31.01.20
1622
Перша характеристика інфекційного бронхиту генетичної лінії Middle-East GI-23 (Var2-подібний) у Європі
К Л Ю Ч Е В Ы Е С Л О В А Вирус инфекционного бронхита Генетическая линия GI-23...
К Л Ю Ч Е В Ы Е С Л О В А
А Н Н О Т А Ц И Я
Род Gammacoronavirus в семействе Coronaviridae, в отряде Nidovirales, включает вирус инфекционного бронхита (ИБК), коронавирус индейки (TCoV) и коронавирус цесарки (GfCoV), которые заражают различные виды домашней птицы. Этот род также содержит другие коронавирусы, выделенные из диких птиц и не-птичьих хозяев (Carstens, 2010). ИБК повсеместно распространен в большинстве стран мира и является причиной огромных экономических потерь при производстве кур. В зависимости от метода, используемого для дифференциации, были признаны многие различные серотипы, генотипы или протектотипы ИБК (de Wit et al., 2011). В настоящее время генотипирование на основе фрагмента гена S1 является наиболее часто используемой системой классификации ИБК, хотя отсутствие стандартных правил, касающихся области гена S1, подлежащего анализу, и отсутствие единообразия в номенклатуре генетических групп, делает интерпретацию очень сложной. Недавно была предложена новая классификация, основанная на анализе всего гена S1 (около 1600 нт). Выделено и названо 32 линии, состоящие из 6 генотипов (от GI до GVI) (Valastro et al., 2016). Некоторые из этих линий широко распространены в нескольких континентах или странах, как GI-1 (ранее Mass-подобный), GI-13 (793B) и GI-19 (QX), тогда как другие, такие как GI-16 (Q1), GI-21 (Italy02) и GI-23 (Var2), распределены более тесно (de Wit et al., 2011; Valastro et al., 2016).
Варианты, которые относятся к вирусам инфекционного бронхита генетической линии GI-23, циркулировали только в странах Ближнего Востока в течение почти 20 лет. Штаммы этой линии были впервые обнаружены в Израиле в 1998 году, всего через два года после первой вспышки ИБ в стране, вызванной Var1 (Callison et al., 2001), которая в настоящее время классифицируется как линия GI-13. В последующие годы новый штамм, генетически сходный с Var2, так называемый IS/720-подобный, был обнаружен в этой стране у цыплят, страдающих заболеваниями дыхательных путей и мочеиспускания (Meir et al., 2004). За прошедшие годы число случаев заболевания, вызванного IS/720-подобным вариантом, постепенно уменьшалось до 2006 года, когда произошла вторая волна эпидемии GI-23 (Var2). Новые вирусы GI-23 были более патогенными и вызвали огромные потери в птицеводстве Израиля, что вызвало необходимость внедрить новую гомогенную вакцину (со штаммом IS/1494/06) в 2010 году (Even-Chen et al., 2014). Штамм GI-23 ИБК быстро распространился в другие страны Ближнего Востока. В 2009 году он появился в Иордании и на севере Ирака (Seger et al., 2016). Молекулярный мониторинг штаммов ИБК, циркулирующих в Иране, показал, что большинство обнаруженных штаммов принадлежали IS/720 и Var2 (оба GI-23), которые были ответственны за 18,4% и 17,2% клинических случаев ИБ, соответственно (Hosseini et al., 2015 ). В Египте эта линия ИБК циркулирует с 2010 года, и к 2012 стала доминирующей среди других штаммов (Hussein et al., 2014; Selim et al., 2013; Zanaty et al., 2016).
