Problems of VirologyProblems of VirologyВопросы вирусологии0507-40882411-2097Central Research Institute for Epidemiology66810.36233/0507-4088-146ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleMolecular epidemiological analysis of SARS-CoV-2 genovariants in Moscow and Moscow regionМолекулярно-эпидемиологический анализ геновариантов SARS-CoV-2 на территории Москвы и Московской областиhttps://orcid.org/0000-0002-3110-0843OzhmegovaEkaterina N.ОжмеговаЕкатерина Никитична
Russian Federation

Researcher, Laboratory of leukemia viruses

научный сотрудник лаборатории вирусов лейкозов

ozhmegova.eka@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4366-8476SavochkinaTatyana E.СавочкинаТатьяна Евгениевна
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Diagnostics

младший научный сотрудник лаборатории молекулярной диагностики

tasavochkina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8755-1419PrilipovAlexey G.ПрилиповАлексей Геннадьевич
Russian Federation

Doctor of Biological Sciences, Head Laboratory of Molecular Genetics Center

доктор биологических наук, зав. лабораторией молекулярной генетики

a_prilipov@mail.ruTikhomirovE. .E.ТихомировЕ. Е.
Russian Federation
ozhmegova.eka@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8262-5650LarichevVictor F.ЛаричевВиктор Филиппович
Russian Federation

doctor of med. sci, Leading Researcher of laboratory of biology and indication of arbovirus infections

д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории биологии и индикации арбовирусов

vlaritchev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1058-3193SayfullinMukhammad A.СайфуллинМухаммад Абдулфаритович
Russian Federation

PhD, Associate Professor, Department of Infectious Diseases in Children, Faculty of Pediatrics, Sen. оf laboratory of biology and indication of arbovirus infections

к.м.н., доцент кафедры инфекционных болезней у детей педиатрического факультета, с.н.с. лаборатории биологии и индикации арбовирусных инфекций

dr_saifullin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6141-9361GrebennikovaTatyana V.ГребенниковаТатьяна Владимировна
Russian Federation

Doctor of Biological Sciences, Professor, Corresponding Member RAS, Head Laboratory of Molecular Diagnostics, Head of department

доктор биологических наук, профессор, чл.-корр. РАН, зав. лабораторией молекулярной диагностики, зав. отделом

t_grebennikova@mail.ruNational Research Center for Epidemiology and Microbiology named after honorary academician N.F. Gamaleya, Ministry of Health of the Russian FederationФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РоссииPirogov Russian National Research Medical UniversityФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России0712202267649650526122022Copyright ©; 2022, Ozhmegova E.N., Savochkina T.E., Prilipov A.G., Tikhomirov E..., Larichev V.F., Sayfullin M.A., Grebennikova T.V.Copyright ©; 2022, Ожмегова Е.Н., Савочкина Т.Е., Прилипов А.Г., Тихомиров Е.Е., Ларичев В.Ф., Сайфуллин М.А., Гребенникова Т.В.2022Ozhmegova E.N., Savochkina T.E., Prilipov A.G., Tikhomirov E..., Larichev V.F., Sayfullin M.A., Grebennikova T.V.Ожмегова Е.Н., Савочкина Т.Е., Прилипов А.Г., Тихомиров Е.Е., Ларичев В.Ф., Сайфуллин М.А., Гребенникова Т.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/668

Introduction. SARS-CoV-2, a severe acute respiratory illness virus that emerged in China in late 2019, continues to spread rapidly around the world, accumulating mutations and thus causing serious concern. Five virus variants of concern are currently known: Alpha (lineage B.1.1.7), Beta (lineage B.1.351), Gamma (lineage P.1), Delta (lineage B.1.617.2), and Omicron (lineage B.1.1.529). In this study, we conducted a molecular epidemiological analysis of the most prevalent genovariants in Moscow and the region.

The aim of the study is to estimate the distribution of various variants of SARS-CoV-2 in Moscow city and the Moscow Region.

Materials and methods. 227 SARS-CoV-2 sequences were used for analysis. Isolation of the SARS-CoV-2 virus was performed on Vero E6 cell culture. Sequencing was performed by the Sanger method. Bioinformatic analysis was carried out using software packages: MAFFT, IQ-TREE v1.6.12, jModelTest 2.1.7, Nextstrain, Auspice v2.34.

