[논문 리뷰] Temporal data series of COVID-19 epidemics in the USA, Asia and Europe suggests a selective sweep of SARS-CoV-2 Spike D614G variant

Furuyama Tn, Fernando Antoneli외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 20.

SARS-CoV-2 and COVID-19 Research참고 문헌 17인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 미국, 아시아, 유럽에서의 시계열 유전자 및 유병률 데이터를 분석하여 SARS-CoV-2 스플라인 D614G 변이의 역학적 영향을 조사한다. 연구 결과, D614G의 빈도 증가와 전염성 증가율 증가 사이에 강한 상관관계가 발견되어, 이 변이가 전파 우월성에 의해 유도된 선택적 스크린을 겪고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The COVID-19 pandemic started in Wuhan, China, and caused the worldwide spread of the RNA virus SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19. Because of its mutational rate, wide geographical distribution, and host response variance this coronavirus is currently evolving into an array of strains with increasing genetic diversity. Most variants apparently have neutral effects for disease spread and symptoms severity. However, in the viral Spike protein, which is responsible for host cell attachment and invasion, an emergent variant, containing the amino acid substitution D to G in position 614 (D614G), was suggested to increase viral infection capability. To test whether this variant has epidemiological impact, the temporal distributions of the SARS-CoV-2 samples bearing D or G at position 614 were compared in the USA, Asia and Europe. The epidemiological curves were compared at early and late epidemic stages. At early stages, where containment measures were still not fully implemented, the viral variants are supposed to be unconstrained and its growth curves might approximate the free viral dynamics. Our analysis shows that the D614G prevalence and the growth rates of COVID-19 epidemic curves are correlated in the USA, Asia and Europe. Our results suggest a selective sweep that can be explained, at least in part, by a propagation advantage of this variant, in other words, that the molecular level effects of D614G have sufficient impact on population transmission dynamics as to be detected by differences in rate coefficients of epidemic growth curves.

연구 동기 및 목표

• SARS-CoV-2의 D614G 변이가 인구 수준 전파에서 선택적 우월성을 보이는지 평가하기 위해.
• 스パイ크 단백질의 분자적 변화(D614G)가 전염병 증가 역학에 측정 가능한 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 팬데믹 초기 단계와 후기 단계 동안 세 가지 주요 지역에서 D614G 빈도와 전염병 유병률의 시계열 패턴을 비교하기 위해.
• 관찰된 D614G 빈도 증가가 무작위 유전자 드리프트가 아니라 선택적 스크린에 기인한 것인지 규명하기 위해.

제안 방법

• 미국, 아시아, 유럽에서의 SARS-CoV-2 유전자 서열의 시계열 분석을 통해 D614G 변이 빈도의 시간적 변화를 추적하기 위해.
• 전염병 증가 곡선을 초기(제약이 적은) 및 후기(통제가 더 철저한) 전염병 단계에서 비교하여 전파 역학을 평가하기 위해.
• D614G 변이 빈도와 전염병 증가 곡선의 비율 계수 사이의 상관관계 분석을 수행하기 위해.
• 초기 전염병 단계를 제약이 없는 바이러스 역학을 대체하는 지표로 사용하여 D614G 돌연변이가 전파 적합도에 미치는 영향을 분리하기 위해.
• 인구 유전학 원리를 적용하여 D614G 빈도 증가가 양적 선택의 증거로 해석되도록 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SARS-CoV-2의 D614G 변이는 조상형 D614에 비해 측정 가능한 전파 적합도 증가를 보이는가?
• RQ2 다양한 지역에서 D614G 빈도 증가와 코로나19 유병률 곡선의 증가율 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ3 관찰된 D614G 빈도 증가가 무작위 유전자 드리프트가 아니라 선택적 스크린에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ4 팬데믹 초기 단계에서의 전염병 증가 역학은 D614G 변이의 본질적 전파 우월성을 반영하는가?

주요 결과

• D614G 변이의 빈도는 팬데믹 초기 단계 동안 미국, 아시아, 유럽에서 유의미하게 증가하였다.
• 세 지역 모두에서 D614G 빈도 증가와 전염병 곡선 증가율 사이에 강한 정적 상관관계가 관찰되었다.
• D614G 변이의 시계열 역학은 선택적 스크린과 일치하여, 인구 수준에서의 전파 우월성을 시사한다.
• D614G 치환의 분자적 영향은 전염병 증가율 계수의 차이를 통해 확인되는 바와 같이, 인구 수준 전파에 감지 가능한 영향을 미친다.