Вопросы вирусологии. 2021; 66: 310-321
Биологические свойства и филогенетические связи изолятов вируса клещевого энцефалита (Flaviviridae, Flavivirus) сибирского субтипа, выделенных на юге Восточной Сибири в современный период
https://doi.org/10.36233/0507-4088-55Аннотация
Введение. Вирус клещевого энцефалита (ВКЭ) – важнейший с медицинской точки зрения представитель одноимённой серогруппы рода Flavivirus семейства Flaviviridae. По мнению разных исследователей, существует от 3 до 5 субтипов ВКЭ, самым распространённым из которых является сибирский.
Цель работы – сравнение биологических свойств и выявление филогенетических связей большой группы изолятов ВКЭ сибирского субтипа, циркулирующего в природных очагах юга Восточной Сибири в современный период (2006–2019 гг.).
Материал и методы. Иксодовых клещей (Ixodidae) и мелких млекопитающих (Mammalia) из природных очагов клещевого энцефалита (КЭ) Иркутской области, Республики Бурятия и Республики Тыва, а также материал от пациентов исследовали на маркеры ВКЭ в иммуноферментном анализе (ИФА) и полимераз- ной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). Из суспензий, показавших положительные результаты, изолировали вирус и изучали его патогенность для белых мышей (Mus) (БМ) при разных путях введения. Анализ нуклеотидных последовательностей гена Е изолятов проводили на уровне 1 пассажа. Филогенетическое дерево строили в программе MEGA X.
Результаты. Филогенетический анализ показал, что в природных очагах на исследуемой территории циркулирует ВКЭ сибирского субтипа 2 генетических линий – «Васильченко» и «Заусаев» – со значительным преобладанием первой. Выявлены различия между группами штаммов разных линий по биологическим свойствам. Большинство штаммов обеих групп оказались высоковирулентными для БМ как при внутримозговом, так и при периферическом путях введения инфекционного агента. Пониженную нейроинвазивность продемонстрировали лишь 4 штамма. Вместе с тем филогенетический анализ последовательностей гена Е установил наличие связи штаммов с местом их изоляции, но не с хозяином или патогенностью для БМ.
Заключение. Дальнейшие работы по поиску участков генома ВКЭ, ассоциированных с патогенностью, требуют определения и изучения полногеномных последовательностей репрезентативной группы штаммов, обладающих разными биологическими свойствами.
Список литературы
1. Růžek D., Yoshii K., Bloom M.E., Gould E.A. Virology. Chapter 2a. In: Dobler G., Erber W., Bröker M., Schmitt H.J., eds. The TBE Book. Singapore: Global Health Press; 2019. https://doi.org/10.33442/978-981-14-0914-1_2a
2. Demina T.V., Dzhioev Yu.P., Verkhozina M.M., Kozlova I.V., Tkachev S.E., Plyusnin A., et al. Genotyping and characterization of the geographical distribution of tick-borne encephalitis virus variants with a set of molecular probes. J. Med. Virol. 2010; 82(6): 965–76. https://doi.org/10.1002/jmv.21765
3. Kovalev S.Y., Mukhacheva T.A. Reconsidering the classification of tick-borne encephalitis virus within the Siberian subtype gives new insights into its evolutionary history. Infect. Genet. Evol. 2017; 55: 159–65. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2017.09.014
4. Adelshin R.V., Sidorova E.A., Bondaryuk A.N., Trukhina A.G., Sherbakov D.Y., White III R.A., et al. “886-84-like” tick-borne encephalitis virus strains: Intraspecific status elucidated by comparative genomics. Ticks Tick Borne Dis. 2019; 10(5): 1168–72. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2019.06.006
5. Dai X., Shang G., Lu S., Yang J., Xu J. A new subtype of eastern tick-borne encephalitis virus discovered in Qinghai-Tibet Plateau, China. Emerg. Microbes. Infect. 2018; 7(1): 74. https://doi.org/10.1038/s41426-018-0081-6
6. Tkachev S.E., Chicherina G.S., Golovljova I., Belokopytova P.S., Tikunov A.Y., Zadora O.V., et al. New genetic lineage within the Siberian subtype of tick-borne encephalitis virus found in Western Siberia, Russia. Infect. Genet. Evol. 2017; 56: 36–43. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2017.10.020
7. Tkachev S.E., Babkin I.V., Chicherina G.S., Kozlova I.V., Verkhozina M.M., Demina T.V., et al. Genetic diversity and geographical distribution of the Siberian subtype of the tick-borne encephalitis virus. Ticks Tick Borne Dis. 2020; 11(2): 101327. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2019
8. Карань Л.С., Погодина В.В., Колясникова Н.М., Левина Л.С., Герасимов С.Г., Маленко Г.В., и др. Сибирский подтип вируса клещевого энцефалита, доминирующий на территории России. Генетические кластеры. Медицинская вирусология. 2013; 27(1): 87.
