追踪全球SARS-CoV-2在COVID-19大流行期间的变异情况

COVID-19大流行是由冠状病毒SARS-CoV-2毒株引起的一场持续的全球卫生危机。SARS-CoV-2病毒在传播过程中会发生突变，监测这些突变及其分布可为治疗和控制疾病提供相关信息。Santiago Justo Arévalo(秘鲁Ricardo Palma大学)和他的同事分析了在流感大流行的前11个月里世界范围内几种突变的进展。他们的结果表明，目前存在五种主要的单倍型病毒。该团队还创建了一个网页，将相应的单倍型分配给给定的基因组。

冠状病毒是一类引起呼吸道感染的病毒，症状从非常轻微（或无症状）到致命。SARS-CoV-2（severeacuterespiratorysyndrome CoronaVirus 2）是导致COVID-19大流行的冠状病毒株。截至11月初，它已造成约5 200万例病例和130万人死亡。

在全球范围内收集有关该病毒的信息的努力，已导致SARS-CoV-2基因组在世界各地和大流行期间被测序了数千次。这个庞大的数据集提供了一个独特的机会来跟踪病毒的演变，因为它突变和传播。对这一数据的分析所产生的信息有助于控制和治疗这一疾病，无论是在开发药物和疫苗方面，还是在通过减少接触来限制传播的政府政策方面。

基因组分析
Santiago justoArévalo博士及其团队分析了11月底的171,461个SARS-COV-2基因组，发现九个经常发生的突变。然后，它们使用统计模型来创建一个树木，说明病毒最有可能的演变。该模型显示了五种不同的SARS-COV-2基因组，其特征在于九个突变的存在或不存在。这些群体称为单倍型。单倍型是一组通常是全部遗传的一组遗传物质，在这种情况下，在这种情况下，所有拷贝的一组不同的基因在细胞内复制时将含有病毒（通过进入宿主细胞并迫使细胞进行病毒再现）生产病毒的副本）。研究团队将单倍型称为OTU_1至OTU_5（运营分类单位 - 用于指定一组密切相关的个人的功能术语）。

OTU_1是祖先的单倍型，含有鉴定的九个突变。它是2019年12月期间在亚洲中鉴定的第一个SARS-COV-2基因组。OTU_2首先在2020年1月开始测序，含有OTU_1中不存在的四个突变（来自九所鉴定）。围绕同一时间，OTU_3也被测序，其中包含OTU_2加上的四个突变。OTU_4也从OTU_2下降，因此包含这四个突变加上一个额外的突变（但不包含OTU_3的三个独一无二）。OTU_5从OTU_4下降，因此包含OTU_2中的四个突变，在OTU_4中发现的另一种突变，以及OTU_5独有的另一个突变。

估计OTU频率
分析不同国家和大陆的OTUS结果的全局频率的问题能够序列不同数量的基因组。解决这个问题Arévalo博士和他的团队应用了一个名为“归一化”的统计进程。这通过推断单倍型在该区域中疾病的病例数量的序列性基因组中的常见基因组中的常见作用。例如，如果一个国家只测序少数基因组，但所有测序的基因组来自一个单倍型，则可以假设该国家中的所有SARS-COV-2（测序或不测序）也来自该单倍型。然后，频率就可以使用该单倍型的病例数量来提供更好地表示OTU的全球重要性。

阿雷瓦洛博士和他的团队分析了11月底可用的171461个SARS-CoV-2基因组，发现了9个经常发生的突变。

时间分布
该研究团队利用2020年11月底的现有数据，追踪了OTUs在大流行的前11个月里是如何传播的。OTU_1在1月和2月从亚洲传播到北美和欧洲，是目前最常见的单倍型。OTU_2到OTU_5也存在，但数量非常少，直到3月份，频率开始在五组中均衡。到4月份，OTU_1不再是最常见的单倍型。OTU_3是当时全球最普遍的单倍型，OTU_2在非洲较为常见，而OTU_5则是北美最常见的单倍型。OTU_3在5 ~ 8月间呈上升趋势，是世界上最常见的单倍型。OTU_2和OTU_5为中等频率，OTU_1和OTU_4为最不常见的单倍型。