В 2011 и 2012 годах штаммы GI-23 были идентифицированы в Турции и Ливии, соответственно (Awad et al., 2014; Kahya et al., 2013; Yilmaz et al., 2016). Позже присутствие линии GI-23 ИБК было обнаружено в Саудовской Аравии, Кувейте, Бахрейне, Армении, а с 2015 года также в России, Литве и Украине. Линия ИБК GI-23 была обнаружена у невакцинированных и вакцинированных цыплят-бройлеров, несушек и родителей бройлеров и вызывала заболевания дыхательной системы, повреждение почек и снижение яйценоскости (Hussein et al., 2014; Kahya et al., 2013; Selim et al., 2013). Интенсивная международная торговля, неконтролируемое перемещение людей и животных, а также диких птиц через границы стран Ближнего Востока считаются причинами распространения линии GI-23 (Domanska-Blicharz et al., 2014; Hussein et al. al., 2014; Kahya et al., 2013). В этой короткой статье мы сообщаем о результатах исследований ИБК, циркулирующего в Польше, проведенных в течение шести месяцев, а также секвенирования полного генома ИБК, принадлежащего к линии GI-23, впервые идентифицированного в Польше.
Первый случай ИБК, принадлежащий к линии GI-23 (gammaCoV/Ck/Poland/G229/2015) был идентифицирован в Польше в декабре 2015г. и произошел в стаде бройлеров кросс Росс, вакцинированных Mass-подобным штаммом ИБК (GI-1) в инкубатории.
Клинические признаки угнетенного состояния, внезапного снижения потребления корма, диареи и повышенного падежа (7%) наблюдались у 6-недельных цыплят. Патанатомический анализ выявил увеличенные и перегруженные печень и почки. Образцы супернатантов почечных суспензий (10% мас./об.), приготовленные в стерильном физиологическом растворе с фосфатным буфером (PBS), использовали для выделения вирусной РНК (QIAamp Viral RNA Mini Kit, Qiagen, Германия) в соответствии с инструкциями производителя. ПЦР в реальном времени нацеленный на фрагмент 5′-нетранслируемая область (5’UTR), как описано ранее (Callison et al., 2006), проводили с использованием набора для ПЦР-РВ QuantiTect Probe (Qiagen, Германия) в 7500 системе ПЦР в реальном времени (Прикладные биосистемы, США). Для предварительного определения генотипа, принятого в нашей лаборатории для диагностических целей, был использован набор праймеров, смешанный с химическими веществами из набора одностадийного ПЦР-РВ (Qiagen, Германия), который позволил амплифицировать нуклеотидную последовательность размером приблизительно 400-bp (bp-пара нуклеотидных оснований), покрывающую одну из гипервариабельных областей гена S1 (аминокислоты 274–387) (Worthington et al., 2008). Полученные ампликоны секвенировали в обоих направлениях с использованием технологии секвенирования Sanger от Genomed Sp. z.o.o. (Варшава, Польша). Прямые и обратные нуклеотидные последовательности были отредактированы и выровнены в конечной консенсусной последовательности с использованием программы SeqMan (DNASTAR, Madison, WI). Затем их сравнивали с последовательностями, опубликованными в базе данных GenBank, с использованием средства поиска основного локального выравнивания (BLAST). Частичный ген S1 gammaCoV/Ck/Poland/G229/2015, полученный из РНК, выделенной из инфицированных почек, обнаружил 99% идентичность нуклеотидов со штаммом Var2 IS/1494/06 линии GI-23 ИБК (номер доступа в GenBank HM131453). В течение следующих шести месяцев, вплоть до июня 2016 года, на Факультет птичьих болезней, Национальный научно-исследовательский институт ветеринарии, Пулавы, Польша, были переданы образцы других органов/тканей из сорока девяти кур, как коммерческих несушек, так и бройлеров, для диагностики, и девять (79,6%) из них дали положительный результат по ИБК. Для всех положительных результатов применяли определение генотипа ИБК с использованием описанного выше метода. BLAST-анализ полученных около 400-нт фрагментов гена S1 выявил, что десять (25,6%) положительных стад были инфицированы вариантом Var2. Кроме того, у девятнадцати (48,7%) и десяти (25,5%) стад были идентифицированы 793B-подобный и QX-подобный штаммы ИБК, соответственно. Симптомы, такие как легкие или средние респираторные признаки и водянистая диарея, наблюдались у большинства цыплят, инфицированных Var2. Чтобы подтвердить классификацию вируса Var2 в соответствии с недавно предложенными правилами (Valastro et al., 2016), весь ген S1 из 6 образцов с высокой вирусной нагрузкой в инфицированных тканях был амплифицирован с набором специфических праймеров (Файл S1). Множественные выравнивания последовательностей выполняли с использованием Clustal W. Филогенетические анализы каждого гена и полного генома по методу максимального правдоподобия (ML) и методу объединения соседних пар (NJ) проводили в MEGA v6 с использованием наилучших подгоночных моделей нуклеотидной замены.
