Evolutionary variability of Influenza B viruses in Russian Federation in 2005-2012

Abstract

Specific traits of influenza B viruses circulation in Russia and worldwide in 2005-2012 were studied and the Amount of influenza B viruses in the whole population of influenza viruses isolated in Russia was estimated. The trend toward antigenic drift for both victoria and Yamagata lineages was characterized. The genetic analysis revealed amino acid changes that influenced the antigenic properties of the viruses. The match of the epidemic isolates and vaccine strains was corroborated.

Full Text

Введение. Эпидемии гриппа происходят ежегодно и регистрируются в различных частях мира вследствие непрерывной изменчивости вирусов гриппа типов А и В. Удельный вес гриппа В среди острых респираторных вирусных инфекций достаточно велик, нередко заболевания, вызванные этим возбудителем, протекают тяжело, иногда со смертельным исходом. Работа посвящена анализу данных лабораторного надзора за циркуляцией вирусов гриппа типа В на территории России с 2005 по 2012 г. Лабораторные исследования проводились сотрудниками Федерального центра по надзору за гриппом (ФЦГ), функционирующего на базе ФГБУ НИИ гриппа и его базовых вирусологических лабораторий (БВЛ), работающих в ФБУ Центры гигиены и эпидемиологии Роспотреб-надзора РФ. Исследования, включающие выделение вирусов гриппа, определение их антигенных и молекулярно-генетических свойств, необходимы для анализа эволюционной изменчивости этих возбудителей с целью создания эффективных средств диагностики и профилактики гриппозной инфекции. Материалы и методы Материал для выделения вирусов гриппа (назофарингеальные мазки) был получен из больниц и поликлиник Санкт-Петербурга, а также из БВЛ ФЦГ Выделение вирусов проводили в клеточной культуре MDCK, полученной из референс-центра ВОЗ (CDC, Атланта, США), и на 10-дневных куриных эмбрионах (КЭ), поставляемых ООО "Племрепродуктор" [3]. Реакцию гемагглютинации (РГА) и реакцию торможения гемагглютинации (РТГА) ставили по методике, рекомендованной ВОЗ, с использованием 0,75% взвеси человеческих эритроцитов группы крови 0(I) или 0,5% взвеси куриных эритроцитов в случае вирусов, выделенных на КЭ [3]. Животные. Для получения диагностических сывороток были использованы белые беспородные крысы массой 300-400 г. Животные предоставлены питомником АМН РФ "Рапполово". Сыворотки. При идентификации эпидемических изолятов использовали гипериммунные диагностические сыворотки крови крупного рогатого скота или овец, присылаемые ежегодно референс-центром ВОЗ. Для антигенного анализа применяли гипериммунные к эпидемическим штаммам и референс-штаммам вируса гриппа крысиные сыворотки. Молекулярно-генетический анализ. Выделение РНК вирусов гриппа В осуществляли с помощью набора QIAampViral RNA Mini Kit ("Qiagen"). Обратную транскрипцию РНК проводили в течение 40 мин при 37oC со случайными гексамерными праймерами с применением коммерческого набора "Реверта-L" (ЦНИИЭ, Россия). Для амплификации использовали полимеразу ДиаТак ("Интерлабсервис", Россия). Прямое секвенирование выполняли с помощью набора BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit ("Applied Таблица 1 Эпидемический сезон, гг. Период взятия материала Количество выделенных штаммов вируса гриппа В % от общего числа выделенных вирусов гриппа Антигенная принадлежность выделенных штаммов Вакцинный штамм вируса гриппа В Территория выделения 2004-2005 Декабрь 2004 г. -апрель 2005 г. 100 50,3 В/Шанхай/361/02-подобные (46,4%) (Ямагатская линия), В/Гонконг/330/01-подобные (53,6%) (Викторианская линия) В/Шанхай/361/02-подобные (Ямагат-ская линия) 15 городов (все федеральные округа) 2005-2006 Январь 2006 г. -май 2006 г. 109 33,6 В/Малайзия/2506/04-подобные (100%) (Викторианская линия) В/Шанхай/361/02-подобные (Ямагат-ская линия) 12 городов (Дальневосточный, Сибирский, Северо-Западный, Уральский, Приволжский и Центральный федеральные округа) 2006-2007 Январь 2007 г. - май 2007 г. 95 18,45 В/Малайзия/2506/04-подобные (94,7%) (Викторианская линия), В/ Флорида/07/04-подобные (5,3%) (Ямагатская линия) В/Малайзия/25 06/04-подобные (Викторианская линия) 13 городов (все федеральные округа) 2007-2008 Январь 2008 г.