Genetic diversity of human metapneumovirus (Pneumoviridae: Metapneumovirus) in Russia: results of molecular analysis

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Human metapneumovirus (hMPV) holds significant epidemiological importance, being a dominant cause of lower respiratory tract infections in children under two years of age and individuals over 65. Multiple infections with hMPV throughout a person’s life are possible due to the antigenic and genetic variability of the virus. However, the genetic variability of hMPV circulating in Russia remains unexplored.

Aim of the study. The aim of this study was to test a protocol for whole-genome sequencing of hMPV to assess the genetic diversity of metapneumoviruses circulating in certain regions of Russia.

Materials and methods. Nasopharyngeal swabs were collected from patients of different ages with acute respiratory viral infections (ARVI) tested positive for hMPV using polymerase chain reaction (PCR). From some of the samples, viral isolates were obtained in cell culture. Whole-genome sequencing was performed on both swabs and isolates using the MiSeq Illumina platform, followed by phylogenetic analysis.

Results. For the first time in Russia, whole-genome sequencing of 44 hMPV strains circulating from 2017 to 2024 was conducted. Their genetic group affiliation was described, with the A2b2 clade shown to dominate. It was confirmed that the greatest variability among genes encoding viral surface proteins was observed in the G gene, while changes in the F gene were minimal during the studied period.

Conclusion. The study provides insights into the genetic diversity of hMPV strains circulating in various regions of the Russian Federation. Understanding the genetic variability of hMPV is crucial for comprehending viral evolution, transmission dynamics, and mechanisms of immune evasion, which influence the development of vaccines and antiviral drugs.

About the authors

Artem V. Fadeev

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: artem.fadeev@influenza.spb.ru
ORCID iD: 0000-0003-3558-3261

Senior Researcher, Laboratory of Molecular Virology

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Yan V. Ivanov

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: ivanov.yan.vladimirovich@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0006-0187-4000

2nd year PhD student, Laboratory of Molecular Virology

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Polina A. Petrova

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: suddenkovapolina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8527-7946

Researcher, Laboratory of influenza viruses’ evolutionary variability

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Alexander A. Perederiy

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: gilagalex@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5961-1856

Laboratory research assistant, Laboratory of Molecular Virology

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Maria M. Pisareva

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: maria.pisareva@influenza.spb.ru
ORCID iD: 0000-0002-1499-9957

PhD in biology, leading researcher, Laboratory of Molecular Virology

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Alexey D. Moshkin

Research Institute of Virology, Federal Research Center for Fundamental and Translational Medicine

Email: alex.moshkin727@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1182-8247

researcher

Russian Federation, 630060, Novosibirsk

Andrey B. Komissarov

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: andrey.komissarov@influenza.spb.ru
ORCID iD: 0000-0003-1733-1255

Head of the Laboratory of Molecular Virology

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Daria M. Danilenko

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: daria.danilenko@influenza.spb.ru
ORCID iD: 0000-0001-6174-0836

PhD in biology, Deputy Director for Research

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

Dmitriy A. Lioznov

A.A. Smorodintsev Research Institute of Influenza, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: dmitry.lioznov@influenza.spb.ru
ORCID iD: 0000-0003-3643-7354

