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这篇研究聚焦肯尼亚人群，通过分析接种和未接种疫苗患者体内 SARS-CoV-2 的基因组，探究其遗传进化。发现重组热点，揭示疫苗接种对病毒重组 RNA 物种表达的影响，还鉴定出独特突变及少数变异株，为理解病毒进化、防控提供关键依据。
引言
疫苗接种是控制新冠疫情的关键手段，在肯尼亚，疫苗接种从 2021 年 3 月开始。截至 2023 年，肯尼亚疫苗接种率较低，成人接种率为 37.2%，儿童仅 10.1% 。此前研究显示，接种疫苗对病毒的宿主内多样性影响存在差异，且肯尼亚在疫苗接种对 SARS-CoV-2 进化和适应方面的研究匮乏。
SARS-CoV-2 是一种包膜单链 RNA 病毒，包含 10 个开放阅读框（ORFs）和 4 种主要结构蛋白。其中，S、ORF1a/b 和 N 基因的单核苷酸变异（SNVs）会显著影响病毒的感染性、传播性和适应性 。研究 SARS-CoV-2 的宿主内单核苷酸变异（iSNVs）和重组事件，有助于深入了解病毒进化、传播动态以及对疫苗和治疗方法的反应。
结果
- 疫苗接种和未接种样本的亚队列：研究人员在 2020 年 6 月至 2022 年 12 月期间，从肯尼亚多个县收集了 1589 份 SARS-CoV-2 阳性的鼻咽拭子样本，进行 RNA 提取和全基因组测序。之后选取了 305 个序列（≥99% 基因组覆盖度）用于疫苗接种分析，其中 187 个来自未接种患者，118 个来自接种患者。这些样本大多属于奥密克戎（Omicron）进化枝，且确定了该队列中常见的单核苷酸多态性（SNPs）主要存在于 S、ORF1a/b 和 N 基因上。
- 接种和未接种亚队列的宿主内重组模式及重组 RNA 物种分析：使用病毒重组映射器（ViReMa）评估宿主内重组事件和重组 RNA 物种。结果显示，接种和未接种患者的宿主内重组模式相似，SARS-CoV-2 基因组上重组事件高发位置集中在 ORF1a/b、S 和 N 基因的特定区域。
进一步量化重组 RNA 物种发现，接种个体的亚基因组 RNA（sgmRNAs）数量显著增加，而缺陷病毒基因组（DVGs）、大插入和微缺失数量减少，微插入数量无显著变化。在 sgmRNAs 表达分析中，N 和 S 基因的 sgmRNAs 表达最高，且接种和未接种组在 S、ORF3a、E、M 和 N 基因的 sgmRNAs 表达上存在显著差异。
3. SARS-CoV-2 传播波评估揭示差异重组 RNA 物种和模式：根据肯尼亚 SARS-CoV-2 传播波模式，将 1589 个测序样本分为特定变异株传播高峰期和变异株波间过渡期两类。分析发现，不同传播波之间，sgmRNAs、DVGs、大插入、微缺失和微插入的连接频率（JFreq）均有显著变化。其中，大插入和 DVGs 的变化最为明显。
在 Delta、IW4 和 Omicron 变异株期间，重组活动变化显著。此外，在波间过渡期，重组热点数量增加，且 Omicron 变异株中，ORF1a/b、S 和 N 基因出现自然选择的重组事件。
4. 未接种和接种患者宿主内 iSNVs 分析及特征描述揭示独特非同义突变：对重组 “热点” 区域的 iSNVs 分析发现，67%（215 个）为非同义突变，33%（108 个）为同义突变 。通过维恩图展示了接种和未接种组之间共享和独特的 iSNVs，并将非同义 iSNVs 映射到基因产物的功能域。
在 S 基因上，突变分布于整个蛋白，部分靠近 S1/S2 弗林蛋白酶切割位点（FCS）的突变独特存在于接种患者中。ORF1a/b 和 N 基因的独特突变也分布于整个基因产物，且 N 基因 SR 基序中的部分突变仅在接种患者中发现。利用深度突变扫描（DMS）数据集和生物信息学工具评估非同义突变的功能影响，发现部分突变影响蛋白稳定性、致病性、抗原性和免疫原性。
5. 少数变异株及其相关共突变和重组事件评估：研究人员发现，在未接种队列的尼亚米拉县样本中，存在一组具有相同独特突变的样本，这些样本在 S 基因上有 S255F 突变，在 ORF1a/b 基因上有 I3476V、N4969S 和 S5339F 突变。其中，S255F 具有免疫逃逸特性，而其他突变此前未被报道。
对尼亚米拉县样本的重组 RNA 物种量化分析显示，其 sgmRNAs、DVGs、大插入和微插入的 JFreq 显著增加，表明该少数变异株可能影响病毒的适应性、适合度和感染性。
讨论
肯尼亚及许多非洲国家新冠疫苗接种率低，主要原因包括缺乏获取途径、对疫苗安全性和有效性的不信任以及宗教信仰等 。本研究通过分析肯尼亚人群中与疫苗接种状态相关的 iSNVs 和重组事件，揭示了 SARS-CoV-2 的多样性和遗传进化。
研究发现，接种和未接种个体均存在大量重组事件，且重组 “热点” 相似，主要集中在 ORF1a/b、S 和 N 基因。接种个体的 sgmRNAs 增加，DVGs 减少，这可能影响病毒的转录、复制和与宿主细胞的相互作用 。不同传播波之间，重组 RNA 物种频率差异显著，且 Omicron 变异株中，ORF1a/b、S 和 N 基因成为重组热点，与病毒的适应性和传播性相关。
通过 iSNVs 分析，鉴定出如 S255F 等具有免疫逃逸特性的独特突变，并对其功能进行了深入研究。此外，发现的少数变异株在特定人群中存在，其独特的突变组合和重组模式值得进一步研究。
本研究也存在局限性，如样本来自疫情高峰期和疫苗接种阶段的便利人群队列，缺乏感染史详细信息、阴性和污染对照，且未进行全面免疫分析。尽管如此，该研究仍为理解肯尼亚接种和未接种人群中 SARS-CoV-2 的宿主内多样性提供了有价值的见解。未来研究可纳入感染史元数据和纵向分析，以更深入地了解疫苗效果。同时，增加非洲地区的基因组监测，有助于推动病毒进化研究，为疫苗更新、政策制定和未来变异株防控提供依据。
