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Radiología de la estructura genómica del coronavirus SARS-CoV-2

Radiología de la estructura genómica del coronavirus SARS-CoV-2

Autor principal: Luis Eduardo Manotas S.

Vol. XV; nº 11; 469

Radiology of the genomic structure of coronavirus SARS-CoV-2

Fecha de recepción: 17/05/2020

Fecha de aceptación: 08/06/2020

Incluido en Revista Electrónica de PortalesMedicos.com Volumen XV. Número 11 –  Primera quincena de Junio de 2020 – Página inicial: Vol. XV; nº 11; 469

AUTORES:

Luis Eduardo Manotas S., M.D, PhD. Investigador, Director Científico: IPS Centro Médico San Gregorio Hernández, Inírida (Guainía), Colombia.

01/05/2020.

Resumen.

Se realizó una revisión de genomas publicados del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2), en la base de datos de libre acceso registrados por la Global Initiative on Sharing All Influenza Database (GISAID; https://www.gisaid.org/), a través del análisis de las secuencias genómicas publicadas del SARS-CoV-2, en total al momento de la búsqueda se encontraban compartidas 15066. La secuencia inicialmente publicada del  SARS-CoV-2 se comparó con los genomas existentes utilizando el programa informático de alineamiento de secuencias de ADN, ARN y proteínas: NCBI/BLAST (National Center for Biotechnology Information/Basic Local Alignment Search Tool),  (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi), programa que es de dominio público y disponible para ser instalado. Además se consultaron varias fuentes documentales utilizando los descriptores: escritura científica, revisiones, videos y mapas conceptuales; los registros obtenidos de los descriptores para el SARS-CoV-2 oscilaron entre 141 genomas y 1200 de los genes, tras la combinación de las diferentes palabras clave. También se realizó búsqueda en internet en el “google académico” con los mismos términos. Tras seleccionar un número determinado de artículos, se agruparon por el sentido de sus resultados y se discutieron a la luz de las características metodológicas de cada estudio, para derivar una conclusión general.

Palabras clave: SARS-CoV-2, COVID-19, genoma, variantes fenotípicas, evolución, mutaciones, intercambio de genes e implicaciones biológicas.

Summary.

A published genome review of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) was conducted in the open access database recorded by the Global Initiative on Sharing All Influenza Database (GISAID; https://www.gisaid.org), through analysis of the published genomic sequences of SARS-CoV-2, in total at the time of search were shared 15951. The initially published SARS-CoV-2 sequence was compared to existing genomes using the DNA, RNA and protein sequence alignment software: NCBI/BLAST (National Center for Biotechnology Information/Basic Local Alignment Search Tool), (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi), a program that is public domain and available for installation. In addition, several documentary sources were consulted using the descriptors: scientific writing, revisions, videos and conceptual maps; the records obtained from the descriptors for SARS-CoV-2 ranged from 141 genomes to 1200 of genes, following the combination of the different keywords. an internet search was also performed on the «academic google» with the same terms. After selecting a certain number of articles, they were grouped by the meaning of their results and discussed in the light of the methodological characteristics of each study, to derive a general conclusion.

Keywords: SARS-CoV-2, COVID-19, genome, phenotypic variants, evolution, mutations, gene exchange and biological implications.

Introducción.

Los coronavirus son causa de infecciones respiratorias, entéricas y sistémicas graves, con un espectro amplio de huéspedes, incluyendo el hombre, mamíferos, peces y el aviar; el interés científico de estos virus aumentó después de la aparición de los brotes respiratorios por los coronavirus SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome–Coronavirus) en 2002-2003 seguidos del MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome-Coronavirus)1, los cuales tienen genoma de ácido ribonucleico (ARN), monocatenario, positivo, con una nucleocápside de simetría helicoidal, con envoltura cuyos viriones pueden medir entre 50 y 200 nm de diámetro2, poseen una cubierta de corona de puntas a la cual deben su nombre; estos virus de ARN se constituyen en el grupo de parásitos intracelulares más abundante en la biosfera.

El coronavirus SARS-CoV-2 pertenece al orden Nidovirales, familia Coronaviridae, sub familia Coronavirinae y género Betacoronavirus, es un virus zoonótico recientemente descrito1-3, ha mutado y adaptado su eficiencia biológica lo que le facilitó la patogenicidad humana en las proporciones que actualmente estamos viviendo4; este virus fue reconocido en la provincia de Hubei, ciudad de  Wuhan, China, asociado a la venta de mariscos y animales en un gran mercado; este virus fue denominado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como 2019-nCoV (2019 novel coronavirus infection)5 y renombrado por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus como SARS-CoV-23; causal de la enfermedad del tracto respiratorio agudo severo, referenciada como COVID-19 (Coronavirus Disease-2019) y declarada como ‘Emergencia de salud pública de preocupación internacional’ el 30 de enero de 2020 por la OMS5.

