Анализ изменений в геноме вируса омской геморрагической лихорадки (Flaviviridae: Orthoflavivirus) при лабораторных практиках сохранения вируса

Обложка

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.

Об 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; Омск

Артем 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-Петербург

Алексей 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, Омск

Екатерина 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, Омск

Валерий Викторович Якименко

ФБУН «Омский научно-исследовательский институт природно-очаговых инфекций» Роспотребнадзора

Email: vyakimenko78@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9088-3668

заведующий лабораторией 

Россия, Омск

Андрей 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-Петербург

Список литературы

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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.
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. Li H. Minimap2: pairwise alignment for nucleotide sequences. Bioinformatics. 2018; 34(18): 3094–100. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty191
  19. 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
  20. Халафян А.А. Учебник STATISTIKA 6. Статистический анализ данных. М.: Бином; 2007.
  21. 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
  22. Yang Z. PAML4: phylogenetic analysis by maximum likelihood. Mol. Biol. Evol. 2007; 24(8): 1586–91. https://doi.org/10.1093/molbev/msm088
  23. 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
  24. 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
  25. 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.
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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.
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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
  36. 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

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетическое дерево, построенное по кодирующей части нуклеотидной последовательности вирусов ОГЛ. В узлах указаны значения бутстреп-поддержки. Указана принадлежность последовательностей к основным подтипам вируса ОГЛ: OHFV-1, OHFV-2, OHFV-3.

Скачать (313KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Количество различающихся нуклеотидов при сравнении кодирующих последовательностей вирусов ОГЛ. Количество различающихся нуклеотидов указано на стрелках схемы.

Скачать (132KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграмма рассеяния для нуклеотидных последовательностей мРНК вируса ОГЛ в пространстве первой (f1) и второй (f2) дискриминантных функций 0 ‒ последовательности, полученные из первичного материала от ондатры и после первичного заражения мыши (0 пассаж); 1п ‒ последовательности первого пассажа в организме белой мыши; 2п ‒ последовательности второго пассажа в организме белой мыши.

Скачать (75KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма рассеяния для нуклеотидных последовательностей мРНК вируса ОГЛ в пространстве первой (f1) и второй (f2) дискриминантных функций 0 ‒ последовательности, полученные из первичного материала от ондатры; 0п ‒ последовательности нулевого пассажа в организме белой мыши; 1п ‒ последовательности первого пассажа в организме белой мыши; 2п ‒ последовательности второго пассажа в организме белой мыши; 3п ‒ последовательности третьего пассажа в организме белой мыши; 4+ ‒ последовательности четвертого и большего количества пассажей в организме белой мыши; х ‒ последовательности с неизвестным числом пассажей.

Скачать (196KB)
Метаданные
6. Приложение к статье
Скачать (483KB)
Метаданные

© Тюлько Ж.С., Фадеев А.В., Василенко А.Г., Градобоева Е.А., Якименко В.В., Комиссаров А.Б., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».