-май 2008 г. 278 40,6 В/Флорида/04/06-подобные (99,3 %) (Ямагатская линия), В/Малайзия/2506/04-подобные (0,7%) (Викторианская линия) В/Малайзия/ 2506/04-подобные (Викторианская линия) 18 городов (все федеральные округа) 2008-2009 Январь 2009 г.-май 2009 г. 145 25,6 В/Брисбен/60/08-подобные (100%) (Викторианская линия) В/Флорида/04/06-подобные (Ямагат-ская линия) 7 городов (Сибирский, Северо-Западный, Уральский, Приволжский и Центральный федеральные округа) 2009-2010 Февраль 2010 г.-май 2010 г. 36 8,0 В/Брисбен/60/08-подобные (100%) (Викторианская линия) В/Брисбен/60/08-подобные (Викторианская линия) 5 городов (Дальневосточный, Сибирский, Северо-Западный, Уральский и Центральный федеральные округа) 2010-2011 Декабрь 2010 г.-апрель 2011 г. 136 43,8 В/Брисбен/60/08-подобные (100%) (Викторианская линия) В/Брисбен/60/08-подобные (Викторианская линия) 15 городов (Сибирский, Северо-Западный, Уральский, Приволжский, Центральный, Южный федеральные округа) 2011-2012 Дата идентификации 27.04.12 15 (на 27.04.2012) 115,2 (на 27.04.2012) В/Висконсин/1/10-подобные (40%) (Ямагатская линия), В/ Брисбен/60/08-подобные 60% В/Брисбен/60/08-подобные (Викторианская линия) 2 города (Сибирский, Северо-западный федеральные округа) Всего... 911 27,2 65,3% - Викторианская Изоляция вирусов гриппа В в России в 2005-2012 гг. (по данным ФЦГ) линия, 34,7% - Ямагатская линия Biosystems", США) с применением генетического анализатора GA3130 ("Applied Biosystems", США). Результаты и обсуждение Возбудители гриппа В делятся на 2 антигенно и генетически отличные группы - Ямагатскую и Викторианскую (эталонные штаммы В/Виктория/2/87 и В/Ямагата 16/88) [6]. В/Виктория /2/87-подобные вирусы циркулировали в России до 1993 г., затем их не выделяли в стране в течение 10 лет, в этот период выявлялись представители Ямагатской ветви возбудителя. Возобновление циркуляции Викторианских вирусов в России было зарегистрировано в 2003 г. [1]. С декабря 2004 по апрель 2012 г. вирусы гриппа В активно циркулировали в России. Было изучено 911 эпидемических штаммов, выделенных сотрудниками БВЛ во всех регионах (табл. 1). Удельный вес этих возбудителей от общего количества всех выделенных в стране вирусов гриппа на протяжении 8 эпидемических сезонов колебался от 8 до 50,3% и составил в среднем 27,2%. Вирусы гриппа типа В выделялись в основном от заболевших в январе - апреле, изоляция этих возбудителей была наиболее эффективной на клеточной культуре MDCK. В эпидемический сезон 2004-2005 гг. удельный вес вирусов гриппа В составил 50,3% от общего количества выделенных вирусов гриппа, представители обеих эволюционных ветвей - Ямагатской и Викторианской - встречались примерно с равной частотой (см. табл. 1). По антигенной структуре вирусы Викторианской линии были подобны штамму В/Гонконг/330/01, а вирусы Ямагатской ветви - вакцинному штамму В/Шанхай/361/02, рекомендованному на сезон 2004 2005 гг. Эпидемические сезоны 2005-2006 и 2006-2007 гг. характеризовались распространением в мире и России дрейф-вариантов вируса гриппа В Викторианской разновидности, подобных эталонному штамму В/Малайзия/2506/04, сменивших В/Гонконг/330/01-подобные вирусы. В табл. 2 представлены изменения в молекулах гемагглютинина этого эталона, а также репрезентативных российских изолятов, выделенных в 2006-2007 гг., - В/Мурманск/57/06 и В/СПб/18/07, затронувшие ряд позиций, влияющих на антигенные свойства вирусов гриппа В. В 120-й петле произошли аминокислотные замены: аргинина на гистидин (R116H), аспарагина на треонин (N121T), не сопровождавшиеся сменой заряда аминокислот, и замена лизина на аспарагин в 129-м положении (K129N) сопровождалась сменой заряда аминокислоты