Metodología, resultados y conclusiones.

La nueva secuencia SARS-CoV-2 se comparó con los genomas existentes en la base de datos GISAID (https://www.gisaid.org/), utilizando el programa informático de alineamiento de secuencias de ADN, ARN y proteínas: NCBI/BLAST (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) y manualmente en una hoja de cálculo; subsecuentemente los resultados se compararon con publicaciones consultadas en los buscadores: Google Académico, PubMed, http://www.epistemonikos.org/ y  https://www.tripdatabase.com/index.html.

Determinándose que el SARS-CoV-2 genómicamente tiene una complejidad de nucleótidos (nts) por longitud entre 29,6 y 30,3 kilobases, de conformidad a los genomas de referencia en la base de datos GISAID: 15066 genomas, entre 29601 nts (EPI_ISL.429644) y 30355 nts (EPI_ISL.418209).

En segundo lugar se organizó la secuencia nucleotídica del SARS-CoV-2 registro EPI_ISL_402125 (MN908947, código GenBank), constituido por 29903 nts (Figura 1), en esta organización se cambio Timina (T) por Uracilo (U) de conformidad a la naturaleza del virus ARN; del total de nts 8.954 son Adenina (29,9%), Uracilo 9594 (32,1%), Citocina 5492 (18,4%) y Guanina 5863 (19,6%), distribuidos de la siguiente manera: dos extremos no codificadores UTR (Untranslated Trailer): el 5´ con 265 nts (del 1 al 265) y el 3´ con 229 nts, (del 29675 al 29903); en este genoma identificaron 29 genes codificadores de 4 proteínas estructurales (E, S, M y N), 16 no estructurales (NSP-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 y 16) y 9 accesorias (ORF-3a,6,7b,9b,3b,7a,8,9c y 10) para un total de 29 proteínas (Anexo), el gen más grande es el  OFR-1ab (Anexo y Figura1),  con 21.289 nt, (del 266 al 21555)8-9-10-11.

El análisis secuencial de los genomas del nos permitió determinar que el SARS-CoV-2 registra múltiples derivas génicas del orden de 15000, que se traducen en modificaciones de varios nts (Figura 2), donde las variaciones más frecuentes se ubican en los nts 6943, 8757, 27429 y 28229 correspondientes a Citocinas (C); Uracilos (U) en posiciones 11739, 28120, y Guaninas (G) 20646, 20665; además llama la atención la constancia de la C en posición 13469 en los genomas de 29903 nts. Estas mutaciones podrían estar generando un cambio en la eficiencia biológica del virus, de ahí su variabilidad en el período de incubación, los síntomas y su letalidad de conformidad a la circulación del virus y su comportamiento en los grupos poblacionales en los países donde se ha reportado12-13-14-15; variaciones génicas que podrían interpretarse como estrategias del virus de adaptación al ecosistema16. Las modificaciones del genoma del SARS-CoV-2 podrían estar generándose por errores durante la replicación del virus, lo cual explicaría en buena parte la diversidad genómica del SARS-CoV-2 reportada17,18; sin embargo, las proteínas que codifican los genes no cambian. Lo que puede estar sucediendo es que el virus este desarrollando mejor eficiencia biológica a través del cambio de nucleótidos que se han denominado como ventajas evolutivas17.

Otro hallazgo encontrado en el genoma fue la constancia de la C 13469 ubicada en el gen NSP12 (Non-Structural Protein), en la secuencia UUUUUAAACCGGG (Anexo). En otros genomas de tamaños diferentes al de 29903 nts la constancia de la C se determinó en el nt 13443 y 13445. Este gen se podría constituir en un objetivo de estudios inmunológicos para generar anticuerpos neutralizantes; por cuanto, este gen es indispensable para ensamblar los nts UCAGCUGAUGCACAAUCGUUUUUAAAC en la célula huésped y dar inicio a la traducción de nuevos genomas de virus8-9-10.

Los genomas aislados en Colombia procedente de Bogotá EPI_ISL_418262 y Antioquia EPI_ISL_417924 registran 29782/29836 nt y 29782/29782 respectivamente, durante la alineación de los nts se eliminaron 2 nt “N” del genoma de Antioquia y 858 nt “N” de Bogotá, organizándose un genoma definitivo de 29780 nt para Antioquia y 28924 nt para Bogotá. Se determinó al análisis una concordancia del 99,9% con los genomas descritos por Fan Wu et al., Nature; National Center for Biotechnology Information7, en los genes estructurales N, S y no estructurales ORF1ab; el extremo no codificador UTR 3´ de los genomas de Bogotá y Antioquia no registran la secuencia CCAUGUGAUUUUAAUAGCUUCUUAGGAGAAUGAC y el fragmento terminal de adeninas, por lo que esta región se excluyó del siguiente análisis.