9. Сидорова Е.А., Адельшин Р.В., Мельникова О.В., Борисова Т.И., Андаев Е.И. Анализ полипротеина штаммов вируса клещевого энцефалита, выделенных в 60-х годах ХХ века и в со- временный период на территории Забайкалья и Прибайкалья. В кн.: Покровский В.И., ред. Молекулярная диагностика. Сборник трудов. Том 2. Тамбов: Юлис; 2017: 207–8.
10. Погодина В.В., Фролова М.П., Ерман Б.А. Хронический клещевой энцефалит. Этиология, иммунология, патогенез. Новосибирск: Наука; 1986.
11. Gritsun T.S., Frolova T.V., Zhankov A.I., Armesto M., Turner S.L., Frolova M.P., et al. Characterization of a Siberian virus isolated from a patient with progressive chronic tick-borne encephalitis. J. Virol. 2003; 77(1): 25–36. https://doi.org/10.1128/jvi.77.1.25-36.2003
12. Конькова-Рейдман А.Б., Злобин В.И. Патоморфоз клещевого энцефалита на Южном Урале: современное состояние проблемы. Инфекционные болезни. 2016; 14(S1): 141.
13. Погодина В.В., Карань Л.С., Колясникова Н.М., Левина Л.С., Маленко Г.В., Гамова Е.Г., и др. Эволюция клещевого энцефалита и проблема эволюции возбудителя. Вопросы вирусологии. 2007; 52(5): 16–21.
14. Козлова И.В., Верхозина М.М., Дорощенко Е.К., Лисак О.В., Карань Л.С., Ткачев С.Е., и др. Результаты генотипирования штаммов и изолятов РНК вируса клещевого энцефалита, выделенных от больных людей в Иркутской области и Республике Бурятия. В кн.: Покровский В.И., ред. Молекулярная диагностика. Том 1. М.: МБА; 2014; (1): 520–1.
15. Мейхи Б., ред. Вирусология. Методы. Пер. с англ. Москва: Мир; 1988.
16. Якименко В.В., Дрокин Д.А., Калмин О.Б., Богданов И.И., Иванов Д.И. К вопросу о влиянии host-эффекта на штаммовую изменчивость вируса клещевого энцефалита. Вопросы вирусологии. 1996; 41(3): 112–7.
17. Adelshin R.V., Melnikova O.V., Karan L.S., Andaev E.I., Balakhonov S.V. Complete genome sequences of four European subtype strains of tick-borne encephalitis virus from Eastern Siberia, Russia. Genome Announc. 2015; 3(3): e00609–15. https://doi.org/10.1128/genomea.00609-15
18. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Пер. с англ. Москва: Мир; 1984.
19. Hall T.A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 1999; (41): 95–8.
20. Kalyaanamoorthy S., Minh B.Q., Wong T.K.F., von Haeseler A., Jermiin L.S. ModelFinder: Fast model selection for accurate phylogenetic estimates. Nat. Methods. 2017; 14(6): 587–9. https://doi.org/10.1038/nmeth.4285
21. Nguyen L.T., Schmidt H.A., von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: A fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum likelihood phylogenies. Mol. Biol. Evol. 2015; 32(1): 268–74. https://doi.org/10.1093/molbev/msu300
22. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol. 2018; 35(6): 1547–9. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
23. Закс Л. Статистическое оценивание. Пер. с нем. Москва: Статистика; 1976.
