Анализ изменений в геноме вируса омской геморрагической лихорадки (Flaviviridae: Orthoflavivirus) при лабораторных практиках сохранения вируса
- Авторы: Тюлько Ж.С.1,2, Фадеев А.В.3, Василенко А.Г.1, Градобоева Е.А.1, Якименко В.В.1, Комиссаров А.Б.3
-
Учреждения:
- ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора
- ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России
- ФГБУ «Научно-исследовательский институт гриппа им. А.А. Смородинцева» Минздрава России
- Выпуск: Том 69, № 6 (2024)
- Страницы: 509-523
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- URL: https://journals.rcsi.science/0507-4088/article/view/277913
- DOI: https://doi.org/10.36233/0507-4088-266
- EDN: https://elibrary.ru/zfqkev
- ID: 277913
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Омская геморрагическая лихорадка (ОГЛ) ‒ тяжелое заболевание, выявленное в России в 1940-х гг. в Западной Сибири. Вызывается вирусом ОГЛ, относящимся к роду Orthoflavivirus.
Цель работы. Анализ изменений в геноме, связанных с изоляцией штаммов вируса ОГЛ, на лабораторных животных (белых мышах).
Материалы и методы. Использованы полногеномные нуклеотидные последовательности штаммов вируса ОГЛ из рабочей коллекции лаборатории арбовирусных инфекций отдела ПОВИ ФБУН «Омский НИИ природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора, а также последовательности из GenBank. Оценку изменений в геноме вируса ОГЛ осуществляли при помощи методов дискриминантного анализа, анализируя состав и локализацию появляющихся точечных замен в последовательностях вирусной РНК, полученных при адаптации вирусов к организму мыши в результате пассирования. Связанные нуклеотидные замены выявляли при вычислении взаимной информации для каждой пары столбцов в массиве выровненных нуклеотидных последовательностей. При филогенетическом анализе применяли алгоритм нестрогих (ослабленных) часов программы BEAST.
Результаты. Показано, что точечные замены в случае пассирования в организме мыши возникают во всех частях генома вирусов ОГЛ. Причем многие из них входят в схему связанных замен, выявленную в геноме ОГЛ. Дискриминантный анализ различий в точечных нуклеотидных заменах для групп, объединяющих последовательности по числу пассажей, не позволяет надежно разделять последовательности, полученные из первичного материала (мозга ондатры), и последовательности первых пассажей, но хорошо распознает последовательности, прошедшие 7 и более пассажей, что предполагает возможность адаптивного отбора нуклеотидных замен при взаимодействии с организмом лабораторного хозяина ‒ белой мыши. Расчет средней скорости возникновения замен на сайт в год без учета возникновения адаптационных и связанных замен дает значение 10−5, что почти на порядок отличается от результата, учитывающего их наличие ‒ 10−4.
Заключение. Изменения в нуклеотидных последовательностях ОГЛ, которые возникают при лабораторных практиках сохранения вируса, могут влиять на определяемые значения скорости эволюции при анализе этих последовательностей и требуют дальнейшего изучения.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Жанна Сергеевна Тюлько
ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора; ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: tjs@omsk-osma.ru
ORCID iD: 0000-0001-8536-0520
старший научный сотрудник ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора; доцент кафедры физики, математики, медицинской информатики ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия, Омск; ОмскАртем Викторович Фадеев
ФГБУ «Научно-исследовательский институт гриппа им. А.А. Смородинцева» Минздрава России
Email: afadeew@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3558-3261
старший научный сотрудник
Россия, Санкт-ПетербургАлексей Геннадьевич Василенко
ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора
Email: Vasilenko_AG@oniipi.org
ORCID iD: 0000-0002-2754-6359
научный сотрудник, врач-эпидемиолог
Россия, ОмскЕкатерина Алексеевна Градобоева
ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора
Email: Gradoboeva_EA@oniipi.org
ORCID iD: 0000-0002-2046-9872
младший научный сотрудник
Россия, ОмскВалерий Викторович Якименко
ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора
Email: vyakimenko78@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9088-3668
заведующий лабораторией
Россия, ОмскАндрей Борисович Комиссаров
ФГБУ «Научно-исследовательский институт гриппа им. А.А. Смородинцева» Минздрава России
Email: a.b.komissarov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1733-1255
заведующий лабораторией
