Molecular and genetic characteristic of some Omicron variants of the SARS-CoV-2 virus and prospects for vaccine prevention of COVID-19

В.І. Задорожна; Н.П. Винник; А.П. Герілович

doi:10.31073/onehealthjournal2025-I-01

Автор(и)

В.І. Задорожна ДУ «Інститут епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л. В. Громашевського НАМН України», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-0917-2007
Н.П. Винник ДУ «Інститут епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л. В. Громашевського НАМН України», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-5608-005X
А.П. Герілович ПНУ "Науково-дослідний інститут єдиного здоров'я", Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-3280-4172

DOI:

https://doi.org/10.31073/onehealthjournal2025-I-01

Ключові слова:

COVID-19, SARS-CoV-2, варіант Omicron SARS-CoV-2, молекулярно-генетична характеристика, вакцини, імунний імпринтинг

Анотація

Емерджентний вірус SARS-CoV-2 за 5 років пройшов процес адаптації до організму людини як видового хазяїна та набув еволюційних змін, що наближають його за епідемічними та клінічними характеристиками до рутинних респіраторних вірусів. У роботі систематизовано інформацію щодо молекулярно-генетичної та антигенної характеристики варіантів вірусу SARS-CoV-2, категорій їх потенційної небезпеки з детальною характеристикою спайкових мутацій актуальних підваріантів вірусу Omicron (варіанти, що становлять інтерес (VOI) - BA.2.86, JN.1; варіанти, що потребують моніторингу (VUM) - JN.1.7, JN.1.18, KP.2, KP.3, KP.3.1.1, LB.1 і XEC) та деескалованих його субваріантів. Охарактеризовано вплив деяких мутацій або їх комбінацій на властивості вірусу. Оцінено теперішні тенденції поширеності пріоритетних варіантів Omicron VOI та VUM вірусу SARS-CoV-2 у світі та показано тенденцію швидкого зростання інтенсивності циркуляції варіантів KP.3.1.1 і XEC на тлі зниження циркуляції інших варіантів восени 2024 р. Розглянуто питання імунного імпринтингу для COVID-19, пов'язаного як з природним інфікуванням, так і з вакцинацією в залежності від варіантів вакцинного штаму. Надано характеристику вакцин проти COVID-19, що рекомендовані FDA для сезону 2024/2025 рр., із урахуванням технології виробництва, вакцинних штамів та призначення. На підставі аналізу теперішніх даних стосовно ефективності вакцин щодо ризиків інфікування, важкості перебігу хвороби та летальності наголошується на необхідності вакцинації осіб лише з груп ризику, тобто за медичними та віковими показами з метою зниження тяжкості клінічного перебігу захворювання та летальності. Однак ці вакцини за складом повинні відповідати епідемічно актуальним варіантам вірусу SARS-CoV-2.

Посилання

Worldometer (2024) COVID - Coronavirus Statistics. Last updated: April 13, 2024. – electronic source [https://www.worldometers.info/coronavirus/].

González-Vázquez, L. D., & Arenas, M. (2023). Molecular Evolution of SARS-CoV-2 during the COVID-19 Pandemic. Genes, 14(2), 407. https://doi.org/10.3390/genes14020407.

Zadorozhna V.I., Vynnyk N.P. (2020) Koronavirus 2019-nCOV: novi vyklyky okhoroni zdorov'ia ta liudstvu. Infektsiini khvoroby. – 2020; 1: 5–15. – Mode of access: Internet. – https://doi.org/10.11603/1681-2727.2020.1.11091 [in Ukrainian].

Zadorozhna V.I. (2021) Molekuliarno-epidemiolohichni aspekty SARS-CoV-2. Infektsiini khvoroby. 2021;1(103):32-44. DOI:10.11603/1681-2727.2021.1.11949 [in Ukrainian].