Se ha demostrado que estos cambios nucleotídicos son el producto de la deriva génica y en su gran mayoría son indiferentes, pues las proteínas que codifican los genes no varían; sin embargo, la eficacia biológica si se ve afectada, como es el caso de algunos virus que adquieren resistencia a ciertos medicamentos19.

Dentro de la variabilidad del genoma del SARS-CoV-2 han identificado una deleción completa del gen ORF820 (Anexo), encargado de codificar una proteína cuyo papel no se ha determinado, pero que es propia del SARS-CoV-2 entre los coronavirus8; este hallazgo habla de 382 nt, aunque la conformación del gen ORF8 (Versión MN908947.3) que analizamos tiene 366 nt, de los cuales 100 son adenina, 134 uracilo, 67 guanina y 65 citocina; esto podría tratarse de una población viral fitness21 aunque en la población donde se detectó esta deleción no tienen descritas una particularidades sintomáticas que permitan establecer un cambio en la eficiencia biológica del virus20.

El análisis con otros genomas homólogos de SARS-CoV-2: Pangolin (Manis javanica): EPI_ISL_412860, EPI_ISL_410721, EPI_ISL_410544, y murciélagos (Rhinolophus affinis y Rhinolophus malayanus):  EPI_ISL_402131, EPI_ISL_412976 y EPI_ISL_412976, se detectó  durante la alineación de los nts un promedio del 6 al 20% de nt “N” que dificultad su comparación; sin embargo, nos encontramos que el genoma del murciélago EPI_ISL_402131 (hCoV-19/bat/Yunnan/RaTG13) tiene similitud  con el del SARS-CoV-2 (EPI_ISL_402125) del 96,9% con el total del genoma, 96% gen N, 97% gen S y 91,9 % con el gen ORF1ab; en tanto que los genomas de los pangolines (EPI_ISL_412860, EPI_ISL_410721, EPI_ISL_410544) tuvo similitud promedio del 87% con el genoma completo, 91,2% gen N, 86,2% gen S y 90,3 con el gen ORF1ab. Otro hallazgo más fue que el genoma del Pangolin consta de seis ORF comunes a los SARS-CoV-2 y otros cuatro genes accesorios en comparación con los seis descritos por Fan Wu et al7 (Figura 1 y Anexo) del genoma del SARS-CoV-2.

Si bien en cierto que estos hallazgos le dan mayor peso a la descendencia del SARS-CoV-2 de los murciélagos no descarta la posibilidad de su descendencia de los pangolines como lo refirió en su estudio Lu et al.22; de igual manera reportaron en el estudio citado similitudes aproximadas de 79% y 50% del SARS-CoV y MERS-CoV con SARS-CoV-2. Por lo tanto, SARS-CoV-2 se debe considerar el séptimo nuevo Betacoronavirus humano de no encontrarse hallazgos filogénicos que digan lo contrario.

En otro contexto y retomando uno de los aportes citados la variación genómica del virus descrita en Singapur puede tratarse de una cuasiespecie del virus como evento de la selección natural23, que terminaría generando un reto para las posibles vacunas que se generen dado que esta deriva génica implica una falla de los anticuerpos neutralizantes desarrollados, lo anterior de conformidad a las investigaciones realizadas sobre el impacto de las cuestionadas quasiespecie virales23 versus la terapia antiviral e inmunoterapia; sin embargo, el virus circulante en singapur como se refirió la enfermedad en los pacientes donde se aisló el virus no registró particularidades que permitan concluir que se trata de una quasiespecie del SARS-CoV-2.

El hallazgo de la deleción del gen ORF820 y lo descrito en materia de la deriva génica del SARS-CoV-2 podría tratarse de un error durante la multiplicación viral o en su defecto de un mecanismo evasor del virus; pero indistintamente, podría condicionar las estrategias de vacunación y terapia antiviral24. De lo cual se desprende que las vacunas atenuadas presentan una probabilidad de reversión a formas patógenas24-25, pues varían en función del sistema viral y del número de derivas génicas implicadas en la atenuación. En últimos la heterogeneidad del SARS-CoV-2 y su continua variación génica pone en riesgo a mediano plazo las investigaciones de las actuales vacunas y las terapias antivirales24; por lo tanto, las vacunas deben ser multivalentes y las terapias antivirales combinadas.

Conflicto de interés.

Manifiesto bajo la gravedad del juramento no estar incurso en ningún conflicto de interés en la publicación de este documento.

Ver anexo

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