Сравнительное изучение Ухань-подобного и омикрон-подобного вариантов SARS-CoV-2 на экспериментальных животных моделях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Изменчивость SARS-CoV-2 оказалась выше ожидаемой, а появление новых вариантов вызывает обеспокоенность об их потенциально более высокой вирулентности, трансмиссивности, способности уклоняться от иммунных реакций, вызванных предыдущей инфекцией или вакцинацией. В связи с этим важно изучение патогенеза таких вариантов на экспериментальных моделях SARS-CoV-2.

Цель работы – сравнение патогенности вариантов Ухань и BA.1.1 (омикрон) у мышей BALB/c и сирийских хомяков.

Материал и методы. В исследовании использованы штаммы SARS-CoV-2 Dubrovka, филогенетически близкий к штамму Wuhan-Hu-1, и LIA, филогенетически близкий к штамму омикрон, мыши BALB/c, трансгенные мыши B6.Cg-Tg(K18-ACE2)2Prlmn/HEMI Hemizygous for Tg(K18-ACE2)2Prlmn, сирийские золотистые хомяки. Заражение животных проводили интраназально, определение вирулентности выполняли посредством комплекса клинических, патоморфологических и вирусологических методов.

Результаты. Сравнительные исследования штаммов SARS-CoV-2 Dubrovka (Ухань-подобного) и LIA (омикрон-подобного) на моделях животных продемонстрировали их различную патогенность. При параллельном заражении мышей BALB/c вариантами Dubrovka и LIA инфекция протекала без серьёзных клинических признаков и повреждений лёгких. Заражение штаммом LIA приводило к системному заболеванию с высоким содержанием вирусной РНК в лёгких и тканях мозга животных. Вирусная РНК у мышей при заражении штаммом Dubrovka была преходящей и не обнаруживалась в лёгких уже на 7-й день после заражения. Напротив, у хомяков штамм Dubrovka обладал большей патогенностью, чем штамм LIA. При инфицировании штаммом Dubrovka поражения лёгких были значительнее, наблюдались потеря массы тела и распространение вируса по органам, в частности в ткани головного мозга, в то время как при заражении штаммом LIA вирус в тканях головного мозга не определялся.

Заключение. Изучение различных вариантов SARS-CoV-2 у видов, изначально невосприимчивых к инфекции, важно для мониторинга зоонозных резервуаров, создающих риск распространения новых вариантов у людей.

Об авторах

Ирина Анатольевна Ленева

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: wnyfd385@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7755-2714

д.б.н., зав. лаб. экспериментальной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Дарья Ильинична Смирнова

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: daria.sm.1995@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7325-0834

м.н.с., лаб. молекулярной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Надежда Павловна Карташова

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: nadezdakartasova10571@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2096-5080

н.с. лаб. экспериментальной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Анастасия Вячеславовна Грачева

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: anastasiia.gracheva.95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8428-4482

м.н.с., лаб. молекулярной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Анна Валерьевна Иванина

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: ivanina.anna97@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7289-693X

лаборант-исследователь лаб. экспериментальной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Екатерина Андреевна Глубокова

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: eaglubokova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5925-9733

м.н.с., лаб.экспериментальной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Екатерина Романовна Корчевая

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: c.korchevaya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6417-3301

м.н.с., лаб. молекулярной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Андрей Александрович Панкратов

ФГБУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А. Герцена» Минздрава России

Email: andreimnioi@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7291-9743

к.б.н., зав. отделением экспериментальной фармакологии и токсикологии

Россия, 125284, г. Москва

Галина В. Трунова

ФГБУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А. Герцена» Минздрава России

Email: gtrunovamnioi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2917-4496

к.б.н., старший научный сотрудник отделения экспериментальной фармакологии и токсикологии

Россия, 125284, г. Москва

Варвара А. Хохлова

ФГБУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А. Герцена» Минздрава России

Email: nostocus@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0339-2068

младший научный сотрудник отделения экспериментальной фармакологии и токсикологии

Россия, 125284, г. Москва

Оксана Анатольевна Свитич

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: svitichoa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1757-8389

д.м.н., проф., член-корр. РАН, зав. лаб. молекулярной иммунологии, директор

Россия, 105064, г. Москва

Виталий Васильевич Зверев

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: vitalyzverev@outlook.com
ORCID iD: 0000-0001-5808-2246

