Variability and host-dependency of RNA virus mutation rates

Los virus de ARN pueden infectar todo tipo de organismos, desde los procariotas a los eucariotas superiores, y estos agentes infecciosos parecen particularmente propensos a causar enfermedades emergentes tanto en humanos, animales, como en plantas. Su habilidad para escapar del sistema inmunitario, evadir estrategias antivirales o infectar a nuevas especies son aspecto más de su rápida evolución. Por lo tanto, comprender los procesos básicos del la evolución de los virus de ARN podría ayudar en el diseño de nuevas estrategias antivirales. Una de las principales características de los virus de ARN es su tasa de mutación extremadamente alta. De hecho, la alta diversidad genética de las poblaciones virales da lugar a una nube de variantes que interactúan y contribuyen colectivamente, conocido también por el término de cuasiespecies, y que permite a las poblaciones virales adaptarse rápidamente a entornos dinámicos. Estudios anteriores han demostrado que la tasa de mutaciones espontáneas de los virus de ARN varía de 10-6 a 10-4 sustituciones por nucleótido por célula infectada (s/n/c) y puede variar considerablemente, incluso para el mismo virus, aunque se sabe poco sobre las causas de esta variabilidad. Consecuentemente, el conocimiento de la tasa de mutación y el espectro molecular de mutaciones espontáneas son importantes para entender la evolución de la composición genética de las poblaciones virales. En los virus de ARN las tasas de mutación están determinadas por factores codificados por el virus, como la fidelidad de la polimerasa viral, la presencia/ausencia de mecanismos correctores, o el modo de replicación viral. Sin embargo, sólo unos pocos estudios se han centrado en las características celulares que podrían explicar la variabilidad en la producción de la diversidad genética viral, o si esta variabilidad pudiera ser distribuida heterogéneamente entre células únicas. En este estudio, se propuso analizar algunos de los factores subyacentes a la variabilidad en las tasas de mutación de los virus de ARN. En primer lugar, se estudió el efecto del tipo de célula que se infecta, y la variación en función del huésped en el que el virus se replica. A continuación, nos centramos en la variabilidad que ocurre a nivel de una célula única, mediante la caracterización de la diversidad genética de los virus liberados a partir de células individuales. Por último, nos fijamos en el potencial efecto de factores celulares de tipo ADAR, mediante la determinación del tipo de mutaciones espontáneas que se acumulan en el genoma de un norovirus. Se utilizó la prueba de fluctuación de Luria-Delbrück para comprobar la variabilidad en la tasa de mutación del virus de la estomatitis vesicular (VSV) entre diferentes células de mamíferos, así como entre diferentes condiciones de cultivo. Se encontró una tasa de mutación similar entre las células BHK-21, así como en células embrionarias de ratón (MEF), células MEF inmortalizadas mediante deleción del gen p53, células de cáncer de colon murino (CT26) y de neuroblastoma (Neuro-2A), sugiriendo que VSV se replica con la misma fidelidad en estos diferentes tipos de células de mamíferos. Por otra parte, debido a que el ciclo de vida de VSV no sólo implica su replicación en mamíferos, sino también en insectos, comprobamos su tasa de mutación en células de Drosophila melanogaster (S2), de Spodoptera frugiperda (sf21) y del mosquito Aedes albopictus (C6/36). Curiosamente, la tasa de mutación de VSV fue cuatro veces mas baja en células de insectos en comparación con las células de mamíferos probadas. Curiosamente, los arbovirus parecen tener una evolución más lenta que los virus que no estan transmitidos por un vector, y nuestros resultados sugieren que en los insectos esto puede ser en parte debido a una tasa de mutación más baja. Se desarrolló un enfoque que combina micromanipulación y secuenciación masiva para estudiar la diversidad genética de los virus producidos y liberados por células únicas, usando de nuevo VSV como sistema modelo. Demostramos que el virus presenta gran diversidad genética en células únicas, aunque esta diversidad no fue homogéneamente contribuida por todas las células. Llama la atención que la variabilidad existente en el inóculo viral demostró que la unidad infecciosa mínima (PFU) también puede transmitir diversidad genética viral. En efecto, no sólo se observó complementación genética entre alelos de las variantes albergadas dentro de la misma PFU, sino también que el efecto de una mutación se determinó colectivamente por otras variantes durante su co-transmisión, un proceso que podría seguir durante varias generaciones. Esta co-transmisión de diversidad genética dentro de la misma unidad infecciosa tiene implicaciones importantes para la evolución viral, como por ejemplo la de mantener la diversidad genética durante fuertes cuellos de botella de las poblaciones virales, o crear una asociación espacial entre los alelos, y sugiere que la selección natural actúa a nivel de conjuntos de partículas virales diversas en lugar de sobre genotipos individuales. Por último, hemos visto que la variabilidad en la diversidad genética producida entre células únicas estaba estrechamente asociada con el rendimiento viral, sugiriendo un compromiso entre la eficacia y la fidelidad de la replicación del virus, que puede ser determinado por un modelo de replicación geométrica. Aunque este tipo de replicación alimenta la aparición de nuevas mutaciones, también aumenta la carga genética. Para equilibrar ambos mecanismos, hemos demostrado que los mutantes que muestran un fenotipo mutador deberían ser encontrados en una baja frecuencia en las poblaciones virales. Se usó un clon infeccioso del virus Norwalk (NV). Puesto que NV no es capaz de iniciar subsiguientes ciclos de infección en las células aquí utilizadas (HEK293T), tuvimos la posibilidad de observar la aparición de mutaciones espontáneas en un único ciclo, descartando así posibles efectos de la selección o la acumulación de mutaciones a lo largo de varias generaciones. Obtuvimos así una tasa de mutación de 9 × 10-5 s/n/c consistente con las estimaciones publicadas anteriormente para otros virus de ARN. Curiosamente, se observó que de los 128 clones moleculares secuenciados con el Sanger, dos mostraron múltiples cambios T -> C. Sugerimos que estas hipermutaciones podrían ser el resultado de la edición del RNA viral por parte de enzimas celulares de tipo ADAR. Esta hipótesis fue confirmada por secuenciación masiva, sugiriendo que los factores celulares de tipo ADAR también pueden actuar en la variabilidad de la tasa de mutación de los virus de ARN

ComplexViewer: visualization of curated macromolecular complexes.