Бутстрэп-анализ полученных деревьев проводился с использованием 1000 повторов (Tamura et al., 2013). Полные последовательности гена S1 (1600 нт), сгенерированные в этом исследовании, были отправлены в базу данных GenBank под регистрационными номерами KY028743 – KY028748. Полученные последовательности были филогенетически проанализированы с использованием набора данных, состоящего из 199 последовательностей, включая 6 репрезентативных последовательностей каждой линии и 26 штаммов, признанных недавно уникальными вариантами (Valastro et al., 2016). Все польские штаммы ИБК сгруппированы по линии GI-23 (рис.1). Выравнивание последовательностей 1619 нт (нуклеотидов) и 539 аа (аминокислот) обнаруженных штаммов ИБК показало идентичность в интервале 99,7–100% и 99,6–100% соответственно. Они выявили наибольшее сходство последовательностей нт (99,1–99,4%) и аа (99,0–99,4%) с израильским вакцинным штаммом IS/1494/06 (под номером EU780077 в GenBank). В частности, были идентифицированы 12 нуклеотидных изменений в сравнении с IS/1494/06, которые привели к изменению 3 аминокислот (положение 61 P → S, 93 A → V и 317 K → R). Кроме того, штамм gammaCoV/Ck/Poland/G036/2016 (номер доступа GenBank KY028745) имел еще две аминокислотные замены в положениях 38 (T→N) и 57 (S→R). В последовательности штамма gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 (под номером KY047602 в GenBank) одна дополнительная аминокислота была заменена в положении 130 (N → Y). Все аминокислотные изменения происходили в гипервариабельных областях гена субъединицы S1, которые кодируют нейтрализующие и специфичные для серотипа эпитопы, но определить, влияют ли они на антигенность, сложно. На основании приведенных выше результатов можно сделать вывод, что первый штамм GI-23 был идентифицирован в Польше в декабре 2015 года, и в течение следующих 6 месяцев он составлял более 25% всех обнаруженных ИБК, за исключением штаммов GI-13 (793B-подобный) и GI-19 (QX-подобный), на которые приходится 48% и 25% всех положительных реакций, соответственно. Филогенетический анализ гена S1 показал, что польские штаммы GI-23 (Var2-подобные) сгруппированы вместе с аналогичными ближневосточными штаммами, но имеют дополнительные изменения нуклеотидов по сравнению с израильским вакцинным штаммом IS/1494/06. Некоторые из этих изменений были выявлены в штаммах ИБК Var2, обнаруженных в Турции или Египте (например, CLEVB-2/IBV/012 и TR8 под номерами в GenBank JX173488 и KP259312, соответственно) (Zanaty et al., 2016), однако некоторые из них (на позиции 93 и 317) имели характерное сходство с польскими штаммами.