д.б.н., проф., академик РАН, зав. лаб. молекулярной биотехнологии

Россия, 105064, г. Москва

Евгений Бахтиерович Файзулоев

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»

Email: faizuloev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7385-5083

к.б.н., зав. лаб. молекулярной вирусологии

Россия, 105064, г. Москва

Список литературы

  1. Holmes E.C., Goldstein S.A., Rasmussen A.L., Robertson D.L., Crits-Christoph A., Wertheim J.O., et al. The origins of SARS-CoV-2: A critical review. Cell. 2021; 184(19): 4848–56. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.08.017
  2. Rasmussen A.L. On the origins of SARS-CoV-2. Nat. Med. 2021; 27(1): 9. https://doi.org/10.1038/s41591-020-01205-5
  3. Trinité B., Pradenas E., Marfil S., Rovirosa C., Urrea V., TarrésFreixas F., et al. Previous SARS-CoV-2 infection increases B.1.1.7 cross-neutralization by vaccinated individuals. Viruses. 2021; 13(6): 1135. https://doi.org/10.3390/v13061135
  4. Wang P., Nair M.S., Liu L., Iketani S., Luo Y., Guo Y., et al. Antibody resistance of SARS-CoV-2 variants B.1.351 and B.1.1.7. Nature. 2021; 593(7857): 130–5. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03398-2
  5. Mullen J.L., Tsueng G., Latif A.A., Alkuzweny M., Cano M., Haag E., et al. Center for Viral Systems Biology. Outbreak.info. 2020. Available at: https://outbreak.info/
  6. Wang R., Chen J., Gao K., Hozumi Y., Yin C., Wei G.W. Analysis of SARS-CoV-2 mutations in the United States suggests presence of four substrains and novel variants. Commun. Biol. 2021; 4(1): 228. https://doi.org/10.1038/s42003-021-01754-6
  7. Dejnirattisai W., Zhou D., Supasa P., Liu C., Mentzer A.J., Ginn H.M., et al. Antibody evasion by the P.1 strain of SARS-CoV-2. Cell. 2021; 184(11): 2939–54.e9. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.055
  8. Planas D., Bruel T., Grzelak L., Guivel-Benhassine F., Staropoli I., Porrot F., et al. Sensitivity of infectious SARS-CoV-2 B.1.1.7 and B.1.351 variants to neutralizing antibodies. Nat. Med. 2021; 27(5): 917–24. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01318-5
  9. Dhar M.S., Marwal R., Vs R., Ponnusamy K., Jolly B., Bhoyar R.C., et al. Genomic characterization and epidemiology of an emerging SARS-CoV-2 variant in Delhi, India. Science. 2021; 374(6570): 995–9. https://doi.org/10.1126/science.abj9932
  10. Parums D. Editorial: Revised World Health Organization (WHO) terminology for variants of concern and variants of interest of SARS-CoV-2. Med. Sci. Monit. 2021; 27: e933622. https://doi.org/10.12659/MSM.933622
  11. Karim S.S.A., Karim Q.A. Omicron SARS-CoV-2 variant: a new chapter in the COVID-19 pandemic. Lancet. 2021; 398(10317): 2126–8. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)02758-6
  12. Allen H., Tessier E., Turner C., Anderson C., Blomquist P., Simons D., et al. Comparative transmission of SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) and Delta (B.1.617.2) variants and the impact of vaccination: national cohort study, England. medRxiv. 2022. Preprint. https://doi.org/10.1101/2022.02.15.22271001
  13. Lambrou A.S., Shirk P., Steele M.K., Paul P., Paden C.R., Cadwell B., et al. Genomic surveillance for SARS-CoV-2 variants: Predominance of the Delta (B.1.617.2) and omicron (B.1.1.529) variants – United States, June 2021 – January 2022. MMWR Morb. Mortal. Wkly Rep. 2022; 71(6): 206–11. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm7106a4
  14. Petersen E., Ntoumi F., Hui D.S., Abubakar A., Kramer L.D., Obiero C., et al. Emergence of new SARS-CoV-2 Variant of Concern Omicron (B.1.1.529) – highlights Africa’s research capabilities, but exposes major knowledge gaps, inequities of vaccine distribution, inadequacies in global COVID-19 response and control efforts. Int. J. Infect. Dis. 2022; 114: 268–72. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2021.11.040
  15. Andrews N., Stowe J., Kirsebom F., Toffa S., Rickeard T., Gallagher E., et al. Covid-19 vaccine effectiveness against the omicron (B.1.1.529) variant. N. Engl. J. Med. 2022; 386(16): 1532–46. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2119451
  16. Grabowski F., Kochańczyk M., Lipniacki T. The spread of SARS-CoV-2 variant omicron with a doubling time of 2.0-3.3 days can be explained by immune evasion. Viruses. 2022; 14(2): 294. https://doi.org/10.3390/v14020294
