Reassortant strains of Rotavirus A (Sedoreoviridae: Rotavirus: Rotavirus A): the role of animal rotaviruses in the emergence of new human rotavirus variants

Full Text

Введение

Ротавирус (РВ) вида Rotavirus А (РВА, род Rotavirus, семейство Sedoreoviridae, порядок Reovirales, класс Resentoviricetes, тип Duplornaviricota) является важным кишечным патогеном, вызывающим острый гастроэнтерит у детей первых лет жизни и молодняка животных. Вирион вируса представляет собой безоболочечную трехслойную частицу размером приблизительно 100 нм, геном состоит из 11 сегментов двунитевой РНК (днРНК). Сегментированный геном обуславливает способность РВ к реассортации. При одновременном инфицировании клетки двумя или более штаммами РВ гены с разной специфичностью могут группироваться независимо друг от друга, обеспечивая генетическое разнообразие потомства [1].

Долгое время естественный резервуар РВ в природе оставался неизвестным. Однако к настоящему времени имеется информация об обнаружении у людей штаммов РВ животных, и наоборот, что может быть связано как с прямой межвидовой передачей, так и/или обменом сегментами днРНК посредством реассортации [2].

С учетом накопленных данных о серотиповом и генетическом разнообразии РВА, для их характеристики было предложено несколько систем классификации. Исторически первая, бинарная, классификация учитывает особенности двух генов, кодирующих белки наружного капсида вириона VP7 и VP4, на основе которых определяют G (гликопротеин) и P (протеазочувствительный) генотипы соответственно [1]. На сегодняшний день известно 42 G- и 58 P-генотипов, а также описано не менее 73 G[P]-комбинаций у РВА, инфицирующих людей [3]. Во всем мире чаще всего встречаются 6 G[P] типов РВА: G1P[8], G2P[4], G3P[8], G4P[8], G9P[8] и G12P[8] [4]. К менее распространенным относят G9P[4], G9P[9], G8P[8], G2P[8], G6P[9], G4P[4], G3P[9] и др., на долю которых приходится примерно 5% всех случаев инфекции [5].

Некоторые G- и P-генотипы непосредственно связаны с РВ животных. Например, штаммы РВА со специфичностью G6 редко обнаруживаются у людей, но данный генотип наиболее распространен у РВ крупного рогатого скота [6]. РВА генотипа G3, помимо человека, может быть обнаружен у нескольких видов хозяев, включая кроликов, обезьян, свиней, птиц, кошек, собак, лошадей, мышей, коров и ягнят [1, 7]. Генотипы P[3] и P[9] считаются типичными для штаммов РВА кошек и собак [8, 9].

Изучение эволюционной связи между РВА человека и животных стало возможно после введения полногеномной классификации. В отличие от бинарной, она охватывает все 11 генов вируса и позволяет отнести каждый сегмент к определенному генотипу. Для описания полного генотипа используют акроним Gx-P[x]-Ix-Rx-Cx-Mx-Ax-Nx-Tx-Ex-Hx для генов, кодирующих белки VP7-VP4-VP6-VP1-VP2-VP3-NSP1-NSP2-NSP3-NSP4-NSP5/NSP6 соответственно, где x указывает номера соответствующих генотипов [10].

Помимо идентификации генотипов для каждого гена РВ, эта комплексная система классификации позволила провести полное сравнение данных генома штаммов разных генотипов. На первых этапах изучения разнообразия РВ геномные исследования в комплексе с серологической характеристикой на основе гена VP6 [11] позволили разделить РВА на 3 генетически не связанные между собой геногруппы: Wa-, DS-1- и AU-1-подбную [13].