Results. As a result of phylogenetic analysis, we have identified the main variants of the virus circulating in Russia that have been of concern throughout the existence of the pandemic, namely: variant B.1.1.7, which accounted for 30% (9/30), AY.122, which accounted for 16.7% (5/30), BA.1.1 with 20% (6/30) and B.1.1 with 33.3% (10/30). When examining Moscow samples for the presence of mutations in SARS-CoV-2 structural proteins of different genovariants, a significant percentage of the most common substitutions was recorded: S protein – D614G (86.7%), P681H/R (63.3%), E protein – T9I (20.0%); M protein – I82T (30.0%), D3G (20.0%), Q19E (20.0%) and finally N protein – R203K/M (90.0%), G204R/P (73.3 %).

Conclusion. The study of the frequency and impact of mutations, as well as the analysis of the predominant variants of the virus are important for the development and improvement of vaccines for the prevention of COVID-19. Therefore, ongoing molecular epidemiological studies are needed, as these data provide important information about changes in the genome of circulating SARS-CoV-2 variants.

Введение. SARS-CoV-2 – вирус, вызывающий тяжёлое острое респираторное заболевание, появившийся в Китае в конце 2019 г., – продолжает быстро распространяться по всему миру, накапливая мутации и тем самым вызывая серьёзные опасения. В настоящее время уже известно о пяти вариантах вируса, вызывающих озабоченность (variant of concern – VOC): альфа (линия B.1.1.7), бета (B.1.351), гамма (P.1), дельта (B.1.617.2) и омикрон (B.1.1.529). В этой работе мы провели молекулярно-эпидемиологический анализ геновариантов вируса, наиболее часто циркулирующих в Москве и Московской области.

Цель работы – оценить распространение различных вариантов SARS-CoV-2 на территории Москвы и Московской области.

Материалы и методы. Использовали 227 последовательностей генома SARS-CoV-2. Выделение вируса SARS-CoV-2 производили в культуре клеток Vero E6. Секвенирование проводили по методу Сэнгера. Биоинформационный анализ проводили с помощью пакетов программ MAFFT, IQ-TREE v1.6.12, jModelTest 2.1.7, Nextstrain, Auspice v2.34.

Результаты. В результате филогенетического анализа мы выявили основные циркулирующие в России варианты вируса, вызывающие озабоченность на протяжении всего времени существования пандемии, а именно: вариант B.1.1.7, составивший 30% (9/30), AY.122 – 16,7% (5/30), BA.1.1 – 20% (6/30) и B.1.1 – 33,3% (10/30). При исследовании московских образцов на наличие мутаций в структурных белках SARS-CoV-2 разных геновариантов зафиксирована значительная доля наиболее часто встречающихся замен: S-белок – D614G (86,7%), P681H/R (63,3%), E-белок – T9I (20,0%); M-белок – I82T (30,0%), D3G (20,0%), Q19E (20,0%) и, наконец, N-белок – R203K/M (90,0%), G204R/P (73,3%).

Заключение. Изучение частоты и влияния мутаций, а также анализ наиболее часто циркулирующих вариантов вируса важны для разработки и совершенствования вакцин для профилактики COVID-19. Следовательно, необходимо постоянно проводить молекулярно-эпидемиологические исследования, поскольку эти данные представляют важную информацию об изменениях в геноме циркулирующих вариантов SARS-CoV-2.

