Унификация молекулярноэпидемиологических исследований клещевого энцефалита

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вопросы вирусологии. 2016; 61: 89-95

Унификация молекулярноэпидемиологических исследований клещевого энцефалита

Ковалев С. Ю., Мухачева Т. А.

https://doi.org/10.18821/0507-4088-2016-61-2-89-95

Аннотация

Применение молекулярно-генетических методов и подходов в эпидемиологических исследованиях стало настоящим прорывом в понимании закономерностей, путей и механизмов распространения возбудителей инфекций. Однако отсутствие стандартных методов исследования приводит к несопоставимости форматов полученных результатов. В целях унификации методов предлагается выбрать один фрагмент вирусного генома, секвенирование которого было бы необходимым и достаточным условием для проведения молекулярно-эпидемиологических исследований клещевого энцефалита (КЭ). Кандидатом на эту роль может быть фрагмент гена Е длиной 454 нуклеотидов, представленный наибольшим количеством последовательностей в базе данных GenBank. Кроме того, на основе кодируемой этим фрагментом аминокислотной последовательности была разработана система дифференциации вируса КЭ (ВКЭ) на структурные единицы – кластероны (Kovalev s., Mukhacheva T., 2013). На примере природных очагов Среднего Урала была показана информативность кластеронного подхода к изучению генетической структуры популяции ВКЭ-Сиб. Каждый очаг КЭ оказался уникальным как по количественному, так и по качественному составу кластеронов. При этом наибольшее их разнообразие наблюдалось на юге Среднего Урала в зоне Транссибирского пути, что отражает историю колонизации этой территории, тесным образом связанную с дорогами из Сибири в европейскую часть России. Было выявлено три кластерона возрастом не более 50 лет, присутствие которых может свидетельствовать об активном эволюционном процессе в популяциях ВКЭ-Сиб. В свою очередь тип их территориального распределения указывает на решающую роль антропогенного фактора в распространении ВКЭ (Kovalev s., Mukhacheva T., 2014). Кластеронный подход позволяет учесть не только генетическую, но и фенотипическую изменчивость вируса и должен рассматриваться скорее в качестве дополнения, а не альтернативы филогенетическому анализу. Помимо научного, предлагаемый подход может иметь и прикладное значение, например использоваться региональными службами Роспотребнадзора для эпидемиологического мониторинга КЭ. Унификация исследований на основе одного стандартного генетического маркера позволит объединить усилия исследователей из разных регионов России и других стран в изучении КЭ.

Список литературы

1. Schulte P.A., Perera F.P. Molecular Epidemiology: Principles and Practices. Orlando, FL: Academic Press. 1993.

2. Mandl C.W., Kroschewski H., Allison S.L., Kofler R., Holzmann H., Meixner T.et al. Adaptation of tick-borne encephalitis virus to BHK21 cells results in the formation of multiple heparan sulfate binding sites in the envelope protein and attenuation in vivo. J. Virol. 2001; 75 (12): 5627–37.

3. Romanova L., Gmyl A.P., Dzhivanian T.I., Bakhmutov D.V., Lukashev A.N., Gmyl L.V. et al. Microevolution of tick-borne encephalitis virus in course of host alternation. Virology. 2007; 362 (1): 75–84.

4. Chan M.S., Maiden M.C., Spratt B.G. Database-driven multi locus sequence typing (MLST) of bacterial pathogens. Bioinformatics. 2001; 17 (11): 1077–83.

5. Perez-Losada M., Browne E.B., Madsen A., Wirth T., Viscidi R.P., Crandall K.A. Population genetics of microbial pathogens estimated from multilocus sequence typing (MLST) data. Infect. Genet. Evol. 2006; 6 (2): 97–112.

6. Kovalev S.Y., Mukhacheva T.A. Clusteron structure of tick-borne encephalitis virus populations. Infect. Genet Evol. 2013; 14:22–8.

7. Kovalev S.Y., Mukhacheva T.A. Clusterons as a Tool for Monitoring Populations of Tick-Borne Encephalitis Virus. J. Med. Virol. 2014; 86 (2):283–9.

8. Kovalev S.Y., Chernykh D.N., Kokorev V.S., Snitkovskaya T.E., Romanenko V.V. Origin and distribution of tick-borne encephalitis virus strains of the Siberian subtype in the Middle Urals, the northwest of Russia and the Baltic countries. J. Gen. Virol. 2009; 90 (Pt. 12): 2884–92.

9. Roehrig J.T. Antigenic structure of flavivirus proteins. Adv. Virus Res. 2003; 59: 141–75.

10. Zanotto P.M., Gao G.F., Gritsun T., Marin M.S., Jiang W.R., Venugopal K.et al. An arbovirus cline across the northern hemisphere. Virology. 1995; 210 (1): 152–9.