但是，在9月，OTU_3开始频率下降，OTU_2开始增加。南美洲未列入9月份的分析中，只有北美和欧洲在11月被考虑。因为在10月和11月，OTU_2是由于缺乏其他大陆的信息，因为没有其他大陆的信息，因为奥特鲁_3仍然是最常见的。10月，OTU_2比OTU_3变得更常见，这持续到11月持续下降。OTU_1在发生的情况下继续减少，并且到11月很少报道。OTU_4和OTU_5出现在低频中，但OTU_4在八月和九月稍微普通，而不是在其他几个月内，OTU_5在11月更常见。

总体而言，这些结果表明，虽然OTU_1在全球传播SARS-CoV-2病毒，但它随后被具有潜在优势的新突变的新单倍型所击败。OTU_3中包含了该单倍型所特有的三个突变，这可能是OTU_3在早期成为最常见的单倍型的原因。OTU_3后来被OTU_2取代，后者不包含这些独特的突变，但由于测序的基因组太少，从9月开始，南美就没有纳入分析，11月只考虑了北美和欧洲。Arévalo博士和他的团队能够进一步分析，并观察单倍型如何在各大洲的频率变化。

地理分布
Arévalo博士和他的团队发现，所有大陆都有所有OTU的病例，但是OTU的频率在大陆之间有所不同。otu3是亚洲、非洲、大洋洲（澳大利亚和许多南太平洋岛屿）和南美洲最普遍的单倍型。在北美，otu5是最常见的。在欧洲，otu3是最突出的，直到9月otu2成为最常见的。研究小组认为，这些差异可能是由于政府为减少疾病传播而制定的政策造成的，也可能是有益于病毒突变的结果。

感兴趣的突变
很多人的兴趣在于突变的刺蛋白，因为这种蛋白质允许病毒融合到宿主细胞的过程开始，因此是一个共同的目标疫苗。这种突变首先出现在otu2中，这可能是一种传染性更强的病毒。然而，这种突变存在于otu2-5中，因此其他突变可能是otu3和北美otu5获得特别成功的原因。
otu3特有的三个突变在N蛋白中。N蛋白参与结合和稳定病毒基因组以及病毒复制所必需的许多过程，因此，尽管目前尚不清楚这些突变可能产生什么影响，但它们可能为病毒提供优势。SARS-CoV-2的N蛋白是疫苗的另一个潜在靶点。

OTU_5在一种叫做Nsp2的蛋白质中有一个独特的突变。Nsp2在SARS-CoV-2中的功能尚不清楚，但它可能参与了调节宿主细胞过程以允许病毒复制。目前尚不清楚OTU_5特有的Nsp2突变是否有利于该病毒，从而成为其在北美高流行的原因。

OTUs和患者特征
研究小组还考虑了OTUs与患者年龄、性别或疾病严重程度之间是否存在任何关系。他们发现不同单倍型在不同性别或年龄组之间的发生率，或在患者症状的严重程度上没有显著差异。然而，这些分析的可用数据严重不足，在症状严重的情况下，可用的信息杂乱无章，往往缺乏信息。

HaploFinder URP是所有研究人员都可以使用的工具，他们可以上传SARS-CoV-2基因组测序结果，找出它属于哪个单倍型。

HaploFinder URP
虽然SARS-CoV-2被认为是一种缓慢变异的病毒，但在这些分析之后还会发生进一步的变异，并将继续发生，因此会产生新的单倍型。Arévalo博士和他的团队正在通过他们创建的一个名为HaploFinder URP的网页继续监测病毒的进化和全球突变的频率。

HaploFinder URP (sarscov2haplofinder.urp.edu.pe)是所有研究人员都可以使用的工具，他们可以上传已测序的SARS-CoV-2基因组，并找出它属于哪个单倍型。研究小组在网页上提供了他们的基因组分析结果，并将随着新的突变和单倍型的出现和鉴定而不断更新这些信息。