Наиболее распространенные в мире генотипы G1, G3, G4, G9, G12 и P[8] обычно ассоциируются с первой или Wa-подобной геногруппой (G1/G3/G4/G9-P[8]-I1-R1-C1-M1-A1-N1-T1-E1-H1). Они имеют общие гены VP1‒VP3 и NSP1‒NSP5 со штаммами РВ свиней. Гены VP4, VP7 и VP6 Wa-подобных штаммов РВА человека в основном обладают генотипами G1, G3, G4 или G9 в комбинации с P[8]-I1, тогда как для РВ свиней характерны генотипы G5 или G11 в комбинации с P[7]-I5. РВ со специфичностью G1, G3, G4, G5, G9, G12 и G5, G11 заражают как свиней, так и людей. Тот факт, что гены VP4, VP7 и VP6 частично различаются между Wa-подобными штаммами РВА человека и штаммами РВ свиней, может быть объяснено различным селективным давлением у разных видов хозяев. В совокупности эти данные свидетельствуют об общем происхождении Wa-подобных штаммов человека и РВ свиней [14].

Штаммы генотипа G2P[4], в свою очередь, относятся ко второй, или DS-1-подобной геногруппе (G2-P[4]-I2-R2-C2-M2-A2-N2-T2-E2-H2). Они разделяют большинство своих генов, а именно VP6, VP1, VP2, VP3, NSP2 и NSP4, со штаммами РВ крупного рогатого скота. У DS-1-подобных РВА человека для генов VP7 и VP4 характерны генотипы G2 и P[4]. У РВ крупного рогатого скота обычно встречаются G6, G8 и G10 и P[5] и P[11]. Такие различия также могут быть обусловлены различным селективным давлением у этих двух видов хозяев. Для генов NSP1, NSP3 и NSP5/6 штаммов РВ человека и крупного рогатого скота показан видовой диморфизм – A2 и A3, T2 и T6/T7, H2 и H3 соответственно. Тесная эволюционная связь между DS-1-подобными РВА человека и РВ крупного рогатого скота была описана для генов NSP2, NSP4 и VP3 [14, 15].

Эти две основные геногруппы включают большинство РВ человека, являющихся основой для формирования межгрупповых реассортантных вариантов, которые могут приобретать новые гены от РВ животных. РВ животных играют важную роль в формировании эпидемически значимых штаммов РВА человека. Сообщалось о распространении в Японии G1P[8], в Таиланде G3P[8] и G2P[8] DS-1 подобных межгрупповых реассортантных штаммов. Полногеномные исследования показали, что некоторые штаммы являются мультиреассортантами и несут ряд генов РВ лошадей и крупного рогатого скота [16]. В настоящее время для доминирующего на территории Российской Федерации варианта G3P[8] также показано происхождение от РВ животных. Этот вариант несет в своем составе гены DS-1-подобных РВА человека генотипа, а также гены РВ лошадей и крупного рогатого скота [17].

Третья, AU-1-подобная геногруппа, является минорной и включает РВ генотипов G3P[3], G3P[9] и G6P[9]. Она привлекает внимание происхождением входящих в нее штаммов, которые тесно связаны с РВ животных, в частности с РВ кошек и собак [18].

Целью обзора является анализ опубликованных научных данных о реассортантных РВА человека и животных, входящих в состав AU-1-подобной геногруппы и изученных на основе полного генотипа.

Обнаружение AU-1-подобных штаммов РВА

В 1982 г. в Японии от младенца с острой диареей был выделен штамм (82A001) генотипа G3P[9], получивший название AU-1. В ходе изучения генома методом электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) для него были установлены генетические особенности. Изолят AU-1 имел «длинный» профиль миграции сегментов РНК в ПААГ (ЭФ-тип РНК), но по серологическим характеристикам относился к подгруппе SI [9]. Результат был неожиданным, поскольку РВА человека, характеризующиеся «длинным» ЭФ-типом РНК (быстро мигрирующие сегменты 10‒11), относились к подгруппе SII и серотипам 1, 3 или 4, в то время как РВА, относящиеся к подгруппе SI, имели серотип 2 и «короткий» ЭФ-тип РНК (медленно мигрирующие 10‒11 сегменты) [19, 20]. Результаты РНК-РНК-гибридизации показали, что основная масса генов AU-1 не имела близкого родства с генами других РВА человека, кроме гена VP7. Это исключило вероятность того, что штамм AU-1 является реассортантом между представителями Wa- и DS-1-подобных геногрупп [21]. Было высказано предположение, что штамм AU-1 является РВ животных, который заразил человека, что предполагало способность РВ преодолевать межвидовые барьеры [19, 21].

