新型冠状病毒RNA不具备整合进宿主基因组的能力

       SARS-CoV-2是一种具有高度传播性的单股正链RNA病毒，是COVID-19严重流行的病因。SARS-CoV-2具备高传染性特性，并通过侵犯多器官系统而引起严重临床症状。本研究聚焦新冠病毒RNA基因组是否整合到受其感染的宿主细胞基因组的可能性。

       2021年8月2日，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）杨运桂团队和中国医学科学院医学生物学研究所彭小忠团队合作在Protein & Cell在线发表了题为Comprehensive analysis of RNA-seq and whole genome sequencing data reveals no evidence for SARS-CoV-2 integrating into host genome的研究成果（该工作已于2021年6月7日提交到预印本）【1】。这项工作通过对SARS-CoV-2感染的人和猴细胞进行了RNA测序（RNA-Seq）和全基因组测序，发现了SARS-CoV-2感染的细胞转录组测序结果中存在宿主-病毒嵌合序列，深入研究确定了这类嵌合序列实质是在文库构建过程中引入的随机性连接片段；并通过宿主细胞全基因组测序，进一步确认不存在相对应的嵌合DNA序列，排除了SARS-CoV-2病毒RNA基因组整合到宿主DNA基因组中的可能性。

　　首先对SARS-CoV-2感染的人类（293T、Huh-7和Calu-3）和猴细胞系（Cos-7和MA-104）进行了转录组测序。在转录组测序结果中鉴定到宿主-病毒嵌合RNA片段（约占病毒测序读段总量的0.5 %-1.8 %），但这些嵌合事件重复性极低；进一步对嵌合宿主基因的表达水平进行关联分析，发现宿主基因嵌合事件发生频率与其表达水平高度相关。上述结果提示这些嵌合事件可能并不发生在基因组DNA水平及不通过转录产生，更可能是通过某种随机性途径引入的。

　　研究进一步通过对三个人类细胞系全基因测序结果进行分析，在高频嵌合基因所对应的染色体区域也没有发现相应的宿主-病毒嵌合基因组DNA片段，从全基因组测序数据中未检测到任何与SARS-CoV-2参考基因组匹配的DNA读段。以上结果表明，SARS-CoV-2并不具备整合进宿主基因组的能力，转录组测序数据中的嵌合序列可能来自其它途径，其中RNA测序文库构建过程中的随机连接可能性最大。

　　为验证转录组测序结果中嵌合事件来源由文库构建过程随机连接引入，本研究通过对SARS-CoV-2感染细胞和未感染斑马鱼胚胎的RNA进行混合，然后构建RNA测序文库并进一步进行转录组测序，结果表明：除了预期的人-病毒嵌合RNA片段，还检测到了自然条件下不可能存在的斑马鱼-病毒嵌合RNA片段，且不同物种的嵌合读段数与各自在混合样本中的RNA丰度比例相关，证明了这类嵌合读段来自文库构建过程中的随机连接。

　　综上，本研究通过对转录组测序、全基因组测序以及混合样本转录组测序结果的系统性分析，排除了SARS-CoV-2整合进宿主基因组的可能性（下图）。值得关注的是，近期Zhou Li-Quan研究组分析公共转录组数据，发现SARS-CoV-2感染的人类细胞逆转座子表达水平升高，并鉴定到了病毒-宿主嵌合RNA读段【2】；Rudolf Jaenisch研究组利用过表达LINE-1细胞系的研究系统，通过纳米孔长读长测序技术对宿主DNA进行测序，鉴定到了SARS-CoV-2基因组RNA的3’末端区域通过逆转录整合进宿主基因组中事件【3】。而另外两个独立研究发现SARS-CoV-2不整合到宿主细胞基因组，与本研究的结论一致。其中，Geoffrey J. Faulkner研究组同样使用纳米孔长读长测序技术对SARS-CoV-2感染的正常HEK293T细胞进行了DNA 测序，未发现任何LINE-1介导的SARS-CoV-2基因组整合信号【4】；Majid Kazemian研究组则通过对SARS-CoV-2感染细胞的转录组测序，同样揭示了宿主-病毒嵌合RNA片段的随机性和低重复性【5】。

　　图：转录组及全基因组测序揭示新型冠状病毒RNA不具备整合进宿主基因组的能力

　　中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）杨运桂研究员、杨莹副研究员和中国医学科学院医学生物学研究所彭小忠研究员为本文的共同通讯作者。中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）特别研究助理陈宇晟博士、高级工程师张兵博士，中国医学科学院医学生物学研究所鲁帅尧研究员为本文的共同第一作者。

　　值得一提的是，几天前Cell Reports在线发表了澳大利亚昆士兰大学的科研人员相关研究，该研究同样不支持新冠病毒RNA整合到宿主基因组。

　　参考文献

　　1. Chen Y.S. et al., Comprehensive analysis of RNA-seq and whole genome sequencing data reveals no evidence for SARS-CoV-2 integrating into host genome. Protein & Cell doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.06.447293 (2021).

　　2. Yin Y. et al., Exogenous Coronavirus Interacts With Endogenous Retrotransposon in Human Cells. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 11, 609160 (2021).

　　3. Zhang L. et al., Reverse-transcribed SARS-CoV-2 RNA can integrate into the genome of cultured human cells and can be expressed in patient-derived tissues. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118, e2105968118 (2021).

　　4. Smits N. et al., Human genome integration of SARS-CoV-2 contradicted by long-read sequencing. bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2021.05.28.446065 (2021).

　　5. Yan B. et al., Host-virus chimeric events in SARS-CoV2 infected cells are infrequent and artifactual. Journal of Virology doi:10.1128/JVI.00294-21 (2021).