במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבע, קבוצת חוקרים העריכה את השכיחות של זיהום משותף ושל רקומבינציה תוך-מארחת בלמעלה מ-2 מיליון מקרים גלובליים של תסמונת נשימה חריפה חמורה של Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ופיתחה אסטרטגיות לזיהוי וניתוח מדויקים של זנים רקומביננטיים.
רקע כללי
נגיף ה-SARS-CoV-2, הידוע בשיעור המוטציות הגבוה שלו, הוביל להופעתם של וריאנטים רבים מאז החלה מגיפת הקורונה 2019 (COVID-19). זיהום משותף, שבו אדם נדבק במספר וריאנטים בו-זמנית, נצפתה יותר ויותר, עם שיעור התרחשות משוער של כ-0.2-0.6%. זיהומים משותפים אלה, בדרגות חומרה שונות, זוהו ברחבי העולם, כולל במקרים קלים.
מגמות אחרונות מראות דומיננטיות של שושלות רקומביננטיות, כמו וריאנטים של Omicron XBB, מה שמצביע על זיהומים תכופים. מחקר נוסף חיוני כדי להבין טוב יותר את הדינמיקה של זיהומים משותפים של SARS-CoV-2 ורקומבינציות, שיכולות להיות לה השלכות משמעותיות על אסטרטגיות בריאות הציבור ופיתוח חיסונים.
לגבי המחקר
במחקר, מסד הנתונים של CoVEO נוצל לסינון מוקדם ובחירה ראשונית של דגימות זיהום. מסד נתונים זה של PostgreSQL מאחסן נתוני מוטציה מדגימות רצף SARS-CoV-2 שהועלו לפורטל הנתונים האירופי COVID-19.
עבור סינון איכותי, מתוך 3,093,454 דגימות מארח אנושיות במסד הנתונים של CoVEO, אלו עם ספירת בסיסים כוללת מתחת ל-100,000 או עם עומק רצף לא מספיק הוחרגו. זה הותיר 2,172,927 דגימות, שנבדקו לאחר מכן עבור מוטציות הגדרה ייחודיות של וריאנטים ויראליים של SARS-CoV-2. שלא כמו הסתמכות על רשימות שנקבעו מראש, מחקר זה השתמש בגישה מעודנת יותר, תוך שימוש בטבלת סמנים כדי לזהות מוטציות המעידות מאוד על זנים ספציפיים.
הזיהוי של דגימות מועמדות לזיהום התבסס על זיהוי של לפחות 50% מהמוטציות הייחודיות המגדירות וריאנטים משני זנים שונים לפחות. בשלב זה לא הוחל סינון בתדר אללים, מה שמאפשר לזהות אפילו זני וריאנטים קטנים. תהליך זה הניב 29,666 דגימות פוטנציאליות לזיהום.
הבחירה הסופית של דגימות הדבקה משותפת כללה סינון מועמדים שנשאו חלק ניכר מהמוטציות הסותרות זו את זו. סף מחמיר הבטיח שרק דגימות עם ייצוג גנומי מקיף של הווריאציות נכללו, והביאו ל-7700 דגימות של זיהום משותף.
המחקר השווה גם את תאריכי האיסוף של דגימות אלה עם השכיחות של גרסאות שונות כדי לאמת את התרחשותן הטבעית. בנוסף, חלוקת דגימות זיהום נבדקה על פני מחקרים ומיקומים שונים כדי לזהות זיהום אפשרי במעבדה.
בחקירת המגוון הגנטי, נעשה שימוש במדדים כמו מספר הווריאנטים במקביל, אנטרופיית מידע ומגוון גנטי מצטבר. מדדים אלה היו בקורלציה עם שיעורי הדבקה משותפים, וסיפקו תובנות לגבי הקשר בין מגוון ויראלי לזיהומים משותפים.
לצורך זיהוי רקומביננטים תוך-מארחים, המחקר השתמש בשתי מתודולוגיות שונות. ראשית, פותחה צינור לזיהוי דגימות רקומביננטיות פוטנציאליות המבוססות על שינויים בתדרי אללים (AFs) בהגדרת מוטציות. זה כלל תיקון AFs עבור הטיות שיטתיות וחישוב יחסי סיכויים כדי להבחין בין דגימות עם ובלי נקודות שבירה פוטנציאליות. ניתוח זה, המתמקד בדגימות זיהום משותף עם שני זנים וריאנטיים בדיוק, נועד לזהות שינויים ב-AFs שיכולים להצביע על אירועי רקומבינציה.
המחקר השתמש בגישה עצמאית על ידי בחינת קריאות קצרות מנתוני רצף. זה היה כרוך בחיפוש אחר קריאות שחפפו מוטציות מגדירות של שני זני ההורים במדגם. קריאות עברו סינון קפדני לאיכות, ואלו הנושאים את שתי קבוצות המוטציות נחשבו מעידים על רקומבינציה.
הניתוח זיהה עמדות גנומיות עם עדויות מספיקות לרקומבינציה בדגימות מרובות כנקודות חמות פוטנציאליות לרקומבינציה. אזורים אלה הושוו לאחר מכן עם נקודות שבירה ידועות של רקומבינציה במאגרי מידע אחרים כדי לאשש ממצאים. בנוסף, קריאות רקומביננטיות נבדקו לאיתור עקבות של חומצה ריבונוקלאית תת-גנומית (RNA), מה שמאשר עוד יותר את מקורן.