В 1986 г. путем генетической реассортации двух РВ с разными серологическими и генетическими характеристиками (HN126 – подгруппа SI, серотип 2 и Wa – подгруппа SII, серотип 1) в лабораторных условиях были созданы два новых варианта вируса. Один из них имел «длинный» ЭФ-тип РНК и относился к подгруппе SI, серотипу 1, напоминая штамм AU-1. Второй вариант показал «короткий» ЭФ-тип РНК, принадлежал к подгруппе SII, серотипу 2. Эти результаты позволили предположить возможность реассортации генов РВА в естественных условиях при коинфекциях [22].

Позднее, в 1987 г., в Японии был обнаружен еще один изолят РВА генотипа G3P[9] – AU228 (87Y0228). Он был похож на AU-1, поскольку обладал «длинным» ЭФ-типом РНК и принадлежал к подгруппе SI и серотипу 3. Этот серотип является общим для РВ, выделенных от разных видов, включая обезьян, лошадей, собак, кошек и людей. Штамм AU228 стал еще одним кандидатом на роль РВ животных, заразившим ребенка, помимо AU-1 [23].

В 1989 г. выяснилось, что AU228 был выделен от ребенка, имевшего контакт с кошкой. Изолят был исследован методом РНК-РНК-гибридизации в сравнении с РВ кошек FRV-1 генотипа G3P[9], а также со штаммом AU-1. Он имел высокую гомологию с AU-1, и они оба были тесно связаны с РВ кошек FRV-1. Ранее такое наблюдалось только среди РВ, поражающих хозяев одного вида. Штаммы AU-1 и AU228 стали первым доказательством того, что РВ в природе могут преодолевать межвидовой барьер [18].

Помимо этого, AU-1 и AU228 не были схожи ни с вирусами Wa-подобной, ни DS-1-подобной геногрупп, что указывало на существование среди РВ человека третьей геногруппы, которая получила название AU-1-подобная, по обозначению первого идентифицированного штамма-прототипа. К этой геногруппе впоследствии были отнесены все РВА, имеющие высокую степень гомологии со штаммом AU-1 [12].

Выделение разнородных подгрупп внутри AU-1-подобной геногруппы

В 1990 г. в Израиле был выделен штамм РВА Ro1845 с генотипом G3P[3]. По своим характеристикам (подгруппа SI, серотип 3, «длинный» ЭФ-тип РНК) он был похож на штамм AU-1. С помощью метода РНК-РНК-гибридизации авторы сравнили Ro1845 со всеми известными на тот момент AU-1-подобными РВ человека, но он не показал гомологии ни с одним из них [12].

Изучив генетическую связь штамма Ro1845 с другими РВ человека (Wa, KUN, P, ST3, 69M, WI61), а также с тремя штаммами РВ кошек (FRV-1, Cat2, Cat97), ученые установили, что Ro1845 имел гомологию нуклеотидной последовательности сегментов РНК только с Cat97. Это объясняло отсутствие какой-либо связи с AU-1-подобными РВА, близкими к другому РВ кошек FRV-1. Было выдвинуто предположение о наличии среди AU-1-подобных РВА двух подгрупп: одна связана со штаммами AU-1/FRV-1, другая – с Ro1845/Cat97 [18].

Одновременно с исследованием РВ человека изучали вирусы кошек и собак. В 1993‒1994 гг. в Японии обнаружили три штамма РВ кошек с P[9]-специфичностью (FRV317, FRV381, FRV384). Их сравнивали с РВ человека (AU-1, AU125, AU242, AU387, AU785, AU938 генотипа G3P[9]; PA151 генотипа G6P[9]) [24] и животных (РВ кошек FRV-1 генотипа G3P[9]; РВ крупного рогатого скота 0510 генотипа G6P[5]) [18]. Оказалось, что эти штаммы принадлежат к AU-1-подобной геногруппе, что свидетельствует о циркуляции AU-1-подобных РВ как среди людей, так и кошек. Такие редкие случаи принадлежности РВ разных видов хозяев к одной геногруппе еще раз указывают на возможность межвидовой передачи [25].

