cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2021-36-4-132-143cardiotomsk-1298Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESЛинии короновируса SARS-CoV-2 российского происхождения: генетическая характеристика и корреляции с клиническими параметрами, тяжестью коронавирусной инфекцииThe lineage of coronavirus SARS-CoV-2 of Russian origin: Genetic characteristics and correlations with clinical parameters and severity of coronavirus infectionhttps://orcid.org/0000-0002-0091-2224ГлотовО. С.GlotovO. S.

 канд. биол. наук, заведующий отделом вирусологических и молекулярно-генетических методов диагностики

 197706, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Сестрорецк, ул. Борисова, 9 

 199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Менделеевская линия, 3 

 197022, Российская Федерация, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 9 

 Cand. Sci. (Biol.), Head of Department of Virological and Molecular Genetic Methods of Diagnostics 

 9, Borisov str., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706, Russian Federation 

 3, Mendeleevskaya liniya, Saint Petersburg, 199034, Russian Federation 

 9, Professor Popov str., Saint Petersburg, 197022, Russian Federation 

olglotov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2464-7370ЧерновА. Н.ChernovA. N.

 научный сотрудник отдела

 197376, Российская Федерация, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12 

 Research Scientist

 12, Pavlov str., Saint Petersburg, 197376, Russian Federation 

al.chernov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2937-9259КоробейниковА. И.KorobeynikovA. I.

 канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры статистического моделирования

  199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7 

 Cand. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor, Department of Statistical Modelling

 7, Universitetskaya emb., Saint-Petersburg, 199034, Russian Federation 

a.korobeynikov@spbu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1791-7045КалининР. С.KalininR. S.

 младший научный сотрудник отдела вирусологических и молекулярно-генетических методов диагностики

 197022, Российская Федерация, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 9 

 Junior Research Scientist, Department of Virological and Molecular Genetic Methods of Diagnostics

 9, Professor Popov str., Saint Petersburg, 197022, Russian Federation 

pancu43@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6488-8369ЦайВ. В.TsaiV. V.

 младший научный сотрудник отдела вирусологических и молекулярно-генетических методов диагностики

 197022, Российская Федерация, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 9 

 Junior Research Scientist, Department of Virological and Molecular Genetic Methods of Diagnostics

 9, Professor Popov str., Saint Petersburg, 197022, Russian Federation 

viktoriya14054@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5642-621XАнисенковаА. Ю.AnisenkovaA. Yu.

 канд. мед. наук, доцент, врач-терапевт, кардиолог, заведующий терапевтическим отделением 

 197706, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Сестрорецк, ул. Борисова, 9

199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7 

 

 Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Internist, Cardiologist, Head of Internal Medicine Department 

 9, Borisov str., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706, Russian Federation 

 7, Universitetskaya emb., Saint-Petersburg, 199034, Russian Federation 

anna_anisenkova@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5441-2911УразовС. П.UrazovS. P.

 врач-кардиолог

 197706, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Сестрорецк, ул. Борисова, 9 

 Cardiologist

 9, Borisov str., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706, Russian Federation 

urasta@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0427-8731ЛапидусА. Л.LapidusA. L.

 канд. биол. наук, директор Центра биоинформатики и алгоритмической биологии, Санкт-Петербургский государственный университет

 199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7 

 Cand. Sci. (Biol.), Director of Center for Bioinformatics and Algorithmic Biotechnology

 7, Universitetskaya emb., Saint-Petersburg, 199034, Russian Federation 

a.lapidus@spbu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1357-4324МосенкоС. В.MosenkoS. V.

 канд. мед. наук, врач-невролог высшей категории

 197706, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Сестрорецк, ул. Борисова, 9 

 Cand. Sci. (Med.)

 9, Borisov str., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706, Russian Federation 

neurologist@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5047-2792ЩербакС. Г.ShcherbakS. G.

 д-р мед. наук, профессор, главный врач

 197706, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Сестрорецк, ул. Борисова, 9 

 199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7 

 Dr. Sci. (Med.), Professor, Chief Physician

 9, Borisov str., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706, Russian Federation 