с положительного на нейтральный. В районе 160-й петли замена глутаминовой кислоты на аспарагиновую (Е1640) также не сопровождалась сменой заряда аминокислоты. Кроме этих замен, изменения затронули 48-е и 80-е положения: К48Е и K80R. Сравнение аминокислотных последовательностей НА1 эталонных и эпидемических российских линии Таблица 2 вирусов гриппа В Викторианской Аминокислотная позиция Эпидемический сезон, гг. Штаммы вирусов гриппа В 120-я петля 150-я петля 160-я петля 190-я петля 48 58 75 80 116 121 129 146 164 165 172 197 199 279 314 339 347 Эталонные штаммы В/Гонконг/330/01 K L N K R N K V E N S N T R H Р R В/Шандонг/7/97 K L N K H T K V D N S N T R H Р R В/Малайзия/2506/04 Е L N R H T N V D N S N T R H Р R 2005-2006 В/Мурманск/57/06 Е L N R H T N V D N S н.д н.д н.д н.д н.д н.д 2006-2007 В/СПб/18/07 Е L N R H T N V D N S н.д н.д н.д н.д н.д н.д Эталонный штамм В/Брисбен/60/08 E L K R H T N I D K P S Т R Н P R 2008-2009 В/Калининград/65/09 Е L K R H T N I D K P N А R H P R В/СПб/109/09 Е L K R H T N I D K P N Т R H P R В/СПб/208/09 Е L K R H T N I I K P N Т K H P K В/СПб/224/09 Е L K R H T N I D K P N T K H L R 2009-2010 В/Архангельск/1/10 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/Екатеринбург/2/10 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/Иркутск/3/10 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/Тула/1/10 Е P K R H T N V D K P N T R Y P R В/Москва/24/10 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R 2010-2011 В/Мурманск/2/10 Е P K R H T N V D K P K T R H Р R В/СПб/23/10 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/Ставрополь/7/11 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/СПб/13/11 Е P K R H T N V D K P N T R H Р R В/Калининград/21/11 Е P K R H T N V D K P N I R0 H P R Произошедшие дрейфовые изменения в молекуле гемагглютинина существенно изменили антигенные свойства В/Малайзия/2506/04-подобных штаммов. Эти вирусы получили широкое распространение в России на протяжении эпидемических сезонов 2005 2006 и 2006-2007 гг. и временно вытеснили из циркуляции вирусы Ямагатской разновидности. Представители Ямагатской линии в свою очередь доминировали в России в 2007-2008 гг., когда на смену вирусам, подобным эталону В/Шанхай/361/02, пришли дрейф-варианты, сходные с вирусом В/Флорида/04/06, характеризовавшиеся генетическими изменениями в антигенно значимых областях (150-я петля - аминокислотная замена S1501, 160-я петля - N165Y) (табл. 3). Удельный вес этих штаммов составил 40,6% от общего количества всех возбудителей гриппа, изолированных в России (см. табл. 1). Эпидемический сезон 2008-2009 гг. и последующие 2 сезона (2009-2010 и 2010-2011 гг.) ознаменовались возобновлением активной циркуляции в России вирусов Викторианской линии, у которых произошли значимые изменения антигенных свойств. Все вирусы полностью утратили сродство с вакцинным штаммом предыдущих лет В/Малайзия/2506/04 и не взаимодействовали с антисывороткой к нему в РТГА. Антигенно изоляты были подобны новому эталонному штамму В/Брисбен/60/08. Генетический анализ штаммов вируса гриппа, выделенных в 2009-2011 гг., подтвердил, что все они относились к Викторианской линии, клайды 111-ii, или Брисбен/60/08-подобным штаммам с характерными аминокислотными заменами (VI461, N165K) в гемагглютинине, затрагивающими антигенные области (150-я и 160-я петля) (см. табл 2). Несмо- Таблица 3 := о к С* В а я и ц к у р и в х и к с := и с с о р х и к с е ч - “ CD S Ч© ^ ^ 1= О ^ •Л V ^ 1= < — := Л теа вао д е сле о п х ы п п и гр 2 к/ с р и 0 к/0 с р и б и с о в о /Н В/ ^ — 8 £ I * ах чу анх ы и S3 В/ В/ /6 ь/ н а аах р т с с/А В/ 7 9 а/ р 6 а/ д &ш и лу/Т В/ /В В/ м м а т Н в а р т ш := ы -2 7 о л а т m д и п Э Е Е Е ы Е ы ы ы ы ы Е K K K K K K K ы > > > V > V V V V V > V о Ой о о О о О О О О О о > > S M S M M M M M S M о < о а О Q Q Q Q а о Q о О се а о Q а Q Q а о Q Z Z Z £ Z £ £ Ъ Ъ £ се S о о Z £ Z £ ъ Ъ Ъ ъ Z £ о о о о о о о О О о О О w