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Рудаков Н.В., Ястребов В.К., Якименко В.В. Эпидемиология омской геморрагической лихорадки. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2015; 14(1): 39–48. https://elibrary.ru/tkcfxf
- Heinze D.M., Gould E.A., Forrester N.L. Revisiting the clinal concept of evolution and dispersal for the tick-borne flaviviruses by using phylogenetic and biogeographic analyses. J. Virol. 2012; 86(16): 8663–71. https://doi.org/10.1128/jvi.01013-12
- Kovalev S.Y., Mazurina E.A. Omsk hemorrhagic fever virus is a tick-borne encephalitis virus adapted to muskrat through host-jumping. J. Med. Virol. 2022; 94(6): 2510–8. https://doi.org/10.1002/jmv.27581
- Karan L.S., Ciccozzi M., Yakimenko V.V., Lo Presti A., Cella E., Zehender G., et al. The deduced evolution history of Omsk hemorrhagic fever virus. J. Med. Virol. 2014; 86(7): 1181–7. https://doi.org/10.1002/jmv.23856
- Тюлько Ж.С., Якименко В.В. Возникновение связанных нуклеотидных замен в геноме ВКЭ, определяется структурой вирусного генома и является результатом действия адаптационных механизмов. Национальные приоритеты России. 2016; (4): 103–8. https://elibrary.ru/yhxelz
- Ляпунова Н.А., Хаснатинов М.А., Данчинова Г.А. Аутэкологические аспекты ко-адаптации ВКЭ и позвоночных хозяев – экспериментальный подход. В кн.: Войников В.К., ред. Механизмы адаптации микроорганизмов к различным условиям среды обитания: Тезисы Всероссийской научной конференции с международным участием. Иркутск; 2019: 122–5. https://elibrary.ru/rqxawq
- Gritsun T.S., Lashkevich V.A., Gould E.A. Tick-borne encephalitis. Antiviral Res. 2003; 57(1-2): 129–46. https://doi.org/10.1016/s0166-3542(02)00206-1
- Tonteri E., Kipar A., Voutilainen L., Vene S., Vaheri A., Vapalahti O., et al. The three subtypes of tick-borne encephalitis virus induce encephalitis in a natural host, the bank vole (Myodes glareolus). PLoS One. 2013; 8(12): e81214. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0081214
- Helmová R., Honig V., Tykalová H., Palus M., Bell-Sakyi L., Grubhoffer L. Tick-borne encephalitis virus adaptation in different host environments and existence of quasispecies. Viruses. 2020; 12(8): 902. https://doi.org/10.3390/v12080902
- Li Y., Wang D., Du X. Adaptive genetic diversifications among tick-borne encephalitis virus subtypes: A genome-wide perspective. Virology. 2019; 530: 32–8. https://doi.org/10.1016/j.virol.2019.02.006
- Simón D., Fajardo A., Sóñora M., Delfraro A., Musto H. Host influence in the genomic composition of flaviviruses: A multivariate approach. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2017; 492(4): 572–8. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.06.088
- Villordo S.M., Carballeda J.M., Filomatori C.V., Gamarnik A.V. RNA structure duplications and flavivirus host adaptation. Trends Microbiol. 2016; 24(4): 270–83. https://doi.org/10.1016/j.tim.2016.01.002
- Yang J., Jing X., Yi W., Li X.D., Yao C., Zhang B., et al. Crystal structure of a tick-borne flavivirus RNA-dependent RNA polymerase suggests a host adaptation hotspot in RNA viruses. Nucleic Acids Res. 2021; 49(3): 1567–80. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa1250
- Чумаков М.П., Беляева А.П., Гагарина А.В., Славина Н.С. Выделение и изучение штаммов возбудителя омской геморрагической лихорадки. В кн.: Эндемические вирусные инфекции (геморрагические лихорадки): Труды института полиомиелита и вирусных энцефалитов АМН СССР. Том 7. М.; 1965: 327–44.
- Li H. Aligning Sequence Reads, Clone Sequences and Assembly Contigs with BWA-MEM. arXiv. 2013; arXiv:13033997[q-bio.GN]. https://doi.org/10.48550/arXiv.1303.3997
- Li H., Handsaker B., Wysoker A., Fennell T., Ruan J., Homer N. et al. The Sequence alignment/map (SAM) format and SAMtools. Bioinformatics. 2009; 25(16): 2078–9. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp352
- Grubaugh N.D., Gangavarapu K., Quick J., Matteson N.L., De Jesus J.G., Main B.J., et al. An amplicon-based sequencing framework for accurately measuring intrahost virus diversity using PrimalSeq and iVar. Genome Biol. 2019; 20(1): 8. https://doi.org/10.1186/s13059-018-1618-7
- Li H. Minimap2: pairwise alignment for nucleotide sequences. Bioinformatics. 2018; 34(18): 3094–100. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty191
- Li H. A statistical framework for SNP calling, mutation discovery, association mapping and population genetical parameter estimation from sequencing data. Bioinformatics. 2011; 27(21): 2987–93. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr509
- Халафян А.А. Учебник STATISTIKA 6. Статистический анализ данных. М.: Бином; 2007.