 7, Universitetskaya emb., Saint-Petersburg, 199034, Russian Federation 

sgsherbak@mail.ruГородская больница № 40 Курортного административного района; Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии имени Д.О. Отта; Детский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентстваРоссияCity Hospital No. 40 of Kurortny Administrative District; D.O. Ott Research Institute for Obstetrics, Gynecology, and Reproduction; Children’s Scientific and Clinical Center for Infectious Diseases of the Federal Medical and Biological AgencyRussian FederationИнститут экспериментальной медициныРоссияInstitute of Experimental Medicine Russian FederationСанкт-Петербургский государственный университетРоссияSaint Petersburg State University Russian FederationДетский научно-клинический центр инфекционных болезней Федерального медико-биологического агентстваРоссияChildren’s Scientific and Clinical Center for Infectious Diseases, Federal Medical and Biological Agency Russian FederationГородская больница № 40 Курортного административного района; Санкт-Петербургский государственный университетРоссияCity Hospital No. 40 of Kurortny Administrative District; Saint Petersburg State UniversityRussian FederationГородская больница № 40 Курортного административного районаРоссияCity Hospital No. 40 of Kurortny Administrative District Russian FederationСанкт-Петербургский государственный университетРоссияSaint Petersburg State UniversityRussian Federation202104012022364132143Copyright © Глотов О.С., Чернов А.Н., Коробейников А.И., Калинин Р.С., Цай В.В., Анисенкова А.Ю., Уразов С.П., Лапидус А.Л., Мосенко С.В., Щербак С.Г., 20222022Глотов О.С., Чернов А.Н., Коробейников А.И., Калинин Р.С., Цай В.В., Анисенкова А.Ю., Уразов С.П., Лапидус А.Л., Мосенко С.В., Щербак С.Г.Glotov O.S., Chernov A.N., Korobeynikov A.I., Kalinin R.S., Tsai V.V., Anisenkova A.Y., Urazov S.P., Lapidus A.L., Mosenko S.V., Shcherbak S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1298

Во время пандемии COVID-19 актуальным является выявление новых белковых и генных мишеней коронавируса (SARS-CoV-2) и организма человека, которые могут оказаться маркерами тяжести и исхода заболевания.Цель: провести генетический анализ образцов РНК SARS-CoV-2 и установить корреляции генетических показателей и характера SNP с клиническими данными и степенью тяжести инфекции COVID-19.Материал и методы. В исследование включены образцы вирусной РНК, выделенной от 56 пациентов с инфекцией COVID-19, находившихся на лечении в ГБУЗ «Городская больница № 40» Санкт-Петербурга в период с 18.04.2020 по 31.01.2021 г. Пациентам проводили объективный осмотр с оценкой параметров гемодинамики, дыхательной системы, оценку по шкале NEWS (National Early Warning Score), компьютерную томографию (КТ) органов грудной клетки, лабораторные исследования: клинический анализ крови, определение уровней ферретина, С-реактивного белка (СРБ), интерлейкина-6 (ИЛ-6), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), Д-димера, креатинина, глюкозы. У всех пациентов был положительный тест на РНК SARS-CoV-2, выполненный методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). SNP (Single Nucleotide Polymorphism) в вирусной РНК идентифицировали через создание библиотек кДНК таргетным секвенированием (MiSeq Illumina). Биоинформационный анализ генома вируса был проведен при помощи вычислительной цепочки viralrecon v2, с последующей аннотацией вариантов утилитам Pangolin и Nextstrain. Визуализация собранных геномов была проведена с помощью программы Integrative Genomics Viewer (IGV). Статистическую обработку данных (описательная статистика, графический анализ взаимосвязей данных из разных таблиц) выполняли с помощью прибора GraphPad на платформе Prism 8.01.Результаты. Проведен сравнительный анализ частот SNP в геноме вируса в образцах у погибших и выписанных пациентов. Идентифицированы SNP, ассоциированные с риском летального исхода (OR > 1), нейтральные SNP (OR = 1) и протективные SNP (OR < 1). Пациенты были инфицированы 14 линиями SARS-CoV-2, пять из которых (B.1.1.129, B.1.1.407, B.1.1.373, B.1.1.397 и B.1.1.152) имели российское происхождение. Установлены положительные корреляционные зависимости между средним количеством SNP, несинонимичными SNP, SNP в S-белке со степенью дыхательной недостаточности, суммой баллов по шкале NEWS, формой заболевания по КТ, длительностью лечения на искусственной вентиляции легких (ИВЛ), исходом заболевания, уровнями ЛДГ, глюкозы, Д-димера, ферритина, количеством РНК в ПЦР тесте. SNP в S-белке отрицательно коррелируют с уровнем лейкоцитов и нейтрофилов. Выводы. Результаты позволяют предположить влияние генетических факторов SARS-CoV-2 на степень тяжести течения и риск летального исход

