自然selectionは、新しい懸念のSARS-COV-2バリアント（VOC）におけるコドンの使用バイアスを管理する上で重要な役割を果たします

SARS-COV-2によって引き起こされた継続的な一般的なCovid-19パンデミックは、世界中の世界的な健康上の懸念の1つになりつつあります。SARS-COV-2ゲノムは、その受容体結合ドメイン（RBD）の宿主アンジオテンシン変換酵素2（ACE2）受容体への結合を介して宿主細胞へのウイルス侵入において非常に重要な役割を果たすスパイクスパイクをコードします。継続的に進化するSARS-COV-2ゲノムは、「懸念の変異体」（VOC）と呼ばれる新規突然変異の出現を特徴とする、より深刻で伝染性の変異体をもたらします。現在指定されているアルファ、ベータ、ガンマ、デルタ、およびオミクロンVOCは、透過性が高い、毒性の増加、および利用可能なワクチンの有効性の低下に対する懸念のため、この研究の焦点です。VOCでは、スパイク遺伝子および他の非構造タンパク質変異は、承認されたCovid-19ワクチンの効率に影響を与える可能性があります。SARS-COV-2の多様性を理解するために、限られた数のシーケンスでいくつかの研究が実施されています。ただし、すべてのVOC株のコドン使用バイアス（CUBS）パターン分析に焦点を合わせている研究はわずかです。したがって、すべてのVOC S遺伝子の進化的相違を評価するために、300,354シーケンスのカブス分析を実行して、さまざまな宿主、つまり人間、コウモリ、パンゴリンでの適応との進化的関係を理解し​​ました。基本組成とRSCU分析により、20の優先Auエンドと10の過小評価されたGCエンドコドンが存在することが明らかになりました。さらに、CPGは枯渇していることがわかりました。これは、宿主防衛プロセスから逃れるためのウイルスによる適応反応に起因する可能性があります。さらに、ENC値は、VOC S-Geneのコドン使用におけるより高いバイアスを明らかにしました。さらに、中性プロット分析は、この研究で分析されたS遺伝子が自然選択の83.93％の影響を受けていることを実証し、カブスの形成における極めて重要な役割を示唆しています。S遺伝子のカブスパターンは、すべてのVOC株の間で非常に類似していることがわかりました。興味深いことに、VOC株は、人間の宿主に対する拮抗的なコドンの使用の傾向に従っていることを観察しました。特定されたカブスの発散は、ウイルスの進化とその宿主適応を理解するのに役立ち、したがって、新興VOC株に対する新しいワクチン戦略の設計に役立ちます。私たちの知る限り、これは現在特定されているすべてのVOCにおけるカブスパターンの進化を特定するための最初のレポートです。

The ongoing prevailing COVID-19 pandemic caused by SARS-CoV-2 is becoming one of the major global health concerns worldwide. The SARS-CoV-2 genome encodes spike (S) glycoprotein that plays a very crucial role in viral entry into the host cell via binding of its receptor binding domain (RBD) to the host angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) receptor. The continuously evolving SARS-CoV-2 genome results in more severe and transmissible variants characterized by the emergence of novel mutations called 'variants of concern' (VOC). The currently designated alpha, beta, gamma, delta and omicron VOC are the focus of this study due to their high transmissibility, increased virulence, and concerns for decreased effectiveness of the available vaccines. In VOC, the spike (S) gene and other non-structural protein mutations may affect the efficacies of the approved COVID-19 vaccines. To understand the diversity of SARS-CoV-2, several studies have been performed on a limited number of sequences. However, only a few studies have focused on codon usage bias (CUBs) pattern analysis of all the VOC strains. Therefore, to evaluate the evolutionary divergence of all VOC S-genes, we performed CUBs analysis on 300,354 sequences to understand the evolutionary relationship with its adaptation in different hosts, i.e., humans, bats, and pangolins. Base composition and RSCU analysis revealed the presence of 20 preferred AU-ended and 10 under-preferred GC-ended codons. In addition, CpG was found to be depleted, which may be attributable to the adaptive response by viruses to escape from the host defense process. Moreover, the ENC values revealed a higher bias in codon usage in the VOC S-gene. Further, the neutrality plot analysis demonstrated that S-genes analyzed in this study are under 83.93% influence of natural selection, suggesting its pivotal role in shaping the CUBs. The CUBs pattern of S-genes was found to be very similar among all the VOC strains. Interestingly, we observed that VOC strains followed a trend of antagonistic codon usage with respect to the human host. The identified CUBs divergence would help to understand the virus evolution and its host adaptation, thus help design novel vaccine strategies against the emerging VOC strains. To the best of our knowledge, this is the first report for identifying the evolution of CUBs pattern in all the currently identified VOC.