Introducción

La pandemia de enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19, por su sigla en inglés) sería provocada por un nuevo virus altamente contagioso y de fácil transmisión, llamado coronavirus 2 causante del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV-2, por su sigla en inglés). Se ha observado que la composición genética del genoma del SARS-CoV-2 puede variar. Estas mutaciones permiten que el virus se pueda adaptar y sobrevivir a diferentes entornos. Además, están asociadas con la virulencia. El estudio de las variaciones genéticas del SARS-CoV-2 tendría repercusiones para comprender aún más la COVID-19, así como para la creación de tratamientos para esta enfermedad. Algunos estudios indican que los virus de ácido ribonucleico (ARN) monocaternario, como el SARS-CoV-2, tienen tasas de mutaciones genéticas más altas que otros microorganismos. Diversos factores afectan las tasas de mutaciones de los virus. Se estima que se produjeron alrededor de 200 000 nuevos casos de COVID-19 todos los días en el mundo durante junio y septiembre de 2020. La contagiosidad y virulencia del SARS-CoV-2 indican que este virus tiene un rápido poder de adaptación que estaría vinculado con mutaciones y variaciones genéticas. El SARS-CoV-2 muta para evitar ser reconocido por el sistema inmunitario del huésped. En la actualidad existe una enorme base de datos de genomas completos de este virus, que sería útil para investigar los mecanismos de mutación y variación de secuencia.

El objetivo del presente estudio fue analizar las variaciones y mutaciones genéticas de las secuencias genómicas del SARS-CoV-2 a nivel de nucleótidos.

Antecedentes y trabajo relacionado

La COVID-19 habría surgió en China a finales de 2019, y a los pocos meses se habría propagado por todo el mundo. A mediados de marzo de 2020, esta enfermedad fue declarada pandemia. El origen del SARS-CoV-2 se desconoce, pero algunos estudios sugieren que habría surgido de forma natural. Este virus pertenece a la familia de los coronavirus humanos. El genoma completo del SARS-CoV-2 se compone de 11 genes, 2 de los cuales codifican 16 proteínas no estructurales (PNE). El gen ORF1a codifica la PNE1 a la PNE11, mientras que el gen ORF1ab codifica la PNE12 a la PNE16. El gen ORF1ab ocupa más de dos tercios del virus.

Todos los proyectos de investigación y estudios del SARS-CoV-2 se han publicado en 2020. Yoshimoto presentó el conjunto completo de genes y proteínas del SARS-CoV-2. Saha y col. indicaron que el virus usa la mutación como un mecanismo para aclimatarse con su entorno. En general, los estudios del SARS-CoV-2 se pueden dividir en 5 categorías distintas: evolutivos, de caracterización, comparativos, de mutaciones y relacionados con la COVID-19 (diagnóstico, pronóstico y tratamiento).

Métodos

Los autores del presente estudio extrajeron de la National Center for Biotechnology Information (NCBI) 12 conjuntos de secuencias genómicas completas (S1 a S12) de SARS-CoV-2, obtenidas durante los meses de enero a septiembre de 2020. Cada conjunto contiene aproximadamente 100 secuencias genómicas completas. Marzo y abril fueron los meses pico de recolección de datos para el genoma del SARS-CoV-2. Se descartaron genomas con variaciones elevadas o numerosos nucleótidos desconocidos. Las secuencias genéticas fueron alineadas y se analizaron las variantes genéticas en cada conjunto de datos. Las mutaciones en cada conjunto de secuencias genómicas se identificaron, extrajeron y analizaron frente a todas las secuencias en los otros conjuntos, con el objetivo de encontrar mutaciones significativas. Además, se determinó si la mutación se estaba produciendo de forma aleatoria en la secuencia del genoma. A diferencia de otros, el presente estudio se enfocó en extraer las mutaciones significativas y examinarlas desde varias perspectivas. Además, se determinó y analizó las mutaciones significativas según la progresión del tiempo de enero a septiembre de 2020, donde el pico de propagación del virus fue durante abril de 2020. 

Resultados

Se identificaron y recopilaron más de 300 variantes genéticas del SARS-CoV-2 a nivel de nucleótidos. La mutación más frecuente en los genomas recolectados a principios (conjunto S7) y fines de mayo (conjunto S8) fue el sinónimo 3037t>c. La segunda mutación más frecuente en estas muestras fue el sinónimo 14408t>c. Además, se recopilaron 13 variantes genéticas comunes a casi todos los 10 conjuntos de secuencias genómicas. También se identificaron 5 variantes genéticas que demostraron una clara tendencia de aumento de enero a mayo en 8 conjuntos de secuencias recolectados entre el 1 de enero y el 31 de mayo. Las variantes genéticas más frecuentes en los genomas recolectados en agosto y septiembre (conjuntos S11 y S11) fueron 1059t>c y 25563t> g.