- Тюлько Ж.С., Якименко В.В. Связанные замены в малом сегменте генома хантавирусов старого света. Вопросы вирусологии. 2008; 53(3): 28–34. https://elibrary.ru/jscbxv
- Yang Z. PAML4: phylogenetic analysis by maximum likelihood. Mol. Biol. Evol. 2007; 24(8): 1586–91. https://doi.org/10.1093/molbev/msm088
- Bondaryuk A.N., Belykh O.I., Andaev E.I., Bukin Y.S. Inferring evolutionary timescale of Omsk hemorrhagic fever virus. Viruses. 2023; 15(7): 1576. https://doi.org/10.3390/v15071576
- Kovalev S.Y., Mazurina E.A., Yakimenko V.V. Molecular variability and genetic structure of Omsk hemorrhagic fever virus, based on analysis of the complete genome sequences. Ticks Tick Borne Dis. 2021; 12(2): 101627. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2020.101627
- Ляпунова Н.А. Особенности репродукции вируса клещевого энцефалита в перевиваемых линиях клеток диких млекопитающих – резервуарных и случайных хозяев вируса: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Кольцово; 2021.
- Тюлько Ж.С., Якименко В.В. Вариабельность нуклеотидных последовательностей геномов вируса клещевого энцефалита, связанная с их структурой. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2012; 111(4): 27–30. https://elibrary.ru/ozhwfv
- Huber R.G., Lim X.N., Ng W.C., Sim A.Y.L., Poh H.X., Shen Y., et al. Structure mapping of dengue and Zika viruses reveals functional long-range interactions. Nat. Commun. 2019; 10(1): 1408. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09391-8
- Dethoff E.A., Boerneke M.A., Gokhale N.S., Muhire B.M., Martin D.P., Sacco M.T., et al. Pervasive tertiary structure in the dengue virus RNA genome. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(45): 11513–8. https://doi.org/10.1073/pnas.1716689115
- 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.
- Якименко В.В., Малькова М.Г., Тюлько Ж.С., Ткачев С.Е., Макенов М.Т., Василенко А.Г. Трансмиссивные вирусные инфекции Западной Сибири (региональные аспекты эпидемиологии, экологии возбудителей и вопросы микроэволюции). Омск: КАН; 2019. https://elibrary.ru/qhcwds
- Agol V.I., Gmyl A.P. Emergency services of viral RNAs: repair and remodeling. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2018; 82(2): e00067-17. https://doi.org/10.1128/mmbr.00067-17
- Liu J., Liu Y., Shan C., Nunes B.T.D., Yun R., Haller S.L., et al. Role of mutational reversions and fitness restoration in Zika virus spread to the Americas. Nat. Commun. 2021; 12(1): 595. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20747-3
- de Wispelaere M., Khou C., Frenkiel M.P., Desprès P., Pardigon N. A single amino acid substitution in the M protein attenuates Japanese encephalitis virus in mammalian hosts. J. Virol. 2015; 90(5): 2676–89. https://doi.org/10.1128/jvi.01176-15
- Li X.D., Shan C., Deng C.L., Ye H.Q., Shi P.Y., Yuan Z.M., et al. The interface between methyltransferase and polymerase of NS5 is essential for flavivirus replication. PLoS Negl. Trop. Dis. 2014; 8(5): e2891. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0002891
- Ghafari M., Simmonds P., Pybus O.G., Katzourakis A. A mechanistic evolutionary model explains the time-dependent pattern of substitution rates in viruses. Curr. Biol. 2021; 31(21): 4689–96.e5. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.08.020
- Duchêne S., Holmes E.C., Ho S.Y.W. Analyses of evolutionary dynamics in viruses are hindered by a time-dependent bias in rate estimates. Proc. Biol. Sci. 2014; 281(1786): 20140732. https://doi.org/10.1098/rspb.2014.0732
Дополнительные файлы
