L., Yan B., Zhan F.-X., Wang Y.-Y., Xiao G.-F., Shi Z.-L. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020. Vol. 579. P. 270-273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7.