11. McGuire K., Holmes E.C., Gao G.F., Reid H.W., Gould E.A. Tracing the origins of louping ill virus by molecular phylogenetic analysis. J. Gen. Virol. 1998; 79 (Pt. 5): 981–8.

12. Gao G.F., Hussain M.H., Reid H.W., Gould E.A. Classification of a new member of the TBE flavivirus subgroup by its immunological, pathogenetic and molecular characteristics: identification of subgroup-specific pentapeptides. Virus Res. 1993; 30 (2): 129–44.

13. Mandl C.W., Holzmann H., Kunz C., Heinz F.X. Complete genomic sequence of Powassan virus: evaluation of genetic elements in tickborne versus mosquito-borne flaviviruses. Virology. 1993; 194 (1): 173–84.

14. Marin M.S., Zanotto P.M., Gritsun T.S., Gould E.A. Phylogeny of TYU, SRE, and CFA virus: different evolutionary rates in the genus Flavivirus. Virology. 1995; 206 (2): 1133–9.

15. Suzuki Y. Multiple transmissions of tick-borne encephalitis virus between Japan and Russia. Genes Genet. Syst. 2007; 82 (3): 187–95.

16. Zanotto P.M., Gould E.A., Gao G.F., Harvey P.H., Holmes E.C. Population dynamics of flaviviruses revealed by molecular phylogenies. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 1996; 93 (2): 548–53.

17. Weidmann M., Ruzek D., Krivanec K., Zoller G., Essbauer S., Pfeffer M. et al. Relation of genetic phylogeny and geographical distance of tick-borne encephalitis virus in central Europe. J. Gen. Virol. 2011; 92 (Pt. 8): 1906–16.

18. Ecker M., Allison S.L., Meixner T., Heinz F.X. Sequence analysis and genetic classification of tick-borne encephalitis viruses from Europe and Asia. J. Gen. Virol. 1999; 80 (Pt. 1): 179–85.

19. Golovljova I., Katargina O., Geller J., Tallo T., Mittzenkov V., Vene S.et al. Unique signature amino acid substitution in Baltic tick-borne encephalitis virus (TBEV) strains within the Siberian TBEV subtype. Int. J. Med. Microbiol. 2008; 298 (S. 1): 108–20.

20. Карань Л.С., Погодина В.В., Фролова Т.В., Платонов А.Е. Генетические различия восточно-европейской азиатской популяции вируса клещевого энцефалита сибирского подтипа. Бюллетень сибирской медицины. 2006; 5: 24–7.

21. Bandelt H.J., Forster P., Rohl A. Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies. Mol. Biol. Evol. 1999; 16 (1): 37–48.

22. Шелкова Е.С., Ковтун О.П., Романенко В.В. Клинико-эпидемиологические особенности клещевого энцефалита в Свердловской области в периоде массовой иммунизации. Неврологический вестник. 2007; 39 (1): 75–9.

Problems of Virology. 2016; 61: 89-95

Unification of the molecular epidemiological research of the tick-borne encephalitis

Kovalev S. Y., Mukhacheva T. A.

https://doi.org/10.18821/0507-4088-2016-61-2-89-95

Abstract

Molecular genetic techniques and approaches in epidemiological studies were breakthrough in the understanding of the laws, ways, and mechanisms of the spread of the pathogens. However, lack of standard methods makes it difficult to compare results obtained by different scientific groups. In this work we propose to choose one fragment of the TBEV genome as a genetic marker whose sequencing would be both obligatory and sufficient for the molecular epidemiological studies. The best candidate for this purpose may be a fragment of the gene e of 454 nucleotides in length. The deduced amino acid sequence of this fragment was a basis for a new approach for the TBEV differentiation with clusteron being a structural unit (Kovalev and Mukhacheva, 2013). The clusteron approach was proved to be informative for studying the genetic structure of the TBEV-sib population in the Middle Urals. TBE foci were shown to be unique in both quantitative and qualitative composition of the clusterons. The greatest clusteron diversity in the south of the Middle Urals, through the Trans-siberian way, may reflect the history of the colonization, closely associated with the roads between siberia and the european part of Russia. The age of three clusterons did not exceed 50 years, which may indicate an ongoing evolutionary process taking place in the TBEV-sib populations. In turn, their spatial distribution indicates the crucial role of human factors in the spread of the TBEV (Kovalev & Mukhacheva, 2014). The clusteron approach provides formalization of ideas about the structure of the viral populations and could be used not only by researchers but also by epidemiological surveillance services. Unification of the studies of the TBEV on the basis of a standard genetic marker would consolidate the efforts of researchers from different regions of Russia and other countries.

References