WHO (2023) Updated working definitions and primary actions for SARS-CoV-2 variants, 4 October 2023. – Mode of access: Internet. – file:///D:/Users/User/Downloads/annex1_updated_working_definitions_17-08-2023.pdf

ECDC (2023) ECDC SARS-CoV-2 variant classification criteria and recommended EU/EEA Member State actions. – Mode of access: Internet. – https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/ECDC%20SARS-CoV-2%20variant%20classification%20criteria%20and%20recommended%20Member%20State%20actions_1.pdf

ECDC (2022) Technical guidance for antigenic SARS-CoV-2 monitoring. June 2022. https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/Antigenic-SARS-CoV-2-monitoring-Joint-ECDC-WHO-report-June-2022.pdf

Liu, W., Huang, Z., Xiao, J., Wu, Y., Xia, N., & Yuan, Q. (2024). Evolution of the SARS-CoV-2 Omicron Variants: Genetic Impact on Viral Fitness. Viruses, 16(2), 184. https://doi.org/10.3390/v16020184.

ECDC (2024) SARS-CoV-2 variants of concern as of 26 July 2024. – Mode of access: Internet. –https://www.ecdc.europa.eu/en/covid-19/variants-concern.

WHO (2024) COVID-19 epidemiological update – 9 October 2024. Edition 172. – Mode of access: Internet. – https://www.who.int/publications/m/item/covid-19-epidemiological-update-edition-172.

WHO (2024) COVID-19 epidemiological update –6 November 2024. Edition 173. – Mode of access: Internet. –https://www.who.int/publications/m/item/covid-19-epidemiological-update-edition-173.

CDC (2024) SARS-CoV-2 Variant XEC Increases as KP.3.1.1 Slows. November 1, 2024. – Mode of access: Internet. –https://www.cdc.gov/ncird/whats-new/sars-cov-2-variant-xec-increases-as-kp-3-1-1-slows.html.

Uriu, K., Kaku, Y., Uwamino, Y., Fujiwara, H., Saito, F., Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, & Sato, K. (2024). Antiviral humoral immunity induced by JN.1 monovalent mRNA vaccines against SARS-CoV-2 omicron subvariants including JN.1, KP.3.1.1, and XEC. The Lancet. Infectious diseases, S1473-3099(24)00810-7. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(24)00810-7.

Hayles EH, Page AJ, Guitian J., Kingsley RA. (2024) Genomic Epidemiology of SARS-CoV-2 in Norfolk, UK, March 2020–December 2022. bioRxiv. Mode of access: Internet. Preprint doi: https://doi.org/10.1101/2024.09.05.611382

ECDC (2024) SARS-CoV-2 variants of concern as of 27 September 2024. – Mode of access: Internet. –https://www.ecdc.europa.eu/en/covid-19/variants-concern

Weng, S., Shang, J., Cheng, Y., Zhou, H., Ji, C., Yang, R., & Wu, A. (2022). Genetic differentiation and diversity of SARS-CoV-2 Omicron variant in its early outbreak. Biosafety and health, 4(3), 171–178. https://doi.org/10.1016/j.bsheal.2022.04.004.

Liu, Y., & Rocklöv, J. (2021). The reproductive number of the Delta variant of SARS-CoV-2 is far higher compared to the ancestral SARS-CoV-2 virus. Journal of travel medicine, 28(7), taab124. https://doi.org/10.1093/jtm/taab124

Earnest, R., Uddin, R., Matluk, N., Renzette, N., Siddle, K. J., Loreth, C., Adams, G., Tomkins-Tinch, C. H., Petrone, M. E., Rothman, J. E., Breban, M. I., Koch, R. T., Billig, K., Fauver, J. R., Vogels, C. B. F., Turbett, S., Bilguvar, K., De Kumar, B., Landry, M. L., Peaper, D. R., ... Grubaugh, N. D. (2021). Comparative transmissibility of SARS-CoV-2 variants Delta and Alpha in New England, USA. medRxiv : the preprint server for health sciences, 2021.10.06.21264641. https://doi.org/10.1101/2021.10.06.21264641

FDA. COVID-19 Vaccines for 2024-2025. – Mode of access: Internet. – https://www.fda.gov/emergency-preparedness-and-response/coronavirus-disease-2019-covid-19/covid-19-vaccines-2024-2025

HIGHLIGHTS OF PRESCRIBING INFORMATION. SPIKEVAX (COVID-19 Vaccine, mRNA). – Mode of access: Internet. –https://static.modernatx.com/pm/6cef78f8-8dad-4fc9-83d5-d2fbb7cff867/5efa7d9d-05e8-46b5-945a-637c2867bd00/5efa7d9d-05e8-46b5-945a-637c2867bd00_viewable_rendition__v.pdf