Doctor of Medicine Sciences, Professor, Director 

Russian Federation, 197376, St. Petersburg

References

  1. Uddin S., Thomas M. Human Metapneumovirus. StatPearls. StatPearls Publishing LLC; 2025.
  2. Sanz-Munoz I., Sanchez-de Prada L., Castrodeza-Sanz J., Eiros J.M. Microbiological and epidemiological features of respiratory syncytial virus. Rev. Esp. Quimioter. 2024; 37(3): 209–20. https://doi.org/10.37201/req/006.2024
  3. Cifuentes-Munoz N., Branttie J., Slaughter K.B., Dutch R.E. Human metapneumovirus induces formation of inclusion bodies for efficient genome replication and transcription. J. Virol. 2017; 91(24): e01282-17. https://doi.org/10.1128/JVI.01282-17
  4. Shafagati N., Williams J. Human metapneumovirus – what we know now. F1000Res. 2018; 7: 135. https://doi.org/10.12688/f1000research.12625.1
  5. Leyrat C., Paesen G.C., Charleston J., Renner M., Grimes J.M. Structural insights into the human metapneumovirus glycoprotein ectodomain. J. Virol. 2014; 88(19): 11611–6. https://doi.org/10.1128/JVI.01726-14
  6. Jesse S.T., Ludlow M., Osterhaus A.D.M.E. Zoonotic origins of human metapneumovirus: a journey from birds to humans. Viruses. 2022; 14(4): 677. https://doi.org/10.3390/v14040677
  7. Chang A., Masante C., Buchholz U.J., Dutch R.E. Human metapneumovirus (HMPV) binding and infection are mediated by interactions between the HMPV fusion protein and heparan sulfate. J. Virol. 2012; 86(6): 3230–43. https://doi.org/10.1128/JVI.06706-11
  8. Ribo-Molina P., van Nieuwkoop S., Mykytyn A.Z., van Run P., Lamers M.M., Haagmans B.L., et al. Human metapneumovirus infection of organoid-derived human bronchial epithelium represents cell tropism and cytopathology as observed in in vivo models. mSphere. 2024; 9(2): e0074323. https://doi.org/10.1128/msphere.00743-23
  9. Kinder J.T., Moncman C.L., Barrett C., Jin H., Kallewaard N., Dutch R.E. Respiratory syncytial virus and human metapneumovirus infections in three-dimensional human airway tissues expose an interesting dichotomy in viral replication, spread, and inhibition by neutralizing antibodies. J. Virol. 2020; 94(20): e01068-20. https://doi.org/10.1128/JVI.01068-20
  10. Herfst S., de Graaf M., Schickli J.H., Tang R.S., Kaur J., Yang C.F., et al. Recovery of human metapneumovirus genetic lineages a and B from cloned cDNA. J. Virol. 2004; 78(15): 8264–70. https://doi.org/10.1128/JVI.78.15.8264-8270.2004
  11. Groen K., van Nieuwkoop S., Meijer A., van der Veer B., van Kampen J.J.A., Fraaij P.L., et al. Emergence and Potential extinction of genetic lineages of human metapneumovirus between 2005 and 2021. mBio. 2023; 14(1): e0228022. https://doi.org/10.1128/mbio.02280-22
  12. Kahn J.S. Epidemiology of human metapneumovirus. Clin. Microbiol. Rev. 2006; 19(3): 546–57. https://doi.org/10.1128/CMR.00014-06
  13. van den Hoogen B.G., Herfst S., Sprong L., Cane P.A., Forleo-Neto E., de Swart R.L., et al. Antigenic and genetic variability of human metapneumoviruses. Emerg. Infect. Dis. 2004; 10(4): 658–66. https://doi.org/10.3201/eid1004.030393
  14. Yang C.F., Wang C.K., Tollefson S.J., Piyaratna R., Lintao L.D., Chu M., et al. Genetic diversity and evolution of human metapneumovirus fusion protein over twenty years. Virol. J. 2009; 6: 138. https://doi.org/10.1186/1743-422X-6-138
  15. Yang C.F., Wang C.K., Tollefson S.J., Lintao L.D., Liem A., Chu M., et al. Human metapneumovirus G protein is highly conserved within but not between genetic lineages. Arch. Virol. 2013; 158(6): 1245–52. https://doi.org/10.1007/s00705-013-1622-x
  16. van den Hoogen B.G., de Jong J.C., Groen J., Kuiken T., de Groot R., Fouchier R.A., et al. A newly discovered human pneumovirus isolated from young children with respiratory tract disease. Nat. Med. 2001; 7(6): 719–24. https://doi.org/10.1038/89098
  17. Feng Y., He T., Zhang B., Yuan H., Zhou Y. Epidemiology and diagnosis technologies of human metapneumovirus in China: a mini review. Virol. J. 2024; 21(1): 59. https://doi.org/10.1186/s12985-024-02327-9
  18. Esposito S., Mastrolia M.V. Metapneumovirus infections and respiratory complications. Semin. Respir. Crit. Care Med. 2016; 37(4): 512–21. https://doi.org/10.1055/s-0036-1584800
  19. Hamelin M.E., Abed Y., Boivin G. Human metapneumovirus: a new player among respiratory viruses. Clin. Infect. Dis. 2004; 38(7): 983–90. https://doi.org/10.1086/382536
  20. Yi L., Zou L., Peng J., Yu J., Song Y., Liang L., et al. Epidemiology, evolution and transmission of human metapneumovirus in Guangzhou China, 2013–2017. Sci. Rep. 2019; 9(1): 14022. https://doi.org/10.1038/s41598-019-50340-8
  21. Matsuzaki Y., Itagaki T., Ikeda T., Aoki Y., Abiko C., Mizuta K. Human metapneumovirus infection among family members. Epidemiol. Infect. 2013; 141(4): 827–32. https://doi.org/10.1017/S095026881200129X
  22. Hacker K., Kuan G., Vydiswaran N., Chowell-Puente G., Patel M., Sanchez N., et al. Pediatric burden and seasonality of human metapneumovirus over 5 years in Managua, Nicaragua. Influenza Other Respir. Viruses. 2022; 16(6): 1112–21. https://doi.org/10.1111/irv.13034
  23. Howard L.M., Edwards K.M., Zhu Y., Griffin M.R., Weinberg G.A., Szilagyi P.G., et al. Clinical features of human metapneumovirus infection in ambulatory children aged 5-13 years. J. Pediatric Infect. Dis. Soc. 2018; 7(2): 165–8. https://doi.org/10.1093/jpids/pix012