Чтобы получить более полное представление о характеристиках польских штаммов линии GI-23 ИБК, изоляция вируса положительного образца с высокой вирусной нагрузкой (gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016) была проведена путем инокуляции 9-дневного специфического, не содержащего патогенов, яйца (SPF) с зародышем (VALO BioMEDIA, Германия) отфильтрованным положительным материалом IBI GI-23, обнаруженным в почках бройлеров 6-недельного возраста в марте 2016 года (OIE, 2016). Уже в первом пассаже в инфицированных яйцах наблюдались типичные поражения, такие как скручивание, карликовость и задержка роста эмбрионов. Для воспроизведения полного генома, РНК, экстрагированную из аллантоисной жидкости, секвенировали с использованием технологии Illumina MiSeq (Illumina Inc., Сан-Диего, США), которая была предложена ранее упомянутой коммерческой службой. Банк РНК-вируса готовили с помощью набора для подготовки банка NEBNext Ultra RNA для Illumina (New England BioLabs GmbH, Германия). Затем они были проверены и определены количественно с использованием Bioanalyser и ПЦР в реальном времени.
Секвенирование было выполнено по технологии cпаренного конца с использованием набора реагентов MiSeq V2 (Illumina Inc, Сан-Диего, США). CLC Genomics Workbench v7.0 использовался для анализа данных MiSeq. Полученная полная последовательность генома выделенного вируса gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 была предоставлена в GenBank (под регистрационным номером KY047602). Полноразмерный геном состоял из 27596 нуклеотидов и имел типичную для ИБК организацию (UTR5′-POl-S-3a-3b-E-M-4b-4c-5a-5b-N-UTR3′) (рис. 2). Нуклеотидный состав секвенированного штамма ИБК содержит 28,9% A, 21,9% G, 33% T и 16,3% C. Содержание G/C составляет 38,2%. Ген 1 длиной 19827 нт состоит из ORF (открытая рамка считывания) 1a из 11853 нт и ORF 1b из 7974 нт. Между геном 1 и геном 2 перекрытие составляет 65 нт. Ген 2 имеет длину 3492 нт с одной ORF, которая кодирует S-гликопротеин, который расщепляется на две субъединицы S1 (1601 нт) и S2 (1891 нт), кодирующие 533 и 630 аа, соответственно. Существует перекрытие 1 нт между геном 2 и геном 3. Ген 3 имеет 674 нт и состоит из 3 перекрывающихся ORF, которые кодируют 2 вспомогательных белка, 3a и 3b, и белок структурной оболочки E длиной 174, 192 и 285 нуклеотидов и 57, 63 и 94 аминокислот, соответственно. Между 3a-3b и 3b-E перекрытие составляет 1 и 20 нт, соответственно. Между генами 3 и 4 перекрытие составляет 54 нт. Ген 4 имеет длину 1040 нт и содержит три ORF, которые кодируют белок М из 226 аа и 4b и 4с белки 94 аа и 52 аа, соответственно. Между 4b и 4с перекрытие составляет 78 нт. Между генами 4 и 5 перекрытие состоит из 3 нт. Ген 5 содержит 443 нт и состоит из 2 перекрывающихся ORF: ORF5a и ORF5b, длина которых составляет 198 и 249 нт, соответственно (из белков 65 и 82 аа). Существует перекрытие 58 нт между геном 5 и геном 6. Ген 6 длиной 1230 нт кодирует N-белок 409 аа. Нетранслируемые области (UTR) на 5’ и 3’ концах генома имеют длину 481 и 509 нт, соответственно.