После внедрения полногеномной классификации РВА многие AU-1-подобные штаммы стали исследовать повторно. В 2008 г. полный генотип был установлен для штамма AU-1, а позднее для FRV-1. Внутренние гены обоих РВ имели 3-й генотип (табл. 1) [26].

 

Таблица 1. Штаммы-прототипы подгрупп AU-1, Cat97 и BA222

Table 1. Prototype strains of subgroups AU-1, Cat97 and BA222

Штаммы / Strains	Полный генотип / Full genotype
	VP7	VP4	VP6	VP1	VP2	VP3	NSP1	NSP2	NSP3	NSP4	NSP5
Подгруппа AU-1 / Subgroup AU-1
Human-tc/JPN/AU-1/1982	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H3
Cat-wt/JPN/FRV-1/1985	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H3
Подгруппа Cat97 / Subgroup Cat97
Human-tc/ISR/Ro1845/1985	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Human-tc/USA/HCR3A/1984	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-tc/USA/CU-1/1982	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-tc/AUS/K9/1981	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-tc/USA/A79-10/1979	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Cat-wt/AUS/Cat97/1984	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Подгруппа BA222 / Subgroup BA222
Cat-wt/ITA/BA222/2005	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N1	T3	E2	H3
Human-tc/ITA/PAH136/1996	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N1	T6	E2	H3
Human-tc/ITA/PAI58/1996	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T6	E2	H3
Реассортант между Cat97 и BA222 / Reassortant between Cat97 and BA222
Cat-tc/AUS/Cat2/1984	G3	P[9]	I3	R3	C2	M3	A3	N1	T6	E3	H3

 

В 2009 г. были проанализированы геномы штаммов генотипа G3P[3]: два штамма РВА человека (Ro1845 и HCR3A), три штамма РВ собак (CU-1, K9 и A79-10) и штамм Cat97 РВ кошек. Все эти вирусы обладали высококонсервативной геномной констелляцией, отличной от таковой у AU-1/FRV-1 (табл. 1) [27].

Генетические исследования совместно с анализом РНК-РНК-гибридизации подтвердили существование двух подгрупп среди AU-1-подобных РВА. Первая подгруппа (AU-1) включает штамм РВА человека AU-1 и РВ кошек FRV-1. Вторая подгруппа (Cat97) содержит штамм РВ кошек Cat97, штаммы РВ собак CU-1, K9 и A79-10, а также штаммы РВА людей Ro1845 и HCR3A [27, 28].

В 2010 г. были описаны два штамма генотипа G3P[9]: PAH136/96 и PAI58/96, обнаруженные в 1996 г. у детей в Италии. Чтобы понять эволюцию и происхождение этих вирусов были изучены их полные генотипы (табл. 1). Эти штаммы отличались от представителей подгрупп AU-1 и Cat97 и оказались мультиреассортантами, содержащими гены от вирусов кошек, жвачных и редких РВ человека с генотипами G6/G8P[14] [29].

В 2011 г. был изучен штамм ВА222, выделенный в 2005 г. у домашней кошки в Италии (табл. 1). Он оказался генетически связан с итальянскими РВА PAI58/96 и PAH136/96. Мультиреассортантная природа этих штаммов может быть объяснена длительным процессом одомашнивания кошек, которые могли стать резервуаром для генерации реассортантных РВ [6]. Генетическое отличие штаммов BA222, PAI58/96 и PAH136/96 генотипа G3P[9] от представителей подгрупп AU-1 и Cat97 показало существование третьей подгруппы AU-1-подобных РВА ‒ BA222 [30].