The identification of new SARS-CoV-2 and human protein and gene targets, which may be markers of the severity and outcome of the disease, are extremely important during the COVID-19 pandemic. The goal of this study was to carry out genetic analysis of SARS-CoV-2 RNA samples to elucidate correlations of genetic parameters (SNPs) with clinical data and severity of COVID-19 infection.Material and Methods. The study included viral RNA samples isolated from 56 patients with COVID-19 infection who received treatment at the City Hospital No. 40 of St. Petersburg from 04/18/2020 to 04/18/2021. Patients underwent physical examination with the assessments of hemodynamic and respiratory parameters, clinical risk according to National Early Warning Score (NEWS), computed tomography (CT) of the chest, and laboratory studies including clinical blood analysis, assessment of ferritin, C-reactive protein (CRP), interleukin-6 (IL-6), lactate dehydrogenase (LDH), D-dimer, creatinine, and glucose levels. All patients tested positive for SARS-CoV-2 RNA by polymerase chain reaction (PCR). Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in viral RNA were identified through the creation of cDNA libraries by targeted sequencing (MiSeq Illumina). Bioinformatic analysis of viral samples was performed using the viralrecon v2 pipeline with the further annotation via Pangolin and Nextlade. Sampled genomes were visualized using the Integrative Genomics Viewer (IGV) software. Statistical data processing (descriptive statistics and graphical analysis of data relationships from diff erent tables) was performed using a GraphPad device on the Prism 8.01 platform.Results. A comparative analysis of SNP frequencies in the virus genome in samples from deceased and discharged patients was carried out. The SNPs associated with risk of death (OR > 1), neutral SNPs (OR = 1), and protective SNPs (OR < 1) were identifi ed. Patient samples were infected with 14 lines of SARS-CoV-2, fi ve of which (B.1.1.129, B.1.1.407, B.1.1.373, B.1.1.397, and B.1.1.152) were of Russian origin. The SNPs in the samples infected with the strains of non-Russian origin were associated with an increased risk of mortality (OR = 2.267, 95% confi dence interval 0.1594-8.653) compared to the SNPs in the samples obtained from the group of patients infected with the strains of Russian origin. Positive correlations were identifi ed between the average SNP number, nonsynonymous SNPs, and S-protein SNPs with the degree of respiratory failure, total NEWS score, CT-based form of disease, duration of treatment with mechanical ventilation, disease outcome, levels of LDH, glucose, D-dimer, and ferritin, and RNA amount in the PCR test. S-protein SNPs negatively correlated with the leukocyte and neutrophil counts.

