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From SARS and MERS CoVs to SARS-CoV-2: Moving toward more biased codon usage in viral structural and nonstructural genes.
Kandeel, Mahmoud; Ibrahim, Abdelazim; Fayez, Mahmoud; Al-Nazawi, Mohammed.
Afiliação
  • Kandeel M; Department of Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine, King Faisal University, Al-hofuf, Egypt.
  • Ibrahim A; Department of Pharmacology, Faculty of Veterinary Medicine, Kafrelshikh University, Kafrelshikh, Egypt.
  • Fayez M; Department of Pathology, College of Veterinary Medicine, King Faisal University, Al-hofuf, Saudi Arabia.
  • Al-Nazawi M; Department of Pathology, Faculty of Veterinary Medicine, Suez Canal University, Ismailia, Egypt.
J Med Virol ; 92(6): 660-666, 2020 06.
Article em En | MEDLINE | ID: mdl-32159237
ABSTRACT

BACKGROUND:

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is an emerging disease with fatal outcomes. In this study, a fundamental knowledge gap question is to be resolved by evaluating the differences in biological and pathogenic aspects of SARS-CoV-2 and the changes in SARS-CoV-2 in comparison with the two prior major COV epidemics, SARS and Middle East respiratory syndrome (MERS) coronaviruses.

METHODS:

The genome composition, nucleotide analysis, codon usage indices, relative synonymous codons usage, and effective number of codons (ENc) were analyzed in the four structural genes; Spike (S), Envelope (E), membrane (M), and Nucleocapsid (N) genes, and two of the most important nonstructural genes comprising RNA-dependent RNA polymerase and main protease (Mpro) of SARS-CoV-2, Beta-CoV from pangolins, bat SARS, MERS, and SARS CoVs.

RESULTS:

SARS-CoV-2 prefers pyrimidine rich codons to purines. Most high-frequency codons were ending with A or T, while the low frequency and rare codons were ending with G or C. SARS-CoV-2 structural proteins showed 5 to 20 lower ENc values, compared with SARS, bat SARS, and MERS CoVs. This implies higher codon bias and higher gene expression efficiency of SARS-CoV-2 structural proteins. SARS-CoV-2 encoded the highest number of over-biased and negatively biased codons. Pangolin Beta-CoV showed little differences with SARS-CoV-2 ENc values, compared with SARS, bat SARS, and MERS CoV.

CONCLUSION:

Extreme bias and lower ENc values of SARS-CoV-2, especially in Spike, Envelope, and Mpro genes, are suggestive for higher gene expression efficiency, compared with SARS, bat SARS, and MERS CoVs.
Assuntos
Betacoronavirus/genética; Cisteína Endopeptidases/genética; Coronavírus da Síndrome Respiratória do Oriente Médio/genética; Proteínas do Nucleocapsídeo/genética; RNA Polimerase Dependente de RNA/genética; Coronavírus Relacionado à Síndrome Respiratória Aguda Grave/genética; Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética; Proteínas do Envelope Viral/genética; Proteínas não Estruturais Virais/genética; Animais; Sequência de Bases; Betacoronavirus/classificação; Betacoronavirus/patogenicidade; COVID-19; Quirópteros/microbiologia; Uso do Códon; Biologia Computacional; Proteases 3C de Coronavírus; Proteínas do Envelope de Coronavírus; Infecções por Coronavirus/epidemiologia; Infecções por Coronavirus/transmissão; Infecções por Coronavirus/virologia; Proteínas do Nucleocapsídeo de Coronavírus; Cisteína Endopeptidases/metabolismo; Eutérios/microbiologia; Expressão Gênica; Humanos; Coronavírus da Síndrome Respiratória do Oriente Médio/classificação; Coronavírus da Síndrome Respiratória do Oriente Médio/patogenicidade; Proteínas do Nucleocapsídeo/metabolismo; Pandemias; Fosfoproteínas; Pneumonia Viral/epidemiologia; Pneumonia Viral/transmissão; Pneumonia Viral/virologia; RNA Polimerase Dependente de RNA/metabolismo; Coronavírus Relacionado à Síndrome Respiratória Aguda Grave/classificação; Coronavírus Relacionado à Síndrome Respiratória Aguda Grave/patogenicidade; SARS-CoV-2; Homologia de Sequência do Ácido Nucleico; Síndrome Respiratória Aguda Grave/epidemiologia; Síndrome Respiratória Aguda Grave/transmissão; Síndrome Respiratória Aguda Grave/virologia; Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo; Proteínas do Envelope Viral/metabolismo; Proteínas não Estruturais Virais/metabolismo
Palavras-chave

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: RNA Polimerase Dependente de RNA / Cisteína Endopeptidases / Proteínas do Envelope Viral / Proteínas não Estruturais Virais / Proteínas do Nucleocapsídeo / Coronavírus Relacionado à Síndrome Respiratória Aguda Grave / Glicoproteína da Espícula de Coronavírus / Coronavírus da Síndrome Respiratória do Oriente Médio / Betacoronavirus Idioma: En Ano de publicação: 2020 Tipo de documento: Article

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: RNA Polimerase Dependente de RNA / Cisteína Endopeptidases / Proteínas do Envelope Viral / Proteínas não Estruturais Virais / Proteínas do Nucleocapsídeo / Coronavírus Relacionado à Síndrome Respiratória Aguda Grave / Glicoproteína da Espícula de Coronavírus / Coronavírus da Síndrome Respiratória do Oriente Médio / Betacoronavirus Idioma: En Ano de publicação: 2020 Tipo de documento: Article