SUMMARY: Proteins frequently function as parts of complexes, assemblages of multiple proteins and other biomolecules, yet network visualizations usually only show proteins as parts of binary interactions. ComplexViewer visualizes interactions with more than two participants and thereby avoids the need to first expand these into multiple binary interactions. Furthermore, if binding regions between molecules are known then these can be displayed in the context of the larger complex. AVAILABILITY AND IMPLEMENTATION: freely available under Apache version 2 license; EMBL-EBI Complex Portal: http://www.ebi.ac.uk/complexportal; Source code: https://github.com/MICommunity/ComplexViewer; Package: https://www.npmjs.com/package/complexviewer; http://biojs.io/d/complexviewer. Language: JavaScript; Web technology: Scalable Vector Graphics; Libraries: D3.js. CONTACT: [email protected] or [email protected]

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Native drivers of fish life history traits are lost during the invasion process

Rapid adaptation to global change can counter vulnerability of species to population declines and extinction. Theoretically, under such circumstances both genetic variation and phenotypic plasticity can maintain population fitness, but empirical support for this is currently limited. Here, we aim to characterize the role of environmental and genetic diversity, and their prior evolutionary history (via haplogroup profiles) in shaping patterns of life history traits during biological invasion. Data were derived from both genetic and life history traits including a morphological analysis of 29 native and invasive populations of topmouth gudgeon Pseudorasbora parva coupled with climatic variables from each location. General additive models were constructed to explain distribution of somatic growth rate (SGR) data across native and invasive ranges, with model selection performed using Akaike's information criteria. Genetic and environmental drivers that structured the life history of populations in their native range were less influential in their invasive populations. For some vertebrates at least, fitness-related trait shifts do not seem to be dependent on the level of genetic diversity or haplogroup makeup of the initial introduced propagule, nor of the availability of local environmental conditions being similar to those experienced in their native range. As long as local conditions are not beyond the species physiological threshold, its local establishment and invasive potential are likely to be determined by local drivers, such as density-dependent effects linked to resource availability or to local biotic resistance

Variation in RNA Virus Mutation Rates across Host Cells

It is well established that RNA viruses exhibit higher rates of spontaneous mutation than DNA viruses and microorganisms. However, their mutation rates vary amply, from 10−6 to 10−4 substitutions per nucleotide per round of copying (s/n/r) and the causes of this variability remain poorly understood. In addition to differences in intrinsic fidelity or error correction capability, viral mutation rates may be dependent on host factors. Here, we assessed the effect of the cellular environment on the rate of spontaneous mutation of the vesicular stomatitis virus (VSV), which has a broad host range and cell tropism. Luria-Delbrück fluctuation tests and sequencing showed that VSV mutated similarly in baby hamster kidney, murine embryonic fibroblasts, colon cancer, and neuroblastoma cells (approx. 10−5 s/n/r). Cell immortalization through p53 inactivation and oxygen levels (1–21%) did not have a significant impact on viral replication fidelity. This shows that previously published mutation rates can be considered reliable despite being based on a narrow and artificial set of laboratory conditions. Interestingly, we also found that VSV mutated approximately four times more slowly in various insect cells compared with mammalian cells. This may contribute to explaining the relatively slow evolution of VSV and other arthropod-borne viruses in nature

Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome associated with COVID-19: An Emulated Target Trial Analysis.

RATIONALE: Whether COVID patients may benefit from extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) compared with conventional invasive mechanical ventilation (IMV) remains unknown. OBJECTIVES: To estimate the effect of ECMO on 90-Day mortality vs IMV only Methods: Among 4,244 critically ill adult patients with COVID-19 included in a multicenter cohort study, we emulated a target trial comparing the treatment strategies of initiating ECMO vs. no ECMO within 7 days of IMV in patients with severe acute respiratory distress syndrome (PaO2/FiO2 <80 or PaCO2 ≥60 mmHg). We controlled for confounding using a multivariable Cox model based on predefined variables. MAIN RESULTS: 1,235 patients met the full eligibility criteria for the emulated trial, among whom 164 patients initiated ECMO. The ECMO strategy had a higher survival probability at Day-7 from the onset of eligibility criteria (87% vs 83%, risk difference: 4%, 95% CI 0;9%) which decreased during follow-up (survival at Day-90: 63% vs 65%, risk difference: -2%, 95% CI -10;5%). However, ECMO was associated with higher survival when performed in high-volume ECMO centers or in regions where a specific ECMO network organization was set up to handle high demand, and when initiated within the first 4 days of MV and in profoundly hypoxemic patients. CONCLUSIONS: In an emulated trial based on a nationwide COVID-19 cohort, we found differential survival over time of an ECMO compared with a no-ECMO strategy. However, ECMO was consistently associated with better outcomes when performed in high-volume centers and in regions with ECMO capacities specifically organized to handle high demand. This article is open access and distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)

Variability in the mutation rates of RNA viruses

International audienc

Avec la hausse des températures, l'aquaculture bientôt un point chaud de l'antibiorésistance ?

Une étude récente souligne les effets du réchauffement climatique sur l'antibiorésistance dans les fermes aquacoles. Une situation qui constitue une menace pour la sécurité alimentaire mondiale