24. Pogodina V.V., Savinov А.P. Variation in the pathogenicity of viruses of the tick-borne encephalitis complex for different animal species. I. Experimental infection of mice and hamsters. Acta Virol. 1964; 8: 424–34.
25. Леонова Г.Н., Мураткина С.М., Кругляк С.П. Изучение вирулентности штаммов вируса клещевого энцефалита, изолированных на юге советского Дальнего Востока. Вопросы вирусологии. 1990; 35(5): 399–401.
26. Kurhade C., Schreier S., Lee Y.P., Zegenhagen L., Hjertqvist M., Dobler G., et al. Correlation of severity of human tick-borne encephalitis virus disease and pathogenicity in mice. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(9): 1709–12. https://doi.org/10.3201/eid2409.171825
27. Злобин В.И., Горин О.З. Клещевой энцефалит: Этиология. Эпидемиология и профилактика в Сибири. Новосибирск: Наука; 1996.
28. Saksida A., Jakopin N., Jelovšek M., Knap N., Fajs L., Lusa L., et al. Virus RNA load in patients with tick-borne encephalitis, Slovenia. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(7): 1315–23. https://dx.doi.org/10.3201/eid2407.180059
29. Fajs L., Durmiši E., Knap N., Strle F., Avšič-Županc T. Phylogeographic characterization of tick-borne encephalitis virus from patients, rodents and ticks in Slovenia. PLoS One. 2012; 7(11): e48420. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0048420
30. Belikov S.I., Kondratov I.G., Potapova U.V., Leonova G.N. The relationship between the structure of the tick-borne encephalitis virus strains and their pathogenic properties. PLoS One. 2014; 9(4): e94946. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0094946
31. Muto M., Bazartseren B., Tsevel B., Dashzevge E., Yoshii K., Kariwa H. Isolation and characterization of tick-borne encephalitis virus from Ixodes persulcatus in Mongolia in 2012. Ticks Tick Borne Dis. 2015; 6(5): 623–9. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2015.05.006
Problems of Virology. 2021; 66: 310-321
Biological properties and phylogenetic relationships of tick-borne encephalitis virus (Flaviviridae, Flavivirus) isolates of siberian subtype isolated in the south of East siberia in modern period
https://doi.org/10.36233/0507-4088-55Abstract
Introduction. Tick-borne encephalitis virus (TBEV) is medically most important representative of the same-name serogroup of genus Flavivirus (Flaviviridae). In the view of various researchers there are 3 to 5 TBEV subtypes, of them siberian being the most prevalent. The aim of the work is to compare the biological properties and to reveal phylogenetic relationships of large group of modern (2006–2019) TBEV isolates of siberian subtype from natural foci in southern East Siberia.
Material and methods. Ixodid ticks (Ixodidae) and small mammals (Mammalia) from tick-borne encephalitis (TBE) natural foci in Irkutsk Region, Republic of Buryatia and Republic of Tuva, as well as specimens from TBE patients, were examined for TBEV markers using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Virus was isolated from suspensions with positive result, and its pathogenicity for white mice (Mus) (WM) was studied by different inoculation ways. Analysis of the nucleotide sequences of E gene was performed for isolates at 1st passage. Phylogenetic tree was constructed using MEGA X program.
Results. The phylogenetic analysis has shown that TBEV of siberian subtype that circulates in natural foci of the studied territory belong to two genetic lines. These lines are «Vasilchenko» and «Zausaev» with a strong predominance of the first. The differences in biological properties between the two groups of strains have been demonstrated. Most of the strains from both groups showed high virulence for WM both after intracerebral and subcutaneous inoculation. Only four strains demonstrated the reduced ability to overcome the blood-brain barrier. However, the analysis of the E protein coding sequences revealed evident correlation between phylogenetic clustering and geographical origin of isolates, but not with TBE host or pathogenicity for WM.
Conclusion. Further search for TBE genome regions associated with pathogenicity require the analysis of complete genome sequences of representative group of strains with different biological properties.