Штамм РВ кошек Cat2 не был однозначно отнесен ни к одной из трех вышеописанных групп (табл. 1). Филогенетический анализ показал, что Cat2 может быть естественным реассортантом между РВ, принадлежащими к подгруппам Cat97 и BA222, хотя нельзя исключать и дополнительные события реассортации [30].

Разнообразие современных AU-1-подобных штаммов

Подгруппа AU-1. В состав подгруппы AU-1 входят РВА человека с генотипом G3P[9]. Это довольно редкая комбинация, которая также выявляется у РВ кошек. Представители этой подгруппы не отличаются широким геномным разнообразием. После обнаружения штамма AU-1 долгое время не было сообщений о РВ, обладающих генотипом 3 всех внутренних генов [10]. Позже были выявлены РВА, принадлежащие подгруппе AU-1, но их генотипы не были идентичны штамму AU-1 (табл. 2).

 

Таблица 2. Констелляции полных генотипов представителей подгруппы AU-1

Table 2. Constellations of full genotypes of representatives of the AU-1 subgroup

Штаммы / Strains	Полный генотип / Full genotype
	VP7	VP4	VP6	VP1	VP2	VP3	NSP1	NSP2	NSP3	NSP4	NSP5
Референтные штаммы / Reference strains
Human-tc/JPN/AU-1/1982	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H3
Cat-wt/JPN/FRV-1/1985	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H3
Штаммы, обладающие новыми комбинациями / Strains with new combinations
Human-tc/CHN/L621/2006	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H6
Human-tc/THA/CU-365/2008	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H6
Human-wt/CHN/E2451/2011	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T3	E3	H6
Human-tc/KOR/CAU14-1-262/2014	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T1	E3	H6
Human-wt/JPN/R11-035/2015	G3	P[9]	I3	R3	C3	M3	A3	N3	T1	E3	H6

 

В 2013 г. были представлены первые отчеты об анализе изолятов РВА человека генотипа G3P[9] на основе полного генотипа в Китае (L621 и E2451) и Таиланде (CU365). Китайские штаммы L621 и E2451 были выявлены в 2006 и 2011 гг., а РВА CU365 из Таиланда – в 2008 г. Все штаммы принадлежали подгруппе AU-1, однако продемонстрировали констелляцию полных генотипов, отличающуюся от AU-1 геном NSP5/6, который имел новый генотип Н6 (табл. 2). Филогенетический анализ по гену NSP5/6 показал, что ближайшими родственниками для этих штаммов стали РВ человека и животных генотипа G3P[3], выявленные за пределами Китая и Таиланда [31, 32].

В 2016 г. полный генотип одного штамма – CAU14-1-262 РВА со специфичностью G3P[9], был изучен в Южной Корее. Он был выделен в 2014 г. и демонстрировал новую констелляцию генотипов (табл. 2). CAU14-1-262 имел новый генотип T1 для гена NSP3, а также H6 для NSP5/6. По гену NSP3 штамм был связан с представителями Wa-подобной геногруппы, тогда как ген NSP5/6 был общим с AU-1-подобными штаммами РВА человека с комбинацией G3P[9]-H6 [33].

На примере штаммов, относящихся к подгруппе AU-1, была доказана близкая связь штаммов РВА людей и кошек. Так, в Японии в 2015 г. от 2-летней девочки, ежедневно контактировавшей с кошками, был выделен штамм R11-035. Он был схож с AU-1, за исключением генов NSP3 (T1) и NSP5/6 (H6), и имел гомологичную комбинацию генов с корейским штаммом CAU-14-1-262 (табл. 2). Филогенетический анализ показал, что R11-035 был тесно связан со штаммами РВА человека и кошек, а ген NSP3 (T1) оказался ближе штаммам РВ свиней [34].

Подгруппа Cat97. Для представителей РВА человека подгруппы Cat97 характерен генотип G3P[3]. РВ, несущие специфичность G3P[3], обычно встречаются у животных: собак, кошек, коз, летучих мышей, крупного рогатого скота и обезьян. Все штаммы РВА собак имеют генотип G3P[3], тогда как РВА кошек могут обладать генотипами G3P[9] и G3P[3] [6, 35, 36].

