Pathogens (Jun 2022)
SARS-CoV-2 Mutant Spectra at Different Depth Levels Reveal an Overwhelming Abundance of Low Frequency Mutations
- Brenda Martínez-González,
- María Eugenia Soria,
- Lucía Vázquez-Sirvent,
- Cristina Ferrer-Orta,
- Rebeca Lobo-Vega,
- Pablo Mínguez,
- Lorena de la Fuente,
- Carlos Llorens,
- Beatriz Soriano,
- Ricardo Ramos-Ruíz,
- Marta Cortón,
- Rosario López-Rodríguez,
- Carlos García-Crespo,
- Pilar Somovilla,
- Antoni Durán-Pastor,
- Isabel Gallego,
- Ana Isabel de Ávila,
- Soledad Delgado,
- Federico Morán,
- Cecilio López-Galíndez,
- Jordi Gómez,
- Luis Enjuanes,
- Llanos Salar-Vidal,
- Mario Esteban-Muñoz,
- Jaime Esteban,
- Ricardo Fernández-Roblas,
- Ignacio Gadea,
- Carmen Ayuso,
- Javier Ruíz-Hornillos,
- Nuria Verdaguer,
- Esteban Domingo,
- Celia Perales
Affiliations
- Brenda Martínez-González
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- María Eugenia Soria
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Lucía Vázquez-Sirvent
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Cristina Ferrer-Orta
- Structural Biology Department, Institut de Biología Molecular de Barcelona CSIC, 08028 Barcelona, Spain
- Rebeca Lobo-Vega
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Pablo Mínguez
- Department of Genetics & Genomics, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Lorena de la Fuente
- Department of Genetics & Genomics, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Carlos Llorens
- Biotechvana, “Scientific Park”, Universidad de Valencia, 46980 Valencia, Spain
- Beatriz Soriano
- Biotechvana, “Scientific Park”, Universidad de Valencia, 46980 Valencia, Spain
- Ricardo Ramos-Ruíz
- Unidad de Genómica, “Scientific Park of Madrid”, Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Marta Cortón
- Department of Genetics & Genomics, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Rosario López-Rodríguez
- Department of Genetics & Genomics, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Carlos García-Crespo
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Pilar Somovilla
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Antoni Durán-Pastor
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Isabel Gallego
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Ana Isabel de Ávila
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Soledad Delgado
- Departamento de Sistemas Informáticos, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sistemas Informáticos (ETSISI), Universidad Politécnica de Madrid, 28031 Madrid, Spain
- Federico Morán
- Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Universidad Complutense de Madrid, 28005 Madrid, Spain
- Cecilio López-Galíndez
- Unidad de Virología Molecular, Laboratorio de Referencia e Investigación en Retrovirus, Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, Majadahonda, 28222 Madrid, Spain
- Jordi Gómez
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Hepáticas y Digestivas (CIBERehd), Instituto de Salud Carlos III, 28029 Madrid, Spain
- Luis Enjuanes
- Department of Molecular and Cell Biology, Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Llanos Salar-Vidal
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Mario Esteban-Muñoz
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Jaime Esteban
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Ricardo Fernández-Roblas
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Ignacio Gadea
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Carmen Ayuso
- Department of Genetics & Genomics, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- Javier Ruíz-Hornillos
- Allergy Unit, Hospital Infanta Elena, Valdemoro, 28342 Madrid, Spain
- Nuria Verdaguer
- Structural Biology Department, Institut de Biología Molecular de Barcelona CSIC, 08028 Barcelona, Spain
- Esteban Domingo
- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
- Celia Perales
- Department of Clinical Microbiology, Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz University Hospital, Universidad Autónoma de Madrid (IIS-FJD, UAM), Av. Reyes Católicos 2, 28040 Madrid, Spain
- DOI
- https://doi.org/10.3390/pathogens11060662
- Journal volume & issue
-
Vol. 11,
no. 6
p. 662
Abstract
Populations of RNA viruses are composed of complex and dynamic mixtures of variant genomes that are termed mutant spectra or mutant clouds. This applies also to SARS-CoV-2, and mutations that are detected at low frequency in an infected individual can be dominant (represented in the consensus sequence) in subsequent variants of interest or variants of concern. Here we briefly review the main conclusions of our work on mutant spectrum characterization of hepatitis C virus (HCV) and SARS-CoV-2 at the nucleotide and amino acid levels and address the following two new questions derived from previous results: (i) how is the SARS-CoV-2 mutant and deletion spectrum composition in diagnostic samples, when examined at progressively lower cut-off mutant frequency values in ultra-deep sequencing; (ii) how the frequency distribution of minority amino acid substitutions in SARS-CoV-2 compares with that of HCV sampled also from infected patients. The main conclusions are the following: (i) the number of different mutations found at low frequency in SARS-CoV-2 mutant spectra increases dramatically (50- to 100-fold) as the cut-off frequency for mutation detection is lowered from 0.5% to 0.1%, and (ii) that, contrary to HCV, SARS-CoV-2 mutant spectra exhibit a deficit of intermediate frequency amino acid substitutions. The possible origin and implications of mutant spectrum differences among RNA viruses are discussed.
Keywords