Филогенетический анализ полного генома был проведен для изучения взаимосвязи полученного ИБК gammaCoV/Ck/PL/G052/2016 с различными гамма-коронавирусами, загруженными из GenBank (из 190 доступных отобрали 76 ИБК, которые представляют все континенты и линии, если это возможно, 3 штамма TCoV, включая североамериканский и европейский, и единственный доступный штамм GfCoV). Полный геном показал самую высокую идентичность (90,7%) с последовательностями штаммов ArkDPI11 и вакциной Mass41 и самую низкую (83,1%) с последовательностью генов китайского ИБК CK/CH/SD09/005 (Файл S2). Последовательности отдельных генов имеют различную степень сходства с различными штаммами ИБК. Только гены 4 и 5 gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 имеют самое высокое сходство последовательностей нуклеотидов и аминокислот в диапазоне 97,6–99,5% и 97,3–99,4%, соответственно, со штаммом ИБК Ukr27-11. Идентичность нуклеотидов и аминокислот гена 1 достигла наивысшего уровня 92,5% и 95,6%, соответственно, со штаммом ИБК CK/CH/LDL/110931. Ген 6 показал наибольшее значение сходства нуклеотидов на 92,7% и аминокислот на 94,6% со штаммами CK/CH/LSD/110410 и СК/CH/LHB/130927. Топология филогенетического дерева на основе гена S1 позволила классифицировать штамм как линия GI-23, в то время как ген S2 выявил наибольшее сходство нуклеотидов и аминокислот (90,2% и 92,8%, соответственно) с итальянским штаммом QX ITA/90254/2005, которые принадлежат к линии GI-19. Наименьшее сходство с известными последовательностями ИБК наблюдалось для гена 3 gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 (88,7%), тогда как 5 ‘и 3’UTR были областями с наибольшим сходством нуклеотидов с другими последовательностями ИБК (98,4% и 99,5%). Низкое сходство на уровне нуклеотидов было подтверждено нашим филогенетическим анализом полноразмерных геномов gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 и штаммов, перечисленных в файле S2. Он образовал отдельную ветвь, отличную от всех полноразмерных последовательностей генома, проанализированных в этом исследовании, что может указывать на то, что gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 отдаленно связана со всеми известными штаммами ИБК (рис. 3).
Чтобы обнаружить какие-либо события рекомбинации в геноме gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016, полный геном из 15 репрезентативных последовательностей был выбран путем выполнения поиска BLAST различных фрагментов генома польского вируса. Последовательности с наибольшей идентичностью были отобраны и проанализированы с использованием методов RDP, Geneconv, Maxchi, BootScan, 3Seq и Chimaera, доступных в пакете RDP v.4 (Martin et al., 2015). Мы считали истинными только события рекомбинации, идентифицированные по крайней мере тремя различными способами с p-значением ниже 1,0 × 10E-10.
Таблица 1
Точки прерывания рекомбинации, длины фрагментов, гены, потенциальные родители в геноме gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016.
Начало | Конец | Длина фрагмента | Ген | Потенциальный родитель | Метод обнаружения с p-значением ниже 10E-10 (10Na) |
5789 | 7683 | 1895 | 1a | H120 (GI-1) | RDP (1E-45), GENECONV (10E-45), BootScan (10E-48), MaxChi (10E-16), Chimaera (10E-16), SiScan (10E-26) |
18906 | 19386 | 481 | 1b | ITA/90254/2005 (GI-19) | GENECONV (10E-25), MaxChi (10E-13), Chimaera (10E-11), SiScan (10E-24) |
19416 | 19986 | 571 | 1b | Conn (GI-1) | RDP (1E-15), GENECONV (10E-14), BootScan (10E-11), SiScan (10E-13) |
26946 | 27405 | 460 | N | 4/91 (GI-13) | RDP (1E-43), GENECONV (10E-55), BootScan (10E-44), MaxChi (10E-13), SiScan (10E-25) |
aэкспоненциальное представление числа.
