In silico prediction of COVID-19 test efficiency with DinoKnot
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a novel coronavirus spreading across the world causing the disease COVID-19. The diagnosis of COVID-19 is done by quantitative reverse-transcription polymer chain reaction (qRT-PCR) testing which utilizes different primer-probe sets depending on the assay used. Using in silico analysis we aimed to determine how the secondary structure of the SARS-CoV-2 RNA genome affects the interaction between the reverse primer during qRT-PCR and how it relates to the experimental primer-probe test efficiencies. We introduce the program DinoKnot (Duplex Interaction of Nucleic acids with pseudoKnots) that follows the hierarchical folding hypothesis to predict the secondary structure of two interacting nucleic acid strands (DNA/RNA) of similar or different type. DinoKnot is the first program that utilizes stable stems in both strands as a guide to find the structure of their interaction. Using DinoKnot we predicted the interaction of the reverse primers used in four common COVID-19 qRT-PCR tests with the SARS-CoV-2 RNA genome. In addition, we predicted how 12 mutations in the primer/probe binding region may affect the primer/probe ability and subsequent SARS-CoV-2 detection. While we found all reverse primers are capable of interacting with their target area, we identified partial mismatching between the SARS-CoV-2 genome and some reverse primers. We predicted three mutations that may prevent primer binding, reducing the ability for SARS-CoV-2 detection. We believe our contributions can aid in the design of a more sensitive SARS-CoV-2 test. Author summary The current testing for the disease COVID-19 that is caused by the novel cornonavirus SARS-CoV-2 uses oligonucleotides called primers that bind to specific target regions on the SARS-CoV-2 genome to detect the virus. Our goal was to use computational tools to predict how the structure of the SARS-CoV-2 RNA genome affects the ability of the primers to bind to their target region. We introduce the program DinoKnot (Duplex interaction of nucleic acids with pseudoknots) that is able to predict the interactions between two DNA or RNA molecules. We used DinoKnot to predict the efficiency of four common COVID-19 tests, and the effect of mutations in the SARS-CoV-2 virus on ability of the COVID-19 tests in detecting those strains. We predict partial mismatching between some primers and the SARS-CoV-2 genome but that all primers are capable of interacting with their target areas. We also predict three mutations that prevent primer binding and thus SARS-CoV-2 detection. We discuss the limitations of the current COVID-19 testing and suggest the design of a more sensitive COVID-19 test that can be aided by our findings.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».