severe acute respiratory syndrome coronavirus 2SARS-CoV-2phylogenetic analysis of variantsmutationscluster analysisкоронавирус тяжёлого острого респираторного синдрома 2SARS-CoV-2филогенетический анализ вариантовмутациикластерный анализГосударственное задание Минздрава РоссииState grant of the Ministry of Health of RussiaGISAID. Available at: https://gisaid.org/Kistler K.E., Huddleston J., Bedford T. Rapid and parallel adaptive mutations in spike S1 drive clade success in SARS-CoV-2. Cell Host Microbe. 2022; 30(4): 545–55е4. https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.03.018(COVID-19 Genomics UK (COG-UK). An integrated national scale SARS-CoV-2 genomic surveillance network. Lancet Microbe. 2020; 1(3): e99–e100. https://doi.org/10.1016/S2666-5247(20)30054-9Endo A., Abbott S., Kucharski A.J., Funk S.; Group CftMMoIDC-W. Estimating the overdispersion in COVID-19 transmission using outbreak sizes outside China. Wellcome Open Res. 2020; 5: 67. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15842.3Lewis D. Superspreading drives the COVID pandemic – and could help to tame it. Nature. 2021; 590(7847): 544–6. https://doi.org/10.1038/d41586-021-00460-xSun K., Wang W., Gao L., Wang Y., Luo K., Ren L., et al. Transmission heterogeneities, kinetics, and controllability of SARS-CoV-2. Science. 2021; 371(6526): eabe2424. https://doi.org/10.1126/science.abe2424Akimkin V.G., Popova A.Yu., Ploskireva A.A., Ugleva S.V., Semenenko T.A., Pshenichnaya N.Yu., et al. COVID-19: the evolution of the pandemic in Russia. Report I: manifestations of the COVID-19 epidemic process. Zhurnal mikrobiologii, èpidemiologii i immunobiologii. 2022; 99(3): 269–86. https://doi.org/10.36233/0372-9311-276Акимкин В.Г., Попова А.Ю., Плоскирева А.А., Углева С.В., Семененко Т.А., Пшеничная Н.Ю. и др. COVID-19: эволюция пандемии в России. Сообщение I: проявления эпидемического процесса COVID-19. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022; 99(3): 269–86. https://doi.org/10.36233/0372-9311-276Outbreak.info. Available at: https://outbreak.info/Akimkin V.G., Popova A.Yu., Khafizov K.F., Dubodelov D.V., Ugleva S.V., Semenenko T.A., et al. COVID-19: evolution of the pandemic in Russia. Report II: dynamics of the circulation of SARS-CoV-2 genetic variants. Zhurnal mikrobiologii, èpidemiologii i immunobiologii. 2022;99(4):381–396. DOI: https://doi.org/10.36233/0372-9311-2959311-295Акимкин В.Г., Попова А.Ю., Хафизов К.Ф., Дубоделов Д.В., Углева С.В., Семененко Т.А. и др. COVID-19: эволюция пандемии в России. Сообщение II: динамика циркуляции геновариантов вируса SARS-CoV-2. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2022; 99(4): 381–96. https://doi.org/10.36233/0372-9311-295WHO. Coronavirus disease (COVID-19) pandemic. Available at: https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019ВОЗ. Вспышка коронавирусной инфекции COVID-19. Available at: https://www.who.int/ru/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019Planas D., Veyer D., Baidaliuk A., Staropoli I., Guivel-Benhassine F., Rajah M.M., et al. Reduced sensitivity of SARS-CoV-2 variant Delta to antibody neutralization. Nature. 2021; 596(7871): 276–80. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03777-9Chomczynski P., Sacchi N. The single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction: twenty-something years on. Nat. Protoc. 2006; 1(2): 581–5. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.83Katoh K., Rozewicki J., Yamada K.D. MAFFT online service: multiple sequence alignment, interactive sequence choice and visualization. Brief Bioinform. 2019; 20(4): 1160–6. https://doi.org/10.1093/bib/bbx108Nguyen L.T., Schmidt H.A., von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: a fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies. Mol. Biol. Evol. 2015; 32(1): 268–74. https://doi.org/10.1093/molbev/msu300Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nat. Methods. 2012; 9(8): 772. https://doi.org/10.1038/nmeth.2109Hadfield J., Megill C., Bell S.M., Huddleston J., Potter B., Callender C., et al. Nextstrain: real-time tracking of pathogen evolution. Bioinformatics. 2018; 34(23): 4121–3. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty407Sagulenko P., Puller V., Neher R.A. TreeTime: Maximum-likelihood phylodynamic analysis. Virus Evol. 2018; 4(1): vex042. https://doi.org/10.1093/ve/vex042Auspice. Available at: https://auspice.usMahmanzar M., Houseini S.T., Rahimian K., Namini A.M., Gholamzad A., Tokhanbigli S., et al. The first geographic identification by country of sustainable mutations of SARS-COV2 sequence samples: worldwide natural selection trends. bioRxiv. 