SARS-CoV-2инфекция COVID-19геныSNPстепень тяжестиклинические симптомыбиохимические маркерыкорреляцииSARS-CoV-2COVID-19 infectiongenesSNPseverityclinical symptomsbiochemical markerscorrelationsфинансирование исследования было проведено из средств бюджета СПб ГБУЗ «Городская больница № 40 Курортного административного района» и грантов из средств СПбГУ – ID PURE: 75253103 и ID PURE 73023672.the study was fi nanced from the budget of the St. Petersburg State Budgetary Healthcare Institution “City Hospital No. 40 of the Kurortny Administrative District” and by St. Petersburg State University (grants ID PURE: 75253103 and ID PURE: 73023672)ReferencesReported Cases and Deaths by Country or Territory. URL: https://www.worldometers.info/coronavirus/#countriesReported Cases and Deaths by Country or Territory. URL: https://www.worldometers.info/coronavirus/#countriesNguyen T.T., Pathirana P.N., Nguyen T., Nguyen Q.V.H., Bhatti A., Nguyen D.C. et al. Genomic mutations and changes in protein secondary structure and solvent accessibility of SARS-CoV-2 (COVID-19 virus). Sci. Rep. 2021;11(1):3487. DOI: 10.1038/s41598-021-83105-3.Nguyen T.T., Pathirana P.N., Nguyen T., Nguyen Q.V.H., Bhatti A., Nguyen D.C. et al. Genomic mutations and changes in protein secondary structure and solvent accessibility of SARS-CoV-2 (COVID-19 virus). Sci. Rep. 2021;11(1):3487. DOI: 10.1038/s41598-021-83105-3.Yin C. Genotyping coronavirus SARS-CoV-2: Methods and implications. Genomics. 2020;112(5):3588‒3596. DOI: 10.1016/j.ygeno.2020.04.016.Yin C. Genotyping coronavirus SARS-CoV-2: Methods and implications. Genomics. 2020;112(5):3588‒3596. DOI: 10.1016/j.ygeno.2020.04.016.Toovey O.T.R., Harvey K.N., Bird P.W., Tang J.W.W. Introduction of Brazilian SARS-CoV-2 484K.V2 related variants into the UK. J. Infect. 2021;82(5):e23–e24. DOI: 10.1016/j.jinf.2021.01.025.Toovey O.T.R., Harvey K.N., Bird P.W., Tang J.W.W. Introduction of Brazilian SARS-CoV-2 484K.V2 related variants into the UK. J. Infect. 2021;82(5):e23–e24. DOI: 10.1016/j.jinf.2021.01.025.World Health Organization. SARS-CoV-2 Variants. URL: https://www.who.int/csr/don/31-december-2020-sars-cov2-variants/en/World Health Organization. SARS-CoV-2 Variants. URL: https://www.who.int/csr/don/31-december-2020-sars-cov2-variants/en/Zhang W., Davis B.D., Chen S.S., Sincuir Martinez J.M., Plummer J.T., Vail E. Emergence of a novel SARS-CoV-2 variant in southern California. JAMA. 2021;325(13):1324–1326. DOI: 10.1001/jama.2021.1612.Zhang W., Davis B.D., Chen S.S., Sincuir Martinez J.M., Plummer J.T., Vail E. Emergence of a novel SARS-CoV-2 variant in southern California. JAMA. 2021;325(13):1324–1326. DOI: 10.1001/jama.2021.1612.Sabino E.C., Buss L.F., Carvalho M.P.S., Prete C.A. Jr., Crispim M.A.E., Fraiji N.A. et al. Resurgence of COVID-19 in Manaus, Brazil, despite high seroprevalence. Lancet. 2021;397(10273):452–455. DOI: 10.1016/S0140-6736(21)00183-5.Sabino E.C., Buss L.F., Carvalho M.P.S., Prete C.A. Jr., Crispim M.A.E., Fraiji N.A. et al. Resurgence of COVID-19 in Manaus, Brazil, despite high seroprevalence. Lancet. 2021;397(10273):452–455. DOI: 10.1016/S0140-6736(21)00183-5.PANGO lineages. URL: https://cov-lineages.org/lineage_designation.htmlPANGO lineages. URL: https://cov-lineages.org/lineage_designation.htmlCarr E., Bendayan R., Bean D., Stammers M., Wang W., Zhang H. et al. Evaluation and improvement of the National Early Warning Score (NEWS2) for COVID-19: A multi-hospital study. BMC Med. 2021;19(1):23. DOI: 10.1186/s12916-020-01893-3Carr E., Bendayan R., Bean D., Stammers M., Wang W., Zhang H. et al. Evaluation and improvement of the National Early Warning Score (NEWS2) for COVID-19: A multi-hospital study. BMC Med. 2021;19(1):23. DOI: 10.1186/s12916-020-01893-3Gene JET RNA Purification Kit. URL: https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/K0731Gene JET RNA Purification Kit. URL: https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/K0731Illumina DNA Prep with Enrichment. Reference Guide. URL: https://support.illumina.com/content/dam/illumina-support/documents/documentation/chemistry_documentation/illumina_prep/illumina-dna-prep-with-enrichment-reference-1000000048041-06.pdfIllumina DNA Prep with Enrichment. Reference Guide. URL: https://support.illumina.com/content/dam/illumina-support/documents/documentation/chemistry_documentation/illumina_prep/illumina-dna-prep-with-enrichment-reference-1000000048041-06.pdfPatel H., Varona S., Monzón S., Espinosa-Carrasco J., Heuer M.L., Gabernet G. et al. nf-core/viralrecon: nf-core/viralrecon. Zenodo. 