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Monzón S, Varona S, Negredo A, Vidal-Freire S, Patiño-Galindo JA, Ferressini-Gerpe N, Zaballos A, Orviz E, Ayerdi O, Muñoz-Gómez A, Delgado-Iribarren A, Estrada V, García C, Molero F, Sánchez-Mora P, Torres M, Vázquez A, Galán JC, Torres I, Causse Del Río M, Merino-Diaz L, López M, Galar A, Cardeñoso L, Gutiérrez A, Loras C, Escribano I, Alvarez-Argüelles ME, Del Río L, Simón M, Meléndez MA, Camacho J, Herrero L, Jiménez P, Navarro-Rico ML, Jado I, Giannetti E, Kuhn JH, Sanchez-Lockhart M, Di Paola N, Kugelman JR, Guerra S, García-Sastre A, Cuesta I, Sánchez-Seco MP, Palacios G. Monkeypox virus genomic accordion strategies. Nat Commun 2024; 15:3059. [PMID: 38637500 PMCID: PMC11026394 DOI: 10.1038/s41467-024-46949-7] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/06/2023] [Accepted: 03/14/2024] [Indexed: 04/20/2024] Open
Abstract
The 2023 monkeypox (mpox) epidemic was caused by a subclade IIb descendant of a monkeypox virus (MPXV) lineage traced back to Nigeria in 1971. Person-to-person transmission appears higher than for clade I or subclade IIa MPXV, possibly caused by genomic changes in subclade IIb MPXV. Key genomic changes could occur in the genome's low-complexity regions (LCRs), which are challenging to sequence and are often dismissed as uninformative. Here, using a combination of highly sensitive techniques, we determine a high-quality MPXV genome sequence of a representative of the current epidemic with LCRs resolved at unprecedented accuracy. This reveals significant variation in short tandem repeats within LCRs. We demonstrate that LCR entropy in the MPXV genome is significantly higher than that of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and that LCRs are not randomly distributed. In silico analyses indicate that expression, translation, stability, or function of MPXV orthologous poxvirus genes (OPGs), including OPG153, OPG204, and OPG208, could be affected in a manner consistent with the established "genomic accordion" evolutionary strategies of orthopoxviruses. We posit that genomic studies focusing on phenotypic MPXV differences should consider LCR variability.
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Affiliation(s)
- Sara Monzón
- Unidad de Bioinformática, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Sarai Varona
- Unidad de Bioinformática, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Escuela Internacional de Doctorado de la UNED (EIDUNED), Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED), 2832, Madrid, Spain
| | - Anabel Negredo
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Santiago Vidal-Freire
- Department of Microbiology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
| | | | | | - Angel Zaballos
- Unidad de Genómica, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Eva Orviz
- Centro Sanitario Sandoval, Hospital Clínico San Carlos, 28040, Madrid, Spain
| | - Oskar Ayerdi
- Centro Sanitario Sandoval, Hospital Clínico San Carlos, 28040, Madrid, Spain
| | - Ana Muñoz-Gómez
- Centro Sanitario Sandoval, Hospital Clínico San Carlos, 28040, Madrid, Spain
| | | | - Vicente Estrada
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro Sanitario Sandoval, Hospital Clínico San Carlos, 28040, Madrid, Spain
| | - Cristina García
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Francisca Molero
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Patricia Sánchez-Mora
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Montserrat Torres
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Ana Vázquez
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Epidemiología y Salud Pública (CIBERESP), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Juan-Carlos Galán
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Epidemiología y Salud Pública (CIBERESP), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Servicio de Microbiología, Hospital Universitario Ramón y Cajal, Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria (IRYCIS), 28034, Madrid, Spain
| | - Ignacio Torres
- Servicio de Microbiología, Hospital Clínico Universitario, Instituto de Investigación INCLIVA, 46010, Valencia, Spain
| | - Manuel Causse Del Río
- Unidad de Microbiología, Hospital Universitario Reina Sofía, Instituto Maimónides de Investigación Biomédica de Córdoba, 14004, Córdoba, Spain
| | - Laura Merino-Diaz
- Unidad Clínico de Enfermedades Infecciosas, Microbiología y Medicina Preventiva, Hospital Universitario Virgen del Rocío, 41013, Sevilla, Spain
| | - Marcos López
- Servicio de Microbiología y Parasitología, Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda, 28222, Madrid, Spain
| | - Alicia Galar
- Servicio de Microbiología Clínica y Enfermedades Infecciosas, Hospital General Universitario Gregorio Marañón, 28007, Madrid, Spain
| | - Laura Cardeñoso
- Servicio de Microbiología, Instituto de Investigación Sanitaria, Hospital Universitario de la Princesa, 28006, Madrid, Spain
| | - Almudena Gutiérrez
- Servicio de Microbiología y Parasitología Clínica, Hospital Universitario La Paz, 28046, Madrid, Spain
| | - Cristina Loras
- Servicio de Microbiología, Hospital General y Universitario, 13005, Ciudad Real, Spain
| | - Isabel Escribano
- Servicio de Microbiología, Hospital General Universitario Dr. Balmis, 03010, Alicante, Spain
| | | | | | - María Simón
- Servicio de Microbiología, Hospital Central de la Defensa "Gómez Ulla", 28947, Madrid, Spain
| | - María Angeles Meléndez
- Servicio de Microbiología y Parasitología, Hospital Universitario 12 de Octubre, 28041, Madrid, Spain
| | - Juan Camacho
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Laura Herrero
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Pilar Jiménez
- Unidad de Genómica, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - María Luisa Navarro-Rico
- Unidad de Genómica, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Isabel Jado
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Elaina Giannetti
- Department of Microbiology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
| | - Jens H Kuhn
- Integrated Research Facility at Fort Detrick, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Fort Detrick, Frederick, MD, 21702, USA
| | - Mariano Sanchez-Lockhart
- United States Army Research Institute for Infectious Disease, Fort Detrick, Frederick, MD, 21702, USA
| | - Nicholas Di Paola
- United States Army Research Institute for Infectious Disease, Fort Detrick, Frederick, MD, 21702, USA
| | - Jeffrey R Kugelman
- United States Army Research Institute for Infectious Disease, Fort Detrick, Frederick, MD, 21702, USA
| | - Susana Guerra
- Department of Microbiology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- Global Health Emerging Pathogens Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- Departmento de Medicina Preventiva, Salud Publica y Microbiología, Universidad Autónoma de Madrid, 28029, Madrid, Spain
| | - Adolfo García-Sastre
- Department of Microbiology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- Global Health Emerging Pathogens Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- Department of Medicine, Division of Infectious Diseases, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- The Tisch Cancer Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
- Department of Pathology, Molecular and Cell-Based Medicine, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA
| | - Isabel Cuesta
- Unidad de Bioinformática, Unidades Centrales Científico Técnicas, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Maripaz P Sánchez-Seco
- Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Infecciosas (CIBERINFEC), Instituto de Salud Carlos III, 28029, Madrid, Spain
| | - Gustavo Palacios
- Department of Microbiology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA.
- Global Health Emerging Pathogens Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, 10029, USA.
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