Наш анализ предсказал четыре предполагаемых рекомбинантных региона в генах 1 и 6 (pol 1a, 1b и N) из нуклеотида 5781–7683, 18906–19386, 19416–19986 и 26946–27405, которые, по-видимому, были приобретены в результате событий рекомбинации с вирусами, принадлежащими к линиям GI-1 (как штаммы H120, Conn и M41), GI-13 (штамм 4/91) и GI-23 (штамм ITA/90254/2005). Большинство этих рекомбинантных областей были относительно короткими (от 460 до 571 нт), однако одна была длиной 1895 нт (Таблица 1). О подобных положениях рекомбинации в белках 1a, 1b и N уже сообщалось ранее (Abro et al., 2012; Wu et al., 2016; Xu et al., 2016). Чтобы подтвердить эти точки прерывания рекомбинации, были построены семь филогенетических деревьев для следующих нуклеотидных фрагментов: 0–5780, 5781–7683, 7684–18905, 18906–19386, 19416–19986, 19987–26946, 26947–27405 (файлы S3 – S9). Только филогенетическое древо, полученное для региона 26947–27405 (Файл S9), явно подтвердило результаты анализа RDP, при этом польский вирус показал сходство на 99,8% с вакцинным штаммом 4/91. В отличие от этого, во всех других филогениях длинные ветви, которые отделяют gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 от последовательностей родительских штаммов, затрудняют оценку происхождения различных фрагментов, хотя они явно демонстрируют различную кластеризацию в разных филогениях (файлы S3-S8). Следует отметить, что трое из потенциальных родителей рекомбинации (H120, Conn и 4/91) являются вакцинными штаммами, и некоторые из них широко используются как в Польше, так и в странах ближневосточного региона (Even-Chen et al. al., 2014; Hosseini et al., 2015; Hussein et al., 2014; Kahya et al., 2013). Произошли ли эти рекомбинации в ближневосточном регионе или в Польше, можно оценить путем сравнения целых последовательностей вирусов из разных регионов, которые, однако, в настоящее время недоступны из-за отсутствия таких геномов в общедоступной базе данных. Штаммы GI-23, по-видимому, очень склонны к рекомбинации. Не так давно многочисленные подобные события были выявлены в гене S1 египетского штамма IBV-EG/1586CV-2015, который, вероятно, произошел из двух различных вариантов линии GI-23 (Zanaty et al., 2016). Мы также обнаружили интересное разветвление филогенетического дерева на основе области ORF1ab (7684–18905 нт, файл S5), которое содержало польский штамм GI-23 и европейские TCoV, GfCoV и ИБК линии GI-19 (ITA / 90254/2005 и CK/SWE/0658946/10). Такая корреляция во фрагменте генома недавно выдвинула гипотезу о том, что GfCoV может быть предком итальянского штамма QX (Brown et al., 2016). Цесарки являются местными птицами в Африке, на континенте, соседствующем с Ближним Востоком, и нельзя исключать, что вирусы, заражающие этих животных, были также предками польского представителя генетической линии GI-23 ИБК, штамм gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016.
В заключение, наши данные демонстрируют, что линия GI-23 ИБК (Var2-подобная), которая циркулировала в течение последних 20 лет в ближневосточном регионе, проникла в Польшу и стала одним из преобладающих среди таких вариантов ИБК, как GI-13 (793B-подобный) и GI-19 (QX-подобный). Источник появления этого нового вируса среди популяции кур в Польше неизвестен. Анализ полноразмерного генома польского вируса ИБ генетической линии GI-23 показал, что часть его фрагмента довольно отдаленно связана с другим ИБК, но некоторые происходят из широко известных штаммов ИБК. Филогенетический анализ gammaCoV/Ck/Poland/G052/2016 показал, что этот изолят оказался как мозаика, и его предполагаемые родители происходят от Mass-подобных, 793B-подобных и QX-подобных штаммов. Информация о полном геноме вирусов GI-23 с Ближнего Востока обеспечит лучшее понимание происхождения последовательности в Польше. Однако, насколько известно авторам, в общедоступной базе данных нет таких последовательностей. Представленные данные расширяют наши знания о характеристиках генетической линии GI-23 ИБК.
Б Л А Г О Д А Р Н О С Т И
Это исследование поддержал KNOW (Ведущий национальный исследовательский центр), Научный консорциум «Здоровое животное – безопасная пища», решение Министерства науки и высшего образования № 05-1/ KNOW2/2015.
Приложение A.
Дополнительные данные к этой статье можно найти в электронной версии по ссылке
http://dx.doi.org/10.1016/j.virusres.2017.09.010.
Л И Т Е Р А Т У Р А