2021. DOI: 10.5281/zenodo.514625.Patel H., Varona S., Monzón S., Espinosa-Carrasco J., Heuer M.L., Gabernet G. et al. nf-core/viralrecon: nf-core/viralrecon. Zenodo. 2021. DOI: 10.5281/zenodo.514625.Медицинская статистика. URL: https://medstatistic.ru/calculators/calcodds.htmlhttps://medstatistic.ru/calculators/calcodds.htmlAbe K., Kabe Y., Uchiyama S., Iwasaki Y.W., Ishizu H., Uwamino Y. et al. Pro108Ser mutant of SARS-CoV-2 3CLpro reduces the enzymatic activity and ameliorates COVID-19 severity in Japan. medRxiv. 2020;11(24):20235952. DOI: 10.1101/2020.11.24.20235952.Abe K., Kabe Y., Uchiyama S., Iwasaki Y.W., Ishizu H., Uwamino Y. et al. Pro108Ser mutant of SARS-CoV-2 3CLpro reduces the enzymatic activity and ameliorates COVID-19 severity in Japan. medRxiv. 2020;11(24):20235952. DOI: 10.1101/2020.11.24.20235952.Caccuri F., Zani A., Messali S., Giovanetti M., Bugatti A., Campisi G. et al. A persistently replicating SARS-CoV-2 variant derived from an asymptomatic individual. J. Transl. Med. 2020;18(1):362. DOI: 10.1186/s12967-020-02535-1.Caccuri F., Zani A., Messali S., Giovanetti M., Bugatti A., Campisi G. et al. A persistently replicating SARS-CoV-2 variant derived from an asymptomatic individual. J. Transl. Med. 2020;18(1):362. DOI: 10.1186/s12967-020-02535-1.Wang R., Chen J., Gao K., Hozumi Y., Yin C., Wei G.W. Analysis of SARS-CoV-2 mutations in the United States suggests presence of four substrains and novel variants. Commun. Biol. 2021;4(1):228. DOI: 10.1038/s42003-021-01754-6.Wang R., Chen J., Gao K., Hozumi Y., Yin C., Wei G.W. Analysis of SARS-CoV-2 mutations in the United States suggests presence of four substrains and novel variants. Commun. Biol. 2021;4(1):228. DOI: 10.1038/s42003-021-01754-6.Korber B., Fischer W.M., Gnanakaran S., Yoon H., Theiler J., Abfalterer W. et al. Tracking changes in SARS-CoV-2 spike: Evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus. Cell. 2020;182(4):812–827.e19.Korber B., Fischer W.M., Gnanakaran S., Yoon H., Theiler J., Abfalterer W. et al. Tracking changes in SARS-CoV-2 spike: Evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus. Cell. 2020;182(4):812–827.e19.Shcherbak S.G., Anisenkova A.Y., Mosenko S.V., Glotov O.S., Chernov A.N., Apalko S.V. et al. Basic predictive risk factors for cytokine storms in COVID-19 patients. Front. Immunol. 2021;12:745515. DOI: 10.3389/fi mmu.2021.745515.Shcherbak S.G., Anisenkova A.Y., Mosenko S.V., Glotov O.S., Chernov A.N., Apalko S.V. et al. Basic predictive risk factors for cytokine storms in COVID-19 patients. Front. Immunol. 2021;12:745515. DOI: 10.3389/fi mmu.2021.745515.Myrstad M., Ihle-Hansen H., Tveita A.A., Andersen E.L., Nygård S., Tveit A. et al. National Early Warning Score 2 (NEWS2) on admission predicts severe disease and in-hospital mortality from Covid-19 – a prospective cohort study. Scand. J. Trauma Resusc. Emerg. Med. 2020;28(1):66. DOI: 10.1186/s13049-020-00764-3.Myrstad M., Ihle-Hansen H., Tveita A.A., Andersen E.L., Nygård S., Tveit A. et al. National Early Warning Score 2 (NEWS2) on admission predicts severe disease and in-hospital mortality from Covid-19 – a prospective cohort study. Scand. J. Trauma Resusc. Emerg. Med. 2020;28(1):66. DOI: 10.1186/s13049-020-00764-3.King C.S., Sahjwani D., Brown A.W., Feroz S., Cameron P., Osborn E. et al. Outcomes of mechanically ventilated patients with COVID-19 associated respiratory failure. PLoS One. 2020;15(11):e0242651. DOI: 10.1371/journal.pone.0242651.King C.S., Sahjwani D., Brown A.W., Feroz S., Cameron P., Osborn E. et al. Outcomes of mechanically ventilated patients with COVID-19 associated respiratory failure. PLoS One. 2020;15(11):e0242651. DOI: 10.1371/journal.pone.0242651.Caricchio R., Gallucci M., Dass C., Zhang X., Gallucci S., Fleece D. et al. Preliminary predictive criteria for COVID-19 cytokine storm. Ann. Rheum. Dis. 2020;0:1–8. DOI: 10.1136/annrheumdis-2020-218323.Caricchio R., Gallucci M., Dass C., Zhang X., Gallucci S., Fleece D. et al. Preliminary predictive criteria for COVID-19 cytokine storm. Ann. Rheum. Dis. 2020;0:1–8. DOI: 10.1136/annrheumdis-2020-218323.Yilmaz A., Sabirli R., Seyit M., Ozen M., Oskay A., Cakmak V. et al. Association between laboratory parameters and CT severity in patients infected with Covid-19: A retrospective, observational study. Am. J. Emerg. Med. 2021;42:110–114. DOI: 10.1016/j.ajem.2021.01.040.Yilmaz A., Sabirli R., Seyit M., Ozen M., Oskay A., Cakmak V. et al. Association between laboratory parameters and CT severity in patients infected with Covid-19: A retrospective, observational study. Am. J. Emerg. Med. 2021;42:110–114. DOI: 10.1016/j.ajem.2021.01.040.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.