  17. Liu L., Iketani S., Guo Y., Chan J.F.W., Wang M., Liu L., et al. Striking antibody evasion manifested by the Omicron variant of SARS-CoV-2. Nature. 2022; 602(7898): 676–81. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04388-0
  18. Planas D., Saunders N., Maes P., Guivel-Benhassine F., Planchais C., Buchrieser J., et al. Considerable escape of SARS-CoV-2 Omicron to antibody neutralization. Nature. 2022; 602(7898): 671–5. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04389-z
  19. Conceicao C., Thakur N., Human S., Kelly J.T., Logan L., Bialy D., et al. The SARS-CoV-2 Spike protein has a broad tropism for mammalian ACE2 proteins. PLoS Biol. 2020; 18(12): e3001016. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001016
  20. Liu Y., Hu G., Wang Y., Ren W., Zhao X., Ji F., et al. Functional and genetic analysis of viral receptor ACE2 orthologs reveals a broad potential host range of SARS-CoV-2. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2021; 118(12): e2025373118. https://doi.org/10.1073/pnas.2025373118
  21. Gretebeck L.M., Subbarao K. Animal models for SARS and MERS coronaviruses. Curr. Opin. Virol. 2015; 13: 123–9. https://doi.org/10.1016/j.coviro.2015.06.009
  22. Garry R.F. Mutations arising in SARS-CoV-2 spike on sustained human-to-human transmission and human-to-animal passage. Virological. 2021. Available at: https://virological.org/t/mutations-arising-in-sars-cov-2-spike-on-sustained-human-to-human-transmission-and-human-to-animal-passage/578/14
  23. Bao L., Deng W., Huang B., Gao H., Liu J., Ren L., et al. The pathogenicity of SARS-CoV-2 in hACE2 transgenic mice. Nature. 2020; 583(7818): 830–3. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2312-y
  24. Kant R., Kareinen L., Smura T., Freitag T.L., Jha S.K., Alitalo K., et al. Common laboratory mice are susceptible to infection with the SARS-CoV-2 beta variant. Viruses. 2021; 13(11): 2263. https://doi.org/10.3390/v13112263
  25. Montagutelli X., Prot M., Levillayer L., Salazar E.B., Jouvion G., Conquet L., et al. bioRxiv. 2021. Preprint. https://doi.org/10.1101/2021.03.18.436013
  26. Shuai H., Chan J.F.W., Yuen T.T.T., Yoon C., Hu J.C., Wen L., et al. Emerging SARS-CoV-2 variants expand species tropism to murines. EBioMedicine. 2021; 73: 103643. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2021.103643
  27. Zhang Y.N., Zhang Z.R., Zhang H.Q., Li N., Zhang Q.Y., Li X.D., et al. Different pathogenesis of SARS-CoV-2 Omicron variant in wild-type laboratory mice and hamsters. Signal Transduct. Target. Ther. 2022 Feb 25; 7(1): 62. https://doi.org/10.1038/s41392-022-00930-2
  28. Imai M., Iwatsuki-Horimoto K., Hatta M., Loeber S., Halfmann PJ., Nakajima N., et al. Syrian hamsters as a small animal model for SARS-CoV-2 infection and countermeasure development. Proc. Natl Acad. Sci USA. 2020; 117(28): 16587–95. https://doi.org/10.1073/pnas.2009799117
  29. Грачёва А.В., Корчевая Е.Р., Кудряшова А.М., Борисова О.В., Петруша О.А., Смирнова Д.И. и др. Адаптация МТТ-теста для определения нейтрализующих антител к вирусу SARS-CoV-2. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2021; 98(3): 253–65. https://doi.org/10.36233/0372-9311-136
  30. Ramakrishnan M.A. Determination of 50% endpoint titer using a simple formula. World J. Virol. 2016; 5(2): 85–6. https://doi.org/10.5501/wjv.v5.i2.85
  31. Gracheva A.V., Korchevaya E.R., Ammour Y.I., Smirnova D.I., Sokolova O.S., Glukhov G.S., et al. Immunogenic properties of SARS-CoV-2 inactivated by ultraviolet light. Arch. Virol. 2022; 167(11): 2181–91. https://doi.org/10.1007/s00705-022-05530-7
  32. Meng B., Abdullahi A., Ferreira I.A.T.M., Goonawardane N., Saito A., Kimura I., et al. Altered TMPRSS2 usage by SARS-CoV-2 Omicron impacts infectivity and fusogenicity. Nature. 2022; 603(7902): 706–14. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04474-x
  33. Suzuki R., Yamasoba D., Kimura I., Wang L., Kishimoto M., Ito J., et al. Attenuated fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron variant. Nature. 2022; 603(7902): 700–5. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04462-1
  34. Kim Y.I., Kim S.G., Kim S.M., Kim E.H., Park S.J., Yu K.M., et al. Infection and rapid transmission of SARS-CoV-2 in ferrets. Cell Host Microbe. 2020; 27(5): 704–9.e2. https://doi.org/10.1016/j.chom.2020.03.023