תוצאות המחקר
במסד הנתונים של CoVEO, דגימות הדבקה משותפת נקבעו על סמך נוכחות של חלק ניכר ממוטציות המגדירות וריאנטים בלעדיות הדדית משני זנים ויראליים שונים לפחות. מספר דגימות ההדבקה המזוהות השתנה בהתאם לסף שנקבע למוטציות אלו. סף קפדני של 80% הוביל לזיהוי של 7700 דגימות של זיהום משותף מתוך למעלה מ-2.1 מיליון דגימות מארח אנושיות באיכות טובה, המשקפות שיעור זיהום משותף של 0.35%. שיעור זה מתיישב עם מחקרים קודמים.
הזיהומים הנפוצים ביותר כללו שילובים של דלתא ואומיקרון (BA.1), אלפא ואיוטה וגרסאות אחרות. השכיחות של זיהום משותף תאמה את מספר הדגימות שהוקצו לכל וריאנט במסד הנתונים, מה שמצביע על מתאם עם ההתפלגות הגיאוגרפית והזמנית של וריאנטים.
כדי להבטיח את מהימנות הממצאים הללו, המחקר בדק גם את האפשרות של זיהום במעבדה. בעוד שמחקרים מסוימים הציגו שיעורי הדבקה משותפים גבוהים מהממוצע, שיטת הזיהוי הקפדנית המשמשת במחקר זה מרמזת ששיעור ההידבקות המשותף של 0.35% הוא אומדן שמרני. הפצה של דגימות זיהום משותף על פני מחקרים שונים הפחיתה את הסבירות של זיהום שישפיע על התוצאות הכוללות.
מבחינה גיאוגרפית, דגימות הדבקה משותפת חולקו באופן שווה למדי, אם כי צוינו וריאציות עקב יכולות ואסטרטגיות רצף שונות. לדוגמה, צרפת הראתה שכיחות גבוהה יותר, אך הדבר הושפע ממספר כולל נמוך יותר של דגימות ומחקרים ספציפיים שהתמקדו בזיהומים משותפים. במדינות עם מספר גדול יותר של דגימות, שיעורי ההידבקות היו מגוונים, והדגישו את הצורך במעקב עולמי שיטתי. ציר הזמן של מקרי הידבקות משותפים במדינות עם יותר מ-1,000 דגימות באיכות טובה הצביע על כך שסבירות גבוהה יותר להידבקויות משותפות כאשר גרסאות מרובות הסתובבו במקביל.
המחקר גם חקר את הנוכחות של רקומבינציה תוך-מארח בדגימות זיהום משותף על ידי בחינת שינויים ב-Afs של הגדרת מוטציות. עם זאת, הטיית פריימר של תגובת שרשרת פולימראז (PCR) השפיעה לעתים קרובות על הדיוק של Afs שנמדד. למרות זאת, הניתוח זיהה 13 דגימות רקומביננטיות פוטנציאליות, בעיקר מזיהומים משותפים של Delta – Omicron (BA.1). כמה דגימות ממחקרים עם תערובות מלאכותיות של וריאנטים זוהו גם כרקומביננטים, מה שהעלה שאלות לגבי מתודולוגיית הזיהוי.
שיטה נוספת כללה בחינת נתוני רצף גולמיים לקריאה הנושאת מוטציות ממספר זנים. נמצא מתאם מובהק בין צפיפות המוטציות הללו לבין נוכחותם של קריאות חופפות. אזורים של הגנום שהראו סימנים של רקומבינציה לא תמיד תאמו את אלו שזוהו ממאגרי מידע אחרים.
בחקירת דגימות לא מלאכותיות, אזורים גנומיים מסוימים זוהו כנקודות חמות פוטנציאליות של רקומבינציה, במיוחד בתוך הגנים S ו-M של זיהומים משותפים של Delta – Omicron (BA.1). עם זאת, ב-13 הדגימות שסומנו בתחילה לרקומבינציה פוטנציאלית, לא נמצאה עדות חותכת לקריאה רקומביננטית בנקודות השבירה המשוערות, מה שהדגיש את המורכבות והאתגרים בזיהוי רקומבינציה תוך-מארחת ב-SARS-CoV-2.
ההתפלגות הגיאוגרפית של מקרי הדבקה משותפת, על אף שהיא עקבית באופן כללי, הראתה שונות שהושפעו מאסטרטגיות דגימה מקומיות ויכולות רצף. חוסר אחידות זה מדגיש את החשיבות של מעקב עולמי מתמשך ושיטתי כדי ללכוד את הדינמיקה של זיהומים נגיפיים במדויק.
בחקירת רקומבינציות תוך מארח, המחקר ניווט בין המורכבות של הפצות AF וניתוח נתוני רצף גולמי. הזיהוי של רקומביננטים פוטנציאליים, במיוחד בדגימות הכוללות שילובי וריאנטים נפוצים כמו דלתא ואומיקרון, מספק תובנות מסקרנות.
בסופו של דבר, גישת המחקר לניתוח למעלה מ-2 מיליון דגימות לזיהומים משותפים ורקומביננטים בנגיף SARS-CoV-2 מציעה מסגרת חזקה המאזנת בין קריטריוני זיהוי מחמירים לבין האתגרים המעשיים של ניתוח נתונים גנומי בקנה מידה גדול.