Kurhade, C., Zou, J., Xia, H., Liu, M., Chang, H. C., Ren, P., Xie, X., & Shi, P. Y. (2023). Low neutralization of SARS-CoV-2 Omicron BA.2.75.2, BQ.1.1 and XBB.1 by parental mRNA vaccine or a BA.5 bivalent booster. Nature medicine, 29(2), 344–347. https://doi.org/10.1038/s41591-022-02162-x

Uriu K, Kaku Y, Uwamino Y, Fujiwara H, Saito F; Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium; Sato K. Antiviral humoral immunity induced by JN.1 monovalent mRNA vaccines against SARS-CoV-2 omicron subvariants including JN.1, KP.3.1.1, and XEC. Lancet Infect Dis. 2024 Dec 10:S1473-3099(24)00810-7. doi: 10.1016/S1473-3099(24)00810-7. Epub ahead of print. PMID: 39672184.

Addetia, A., Piccoli, L., Case, J. B., Park, Y. J., Beltramello, M., Guarino, B., Dang, H., de Melo, G. D., Pinto, D., Sprouse, K., Scheaffer, S. M., Bassi, J., Silacci-Fregni, C., Muoio, F., Dini, M., Vincenzetti, L., Acosta, R., Johnson, D., Subramanian, S., Saliba, C., ... Veesler, D. (2023). Neutralization, effector function and immune imprinting of Omicron variants. Nature, 621(7979), 592–601. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06487-6

Faraone, J. N., & Liu, S. L. (2023). Immune imprinting as a barrier to effective COVID-19 vaccines. Cell reports. Medicine, 4(11), 101291. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2023.101291.

Huang, C. Q., Vishwanath, S., Carnell, G. W., Chan, A. C. Y., & Heeney, J. L. (2023). Immune imprinting and next-generation coronavirus vaccines. Nature microbiology, 8(11), 1971–1985. https://doi.org/10.1038/s41564-023-01505-9.

Koutsakos, M., & Ellebedy, A. H. (2023). Immunological imprinting: Understanding COVID-19. Immunity, 56(5), 909–913. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.04.012

Reynolds, C. J., Pade, C., Gibbons, J. M., Otter, A. D., Lin, K. M., Muñoz Sandoval, D., Pieper, F. P., Butler, D. K., Liu, S., Joy, G., Forooghi, N., Treibel, T. A., Manisty, C., Moon, J. C., COVIDsortium Investigators§, COVIDsortium Immune Correlates Network§, Semper, A., Brooks, T., McKnight, Á., Altmann, D. M., ... Moon, J. C. (2022). Immune boosting by B.1.1.529 (Omicron) depends on previous SARS-CoV-2 exposure. Science (New York, N.Y.), 377(6603), eabq1841. https://doi.org/10.1126/science.abq1841

Zhou, Z., Barrett, J., & He, X. (2023). Immune Imprinting and Implications for COVID-19. Vaccines, 11(4), 875. https://doi.org/10.3390/vaccines11040875

Chemaitelly, H., & Abu-Raddad, L. J. (2022). Waning effectiveness of COVID-19 vaccines. Lancet (London, England), 399(10327), 771–773. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(22)00277-X

Springer, D. N., Camp, J. V., Aberle, S. W., Deutsch, J., Lammel, O., Weseslindtner, L., Stiasny, K., & Aberle, J. H. (2024). Neutralization of SARS-CoV-2 Omicron XBB.1.5 and JN.1 variants after COVID-19 booster-vaccination and infection. Journal of medical virology, 96(7), e29801. https://doi.org/10.1002/jmv.29801

Zadorozhna V.I., Shahinian V.R., Serheieva T.A., Vynnyk N.P., Antoniak S.V. (2023) Vaktsynatsiia proty COVID-19 ta yii efektyvnist na riznykh etapakh pandemii. Preventyvna medytsyna. Teoriia i praktyka. 2(2). S. 14 – 23. https://preventmed.com.ua/2023/11/02/preventyvna-medyczyna-2-2-2023/ [in Ukrainian]