La región ORF1a contenía en su mayoría mutaciones sinónimos, lo que se debe a la degeneración del código genético. Las mutaciones encontradas en esta región fueron alteraciones del tercer nucleótido en cada triplete de codones respectivo. La excepción fue la mutación 11083 g>t, que se encontró en la región que codificaba la PNE6. Esto podría causar que la PNE6 se pliegue de manera diferente. Esta proteína tiene un papel importante en la virulencia del SARS-CoV-2. Esta mutación fue más frecuente a fines de febrero o principios de marzo. A mediados de junio, la prevalencia de esta mutación disminuyó drásticamente, y en meses posteriores aumentó.

La otra subunidad de la región ORF1ab también contenía mutaciones. De las cuatro mutaciones estudiadas, dos eran mutaciones sinónimos en la PNE12a y PNE13. Sin embargo, la PNE13 también contenía otra mutación en el nucleótido 17858 a>g. Esto podría alterar el plegamiento y la funcionalidad de la PNE13. La función de esta proteína sería descomprimir el ácido desoxirribonucleico (ADN) para que funcione el virus. La prevalencia de esta mutación fluctuó entre 0% y 14% durante el mes de febrero, alcanzó un máximo de 34% en marzo y posteriormente disminuyó. Esta mutación no parece ser aleatoria.  

En el gen ORF2, que codifica la proteína pico, se observó una mutación en la posición del nucleótido 23406. Una mutación persistente en esta región puede ser indicativa de que el virus se vuelve más eficaz en la transmisión de persona a persona. Además, esta proteína es importante para que el cuerpo desarrolle anticuerpos como respuesta inmune al SARS-CoV-2. La frecuencia de esta mutación fluctuó a lo largo de los meses, pero a diferencia de otras mutaciones nunca se acercó al 0%.

En el gen ORF3a, el nucleótido 25566 sufrió la mutación de transversión de g>t, que se hizo notoria de forma tardía y nunca experimentó una caída drástica con el tiempo.

En el gen ORF8 se observó una mutación de transición de t>c en el nucleótido 28144. Esta mutación ayudaría al virus a ocultarse en el cuerpo humano o puede afectar la transmisión de persona a persona. La frecuencia de esta mutación disminuyó con el tiempo. El SARS-CoV-2 puede haber sido más eficaz en la transmisión sin esta mutación, o las células humanas pudieron apuntar a esta mutación más fácilmente, en comparación con los virus que no tenían esta mutación.

Las frecuencias de las mutaciones ubicadas en la región codificante de la PNE13, incluidas 17747 c>t, 17858 a>g y 18060 c>t, a lo largo del tiempo fueron similar entre sí. Estas mutaciones pueden haber aumentado la virulencia del SARS-CoV-2. A pesar de estas mutaciones, la región que codifica la PNE13 estaría relativamente conservada y podría utilizarse para producir inhibidores y tratamientos para el SARS-CoV-2.

En las secuencias del genoma de agosto (S11) y septiembre (S12) (200 secuencias), se encontró que la mayoría de las mutaciones fueron c>t y g>t (63%). Las tres mutaciones más frecuentes en el conjunto de septiembre S12 (28881g>a, 28882g> a y 28883g>c) pertenecen a la proteína de nucleocápside del virus. El estudio de estas mutaciones podría ser útil para el desarrollo de una vacuna contra el SARS-CoV-2.

Conclusiones

Los resultados del presente estudio parecen indicar que las mutaciones en el genoma del SARS-CoV-2 no suceden de forma aleatoria. En el análisis genético de casi 1000 genomas de SARS-CoV-2 recolectados durante 7 meses de 2020, se habrían identificado más de 35 mutaciones diferentes, la mayoría de las cuales son comunes a casi todos los grupos de genomas. Las proporciones de mutaciones parecen fluctuar con el tiempo, lo que permite que este virus se adapte a diversos factores ambientales, climáticos y poblaciones. Uno de los principales hallazgos del presente estudio fue que la región codificante de la PNE13 estaría relativamente conservada, en comparación con otras regiones proteicas en el gen ORF1ab, lo que hace que esta proteína sea un buen candidato para implementar tratamientos para la COVID-19.