References
1. Růžek D., Yoshii K., Bloom M.E., Gould E.A. Virology. Chapter 2a. In: Dobler G., Erber W., Bröker M., Schmitt H.J., eds. The TBE Book. Singapore: Global Health Press; 2019. https://doi.org/10.33442/978-981-14-0914-1_2a
2. Demina T.V., Dzhioev Yu.P., Verkhozina M.M., Kozlova I.V., Tkachev S.E., Plyusnin A., et al. Genotyping and characterization of the geographical distribution of tick-borne encephalitis virus variants with a set of molecular probes. J. Med. Virol. 2010; 82(6): 965–76. https://doi.org/10.1002/jmv.21765
3. Kovalev S.Y., Mukhacheva T.A. Reconsidering the classification of tick-borne encephalitis virus within the Siberian subtype gives new insights into its evolutionary history. Infect. Genet. Evol. 2017; 55: 159–65. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2017.09.014
4. Adelshin R.V., Sidorova E.A., Bondaryuk A.N., Trukhina A.G., Sherbakov D.Y., White III R.A., et al. “886-84-like” tick-borne encephalitis virus strains: Intraspecific status elucidated by comparative genomics. Ticks Tick Borne Dis. 2019; 10(5): 1168–72. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2019.06.006
5. Dai X., Shang G., Lu S., Yang J., Xu J. A new subtype of eastern tick-borne encephalitis virus discovered in Qinghai-Tibet Plateau, China. Emerg. Microbes. Infect. 2018; 7(1): 74. https://doi.org/10.1038/s41426-018-0081-6
6. Tkachev S.E., Chicherina G.S., Golovljova I., Belokopytova P.S., Tikunov A.Y., Zadora O.V., et al. New genetic lineage within the Siberian subtype of tick-borne encephalitis virus found in Western Siberia, Russia. Infect. Genet. Evol. 2017; 56: 36–43. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2017.10.020
7. Tkachev S.E., Babkin I.V., Chicherina G.S., Kozlova I.V., Verkhozina M.M., Demina T.V., et al. Genetic diversity and geographical distribution of the Siberian subtype of the tick-borne encephalitis virus. Ticks Tick Borne Dis. 2020; 11(2): 101327. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2019
8. Karan' L.S., Pogodina V.V., Kolyasnikova N.M., Levina L.S., Gerasimov S.G., Malenko G.V., i dr. Sibirskii podtip virusa kleshchevogo entsefalita, dominiruyushchii na territorii Rossii. Geneticheskie klastery. Meditsinskaya virusologiya. 2013; 27(1): 87.
9. Sidorova E.A., Adel'shin R.V., Mel'nikova O.V., Borisova T.I., Andaev E.I. Analiz poliproteina shtammov virusa kleshchevogo entsefalita, vydelennykh v 60-kh godakh KhKh veka i v so- vremennyi period na territorii Zabaikal'ya i Pribaikal'ya. V kn.: Pokrovskii V.I., red. Molekulyarnaya diagnostika. Sbornik trudov. Tom 2. Tambov: Yulis; 2017: 207–8.
10. Pogodina V.V., Frolova M.P., Erman B.A. Khronicheskii kleshchevoi entsefalit. Etiologiya, immunologiya, patogenez. Novosibirsk: Nauka; 1986.
11. Gritsun T.S., Frolova T.V., Zhankov A.I., Armesto M., Turner S.L., Frolova M.P., et al. Characterization of a Siberian virus isolated from a patient with progressive chronic tick-borne encephalitis. J. Virol. 2003; 77(1): 25–36. https://doi.org/10.1128/jvi.77.1.25-36.2003
12. Kon'kova-Reidman A.B., Zlobin V.I. Patomorfoz kleshchevogo entsefalita na Yuzhnom Urale: sovremennoe sostoyanie problemy. Infektsionnye bolezni. 2016; 14(S1): 141.
13. Pogodina V.V., Karan' L.S., Kolyasnikova N.M., Levina L.S., Malenko G.V., Gamova E.G., i dr. Evolyutsiya kleshchevogo entsefalita i problema evolyutsii vozbuditelya. Voprosy virusologii. 2007; 52(5): 16–21.