2022. Preprint. https://doi.org/10.1101/2022.07.18.500565Shen L., Bard J.D., Triche T.J., Judkins A.R., Biegel J.A., Gai X. Emerging variants of concern in SARS-CoV-2 membrane protein: a highly conserved target with potential pathological and therapeutic implications. Emerg. Microbes Infect. 2021; 10(1): 885–93. https://doi.org/10.1080/22221751.2021.1922097Komissarov A.B., Safina K.R., Garushyants S.K., Fadeev A.V., Sergeeva M.V., Ivanova A.A., et al. Genomic epidemiology of the early stages of the SARS-CoV-2 outbreak in Russia. Nat. Commun. 2021; 12(1): 649. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20880-zKlink G.V., Safina K.R., Garushyants S.K., Moldovan M., Nabieva E., Komissarov A.B., et al. Spread of endemic SARS-CoV-2 lineages in Russia before April 2021. PLoS One. 2022; 17(7): e0270717. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0270717Borisova N.I., Kotov I.A., Kolesnikov A.A., Kaptelova V.V., Speranskaya A.S., Kondrasheva L.Yu., et al. Monitoring the spread of the SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus; Sarbecovirus) variants in the Moscow region using targeted high-throughput sequencing. Voprosy virusologii. 2021; 66(4): 269–78. https://doi.org/10.36233/0507-4088-72 (in Russian)Борисова Н.И., Котов И.А., Колесников А.А., Каптелова В.В., Сперанская А.С., Кондрашева Л.Ю. и др. Мониторинг распространения вариантов SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus; Sarbecovirus) на территории Московского региона с помощью таргетного высокопроизводительного секвенирования. Вопросы вирусологии. 2021; 66(4): 269–78. https://doi.org/10.36233/0507-4088-72Kannan S., Shaik Syed Ali P., Sheeza A. Omicron (B.1.1.529) – variant of concern – molecular profile and epidemiology: a mini review. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2021; 25(24): 8019–22. https://doi.org/10.26355/eurrev_202112_27653Karim S.S.A., Karim Q.A. Omicron SARS-CoV-2 variant: a new chapter in the COVID-19 pandemic. Lancet. 2021; 398(10317): 2126–8. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)02758-6Unni S., Aouti S., Thiyagarajan S., Padmanabhan B. Identification of a repurposed drug as an inhibitor of Spike protein of human coronavirus SARS-CoV-2 by computational methods. J. Biosci. 2020; 45(1): 130. https://doi.org/10.1007/s12038-020-00102-wDaniloski Z., Jordan T.X., Ilmain J.K., Guo X., Bhabha G., tenOever B.R., et al. The Spike D614G mutation increases SARS-CoV-2 infection of multiple human cell types. Elife. 2021; 10: e65365. https://doi.org/10.7554/eLife.65365Zuckerman N.S., Fleishon S., Bucris E., Bar-Ilan D., Linial M., Bar-Or I., et al. A unique SARS-CoV-2 spike protein P681H variant detected in Israel. Vaccines (Basel). 2021; 9(6): 616. https://doi.org/10.3390/vaccines9060616Baden L.R., El Sahly H.M., Essink B., Kotloff K., Frey S., Novak R., et al. Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 2021; 384(5): 403–16. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2035389Polack F.P., Thomas S.J., Kitchin N., Absalon J., Gurtman A., Lockhart S., et al. Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine. N. Engl. J. Med. 2020; 383(27): 2603–15. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577Sadoff J., Gray G., Vandebosch A., Cárdenas V., Shukarev G., Grinsztejn B., et al. Safety and Efficacy of Single-Dose Ad26.COV2.S Vaccine against Covid-19. N. Engl. J. Med. 2021; 384(23): 2187–201. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2101544Dong E., Du H., Gardner L. An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time. Lancet Infect. Dis. 2020; 20(5): 533–4. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(20)30120-1Wang R., Chen J., Gao K., Wei G.W. Vaccine-escape and fast-growing mutations in the United Kingdom, the United States, Singapore, Spain, India, and other COVID-19-devastated countries. Genomics. 2021; 113(4): 2158–70. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2021.05.006Wu H., Xing N., Meng K., Fu B., Xue W., Dong P., et al. Nucleocapsid mutations R203K/G204R increase the infectivity, fitness, and virulence of SARS-CoV-2. Cell Host Microbe. 2021; 29(12): 1788–801.e6. https://doi.org/10.1016/j.chom.2021.11.005