  24. Sharipova E.V., Babachenko I.V., Orlova E.D. Metapneumovirus infection in children. Pediatr. 2020; 11(5): 13–9. https://doi.org/10.17816/PED11513-19 https://elibrary.ru/xqnxgf (in Russian)
  25. Lu G., Gonzalez R., Guo L., Wu C., Wu J., Vernet G., et al. Large-scale seroprevalence analysis of human metapneumovirus and human respiratory syncytial virus infections in Beijing, China. Virol. J. 2011; 8: 62. https://doi.org/10.1186/1743-422X-8-62
  26. Yatsyshina S.B. Pneumoviruses in human infectious diseases. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017; 94(6): 95–105. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2017-6-95-105 https://elibrary.ru/zaddtv (in Russian)
  27. Sugimoto S., Kawase M., Suwa R., Kakizaki M., Kume Y., Chishiki M., et al. Development of a duplex real-time RT-PCR assay for the detection and identification of two subgroups of human metapneumovirus in a single tube. J. Virol. Methods. 2023; 322: 114812. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2023.114812
  28. Groen K., van Nieuwkoop S., Bestebroer T.M., Fraaij P.L., Fouchier R.A.M., van den Hoogen B.G. Whole genome sequencing of human metapneumoviruses from clinical specimens using MinION nanopore technology. Virus Res. 2021; 302: 198490. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2021.198490
  29. Aksamentov I., Roemer C., Hodcroft E., Neher R. Nextclade: clade assignment, mutation calling and quality control for viral genomes. J. Open Source Softw. 2021; 6(67): 3773. https://doi.org/10.21105/joss.03773
  30. Rambaut A., Lam T.T., Max Carvalho L., Pybus O.G. Exploring the temporal structure of heterochronous sequences using TempEst (formerly Path-O-Gen). Virus Evol. 2016; 2(1): vew007. https://doi.org/10.1093/ve/vew007
  31. McConnell B.S., Parker M.W. Protein intrinsically disordered regions have a non-random, modular architecture. Bioinformatics. 2023; 39(12): btad732. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btad732
  32. Parida P., Sudheesh N., Sanjay E.R., Jagadesh A., Marate S., Govindakaranavar A. The emergence of human metapneumovirus G gene duplication in hospitalized patients with respiratory tract infection, India, 2016–2018. Mol. Biol. Rep. 2023; 50(2): 1109–16. https://doi.org/10.1007/s11033-022-08092-8
  33. Piñana M., Vila J., Maldonado C., Galano-Frutos J.J., Valls M., Sancho J., et al. Insights into immune evasion of human metapneumovirus: novel 180- and 111-nucleotide duplications within viral G gene throughout 2014–2017 seasons in Barcelona, Spain. J. Clin. Virol. 2020; 132: 104590. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2020.104590
  34. Jagusic M., Slovic A., Ivancic-Jelecki J., Ljubin-Sternak S., Vilibić-Čavlek T., Tabain I., et al. Molecular epidemiology of human respiratory syncytial virus and human metapneumovirus in hospitalized children with acute respiratory infections in Croatia, 2014–2017. Infect. Genet. Evol. 2019; 76: 104039. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2019.104039
  35. Saikusa M., Kawakami C., Nao N., Takeda M., Usuku S., Sasao T., et al. 180-nucleotide duplication in the G gene of human metapneumovirus A2b subgroup strains circulating in Yokohama city, Japan, since 2014. Front. Microbiol. 2017; 8: 402. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00402
  36. Saikusa M., Nao N., Kawakami C., Usuku S., Sasao T., Toyozawa T., et al. A novel 111-nucleotide duplication in the G gene of human metapneumovirus. Microbiol. Immunol. 2017; 61(11): 507–12. https://doi.org/10.1111/1348-0421.12543
  37. Yi L., Zou L., Peng J., Yu J., Song Y., Liang L., et al. Epidemiology, evolution and transmission of human metapneumovirus in Guangzhou China, 2013–2017. Sci. Rep. 2019; 9(1): 14022. https://doi.org/10.1038/s41598-019-50340-8

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The percentage of samples positive for metapneumovirus in the structure of acute respiratory viral infections by seasons 2016–2024.

Download (89KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Global diversity of human metapneumoviruses based on whole-genome sequencing data.

Download (244KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temporal signal in whole genome sequences of hMPV.

Download (127KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. F gene phylogenetic tree of subtype A2 human metapneumovirus.

Download (356KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. G gene phylogenetic tree of subtype A2 human metapneumovirus.

Download (392KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. F gene phylogenetic tree of subtype B2 human metapneumovirus.

Download (258KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. G gene phylogenetic tree of subtype B2 human metapneumovirus.

Download (366KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Heat map of G protein external domains of hMPV subtypes A2 (left) and B2 (right) based on Chi-Score data (Brendan S, et al., 2023 [31]).

Download (317KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Structure of the duplication sequences in the G protein external domain of the hMPV subtype A2.

Download (175KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Fadeev A.V., Ivanov Y.V., Petrova P.A., Perederiy A.A., Pisareva M.M., Moshkin A.D., Komissarov A.B., Danilenko D.M., Lioznov D.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».