Е Е ы Е ы ы ы ы ы Е ы >Н >Н >Н >- >Н >- >- >- >- >- >Н Z Z Z £ Z £ £ Z £ Z Z Z >- >Н >- >- >- >- >- >Н о о о Q о Q Q Q Q Q о Q се се се S K £ K K K K K K K K K K о о О Q о Q Q Q Q а о Q н н н Т н А Т Т Т Т н Т Z Z Z £ Z £ £ Ъ Ъ £ Z K Ой ой м R ой R R R R R ой K н н н Н н Н Н Н Н н н Н о о о Q о Q Q Q Q Q о Q Ой ой ой R ой R R R R R ой R Я > я H > Н >- >- >- >- > г^ 'О о “ о /0 4/ /0 7/ ТГ 0 а/0 д и р о лоФ т шт := ы о л а т m 5 В/ тря на то что в течение двух эпидемических сезонов (2009-2010 и 2010-2011 гг.) в России, как и во всем мире, доминировал пандемический вирус A/H1N1/pdm09, вирусы гриппа В полностью не были вытеснены из циркуляции, их доля в общем количестве всех изолятов по данным ФЦГ составила 8% в 2009-2010 гг. и 43,8% в 2010-2011 гг. Эпидемический сезон 2011-2012 гг. характеризовался совместной циркуляцией вирусов гриппа В Викторианской и Ямагатской эволюционных линий [4]. Викторианские штаммы по антигенным и молекулярно-генетическим характеристикам были подобны вакцинному штамму В/Брисбен/60/08, а Ямагатские вирусы приобрели аминокислотную замену, расположенную в антигенной области 190-й петли, - N202S и были подобны эталону В/Висконсин/1/10 (см. табл. 3), что существенно не повлияло на антигенные свойства этих возбудителей - они были подобны вакцинному штамму В/Флорида/04/06. Таким образом, эволюционные изменения у вирусов гриппа В, циркулировавших в России, как и в мире, с 2005 по 2012 г., происходили за счет непрерывных дрейфовых изменений в молекуле гемагглютинина. Эти возбудители успешно выживали благодаря чередованию представителей двух эволюционных линий, причем отличительной особенностью вирусов гриппа В, циркулировавших в России в последнее десятилетие, являлась более частая смена Викторианских и Ямагатских вирусов -примерно каждые 2-3 года. Ранее периоды доминирования были более длительными: до 1993 г. в России циркулировали исключительно Викторианские, а на протяжении десятилетия с 1993 по 2003 г. - только Ямагатские вирусы [1, 2]. Антигенный дрейф российских эпидемических вирусов гриппа В Викторианской линии, выделенных с 2005 по 2012 г., шел в том же направлении, как и у гемагглютинина эталонов этой группы в мире: В/Гонконг/330/01 -В/Малайзия/2506/04 - В/Брисбен/60/08. В Яма-гатской группе наблюдался антигенный дрейф в направлении: В/Шанхай/361/02 - В/Флорида/04/06 - В/Висконсин/1/10. Современные вирусы гриппа В Викторианской разновидности претерпели более существенные антигенные изменения, что в свою очередь привело к более интенсивной циркуляции этих возбудителей в сравнении с Яма-гатскими штаммами. В 2005-2012 гг. на территории России Викторианские штаммы преобладали над Ямагатскими в 5 эпидемических сезонах из 8. Вирусы Викторианской ветви значительно чаще выделяли от больных, их удельный вес составил 65,3% от всего количества изолированных вирусов гриппа В. Особенности эволюционной изменчивости современных вирусов гриппа типа В - чередование представителей двух антигенно и генетически отличных групп - создает трудности при прогнозировании этого компонента в составе сезонных гриппозных вакцин. В период 2005-2012 гг. в 3 случаях из 8 вакцинные штаммы вируса гриппа В в составе сезонных вакцин в России и других странах [5] не соответствовали циркулирующим эпидемическим изолятам (в табл. 1 выделены жирным шрифтом). В связи с этим дальнейшее изучение закономерностей эволюции вирусов гриппа В и особенностей их циркуляции важно для создания эффективных средств профилактики и диагностики гриппа. Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам вирусологических лабораторий Центров гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора России за присланные изоляты, а также доктору А. Нау, доктору J. McCauley (Национальный институт медицинских исследований, Лондон, Великобритания) и проф. А. А. Климову (CDC, Атланта) за проведение антигенного и генетического анализа отдельных эпидемических штаммов вируса гриппа В.