14. Kozlova I.V., Verkhozina M.M., Doroshchenko E.K., Lisak O.V., Karan' L.S., Tkachev S.E., i dr. Rezul'taty genotipirovaniya shtammov i izolyatov RNK virusa kleshchevogo entsefalita, vydelennykh ot bol'nykh lyudei v Irkutskoi oblasti i Respublike Buryatiya. V kn.: Pokrovskii V.I., red. Molekulyarnaya diagnostika. Tom 1. M.: MBA; 2014; (1): 520–1.
15. Meikhi B., red. Virusologiya. Metody. Per. s angl. Moskva: Mir; 1988.
16. Yakimenko V.V., Drokin D.A., Kalmin O.B., Bogdanov I.I., Ivanov D.I. K voprosu o vliyanii host-effekta na shtammovuyu izmenchivost' virusa kleshchevogo entsefalita. Voprosy virusologii. 1996; 41(3): 112–7.
17. Adelshin R.V., Melnikova O.V., Karan L.S., Andaev E.I., Balakhonov S.V. Complete genome sequences of four European subtype strains of tick-borne encephalitis virus from Eastern Siberia, Russia. Genome Announc. 2015; 3(3): e00609–15. https://doi.org/10.1128/genomea.00609-15
18. Maniatis T., Frich E., Sembruk Dzh. Metody geneticheskoi inzhenerii. Molekulyarnoe klonirovanie. Per. s angl. Moskva: Mir; 1984.
19. Hall T.A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 1999; (41): 95–8.
20. Kalyaanamoorthy S., Minh B.Q., Wong T.K.F., von Haeseler A., Jermiin L.S. ModelFinder: Fast model selection for accurate phylogenetic estimates. Nat. Methods. 2017; 14(6): 587–9. https://doi.org/10.1038/nmeth.4285
21. Nguyen L.T., Schmidt H.A., von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: A fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum likelihood phylogenies. Mol. Biol. Evol. 2015; 32(1): 268–74. https://doi.org/10.1093/molbev/msu300
22. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol. 2018; 35(6): 1547–9. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
23. Zaks L. Statisticheskoe otsenivanie. Per. s nem. Moskva: Statistika; 1976.
24. Pogodina V.V., Savinov A.P. Variation in the pathogenicity of viruses of the tick-borne encephalitis complex for different animal species. I. Experimental infection of mice and hamsters. Acta Virol. 1964; 8: 424–34.
25. Leonova G.N., Muratkina S.M., Kruglyak S.P. Izuchenie virulentnosti shtammov virusa kleshchevogo entsefalita, izolirovannykh na yuge sovetskogo Dal'nego Vostoka. Voprosy virusologii. 1990; 35(5): 399–401.
26. Kurhade C., Schreier S., Lee Y.P., Zegenhagen L., Hjertqvist M., Dobler G., et al. Correlation of severity of human tick-borne encephalitis virus disease and pathogenicity in mice. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(9): 1709–12. https://doi.org/10.3201/eid2409.171825
27. Zlobin V.I., Gorin O.Z. Kleshchevoi entsefalit: Etiologiya. Epidemiologiya i profilaktika v Sibiri. Novosibirsk: Nauka; 1996.
28. Saksida A., Jakopin N., Jelovšek M., Knap N., Fajs L., Lusa L., et al. Virus RNA load in patients with tick-borne encephalitis, Slovenia. Emerg. Infect. Dis. 2018; 24(7): 1315–23. https://dx.doi.org/10.3201/eid2407.180059
29. Fajs L., Durmiši E., Knap N., Strle F., Avšič-Županc T. Phylogeographic characterization of tick-borne encephalitis virus from patients, rodents and ticks in Slovenia. PLoS One. 2012; 7(11): e48420. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0048420
30. Belikov S.I., Kondratov I.G., Potapova U.V., Leonova G.N. The relationship between the structure of the tick-borne encephalitis virus strains and their pathogenic properties. PLoS One. 2014; 9(4): e94946. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0094946
31. Muto M., Bazartseren B., Tsevel B., Dashzevge E., Yoshii K., Kariwa H. Isolation and characterization of tick-borne encephalitis virus from Ixodes persulcatus in Mongolia in 2012. Ticks Tick Borne Dis. 2015; 6(5): 623–9. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2015.05.006