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Показатели мышей линий BALB/c и K18-hACE2, заражённых штаммами Dubrovka и LIA: а – масса тела (линия показывает значение массы M ± SD); б – выживаемость; в – средние значения концентраций РНК SARS-CoV-2 в тканях различных органов мышей линии BALB/c, зараженных штаммами Dubrovka и LIA; г – инфекционный титр вируса (lg ТЦИД50/мл) и содержание вирусной РНК (lg копий РНК/мл) SARS-CoV-2 штамма Dubrovka в лёгких мышей K18-hACE2 на 4-й и 7-й день после инфицирования.

Скачать (228KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Морфологическая характеристика лёгких интактных (а, б) и инфицированных штаммом Dubrovka (Ухань-подобным) (в, г) мышей линии BALB/c: а – просветы бронхов и бронхиол свободные, паренхима органа выглядит воздушной; б – просветы альвеол равномерно воздушные, межальвеолярные перегородки тонкие, сосуды и капилляры умеренно полнокровны; в – гистоструктура лёгкого соответствует варианту нормы; г – небольшое лимфоидное скопление (бронхо-ассоциированная лимфоидная ткань) в области контакта бронха и кровеносного сосуда. Увеличение: а, в – ×40; б – ×400; г – ×200; окрашивание: гематоксилин и эозин.

Скачать (776KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Показатели золотистых сирийских хомяков, заражённых штаммами Dubrovka и LIA: a – масса тела (линия показывает значение массы M ± SD); б – средние значения концентраций РНК SARS-CoV-2 в тканях различных органов.

Скачать (104KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Альтеративно-воспалительные изменения в лёгких сирийских хомяков на 4-е сутки после инфицирования SARS-CoV-2 штаммом Dubrovka (Ухань-подобным): а – сливные очаги вирусной пневмонии; б – перибронхиальный безвоздушный очаг пневмонии: просвет бронха свободный; эпителиальная выстилка сохранена, слабая воспалительная инфильтрация стенки бронха; в прилегающей паренхиме межальвеолярные перегородки разрушены за счёт воспалительного инфильтрата, отёка и гибели респираторного эпителия; в – участок паренхимы лёгкого со сниженной воздушностью: выраженный периваскулярный отёк, просветы альвеол щелевидные, в них отёчная жидкость, десквамированный эпителий, макрофаги, эритроциты, лимфоциты; г – участок паренхимы лёгкого со сниженной воздушностью: интраальвеолярный отёк, интраальвеолярные кровоизлияния, утолщённые за счёт лимфогистиоцитарного инфильтрата и интерстициального отёка, межальвеолярные перегородки, резкое полнокровие капилляров. Увеличение: а – ×40, в – ×200, б, г – ×400; окрашивание: гематоксилин и эозин.

Скачать (832KB)
Метаданные

© Ленева И.А., Смирнова Д.И., Карташова Н.П., Грачева А.В., Иванина А.В., Глубокова Е.А., Корчевая Е.Р., Панкратов А.А., Трунова Г.В., Хохлова В.А., Свитич О.А., Зверев В.В., Файзулоев Е.Б., 2022

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

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).