В 2007 г. в Италии был исследован штамм РВА PA260-97, выделенный в 1997 г. у 2-летнего ребенка с гастроэнтеритом. Он отличался от прототипных штаммов подгруппы Cat97 генами VP2 и NSP1, которые имели генотипы C3 и A15, соответственно (табл. 3). PA260-97 разделял ген VP2 со штаммом AU-1. По гену NSP1 PA26097 стал единственным представителем генотипа А15, образовав отдельную ветвь на филогенетическом дереве [37].

 

Таблица 3. Констелляции полных генотипов представителей подгруппы Cat97

Table 3. Constellations of full genotypes of representatives of the Cat97 subgroup

Штаммы / Strains	Полный генотип / Full genotype
	VP7	VP4	VP6	VP1	VP2	VP3	NSP1	NSP2	NSP3	NSP4	NSP5
Референтные штаммы / Reference strains
Dog-tc/USA/A79-10/1979	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-tc/AUS/K9/1981	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-tc/USA/CU-1/1982	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Cat-wt/AUS/Cat97/1984	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Human-tc/USA/HCR3A/1984	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Human-tc/ISR/Ro1845/1985	G3	P[3]	I3	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Штаммы, обладающие новыми комбинациями / Strains with new combinations
Cat-tc/JPN/FRV-348/1990	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A15	N2	T3	E3	H6
Human-tc/ITA/PA260-97/1997	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A15	N2	T3	E3	H6
Horse-wt/ARG/E3198/2008	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N3	T3	E3	H6
Dog-wc/HUN/135/2012	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A15	N2	T3	E3	H6
Bat-tc/THA/MSLH14/2012	G3	P[3]	I8	R3	C3	M3	A9	N3	T3	E3	H6
Bat-wt/ZMB/LUS12-14/2012	G3	P[3]	I3	R2	C2	M3	A9	N2	T3	E2	H3
Human-wt/CHN/M2-102/2014	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N3	T3	E3	H6
Human-wt/JPN/12638/2014	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/BRA/IAL-M202/2017	G3	P[3]	I2	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/BRA/IAL-M214/2017	G3	P[3]	I2	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/BRA/IAL-M414/2017	G3	P[3]	I2	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/THA/CU126/2020	G3	P[3]	I2	R3	C2	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/THA/CU128/2020	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/THA/CU132/2020	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/THA/CU20139/2020	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Dog-wc/THA/CU23379/2020	G3	P[3]	I3	R3	C3	M3	A9	N2	T3	E3	H6
Cat-wc/THA/CU25045/2024	G3	P[3]	I8	R3	C3	M3	A9	N3	T3	E3	H6

 

В период 2012‒2018 гг. изоляты с генотипом G3P[3] выявлялись в разных частях мира у людей, собак, лошадей и летучих мышей. Так, в 2013 г. в Аргентине был изучен штамм РВ лошади E3198. От прототипных штаммов он отличался генами VP2 и NSP2, которые имели генотипы C3 и N3 соответственно (табл. 3). По гену VP2 Е3198 был наиболее тесно связан со штаммом RRV РВ обезьян генотипа G3P[3], выделенным в 1975 г. в США (91,9%). По гену NSP2 E3198 имел отдаленное родство с РВА подгруппы AU-1 [38].

Также в 2013 г. в Таиланде на основе полного генотипа был охарактеризован штамм MSLH14, выделенный в 2012 г. от летучей мыши (табл. 3). Он имел дивергентные гены VP2 (C3), VP6 (I8) и NSP2 (N3). По гену VP2 MSLH14 имел отдаленное родство (86‒88%) с РВА человека, лошадей и кроликов генотипов G3P[3], G3P[14], G3P3[9], включая штамм E3198 из Аргентины. Ген VP6 имел редкий генотип I8 и был наиболее тесно связан с таковым у штамма РВА человека генотипа G3P[3] CMH079 (87%), выделенным в 2005 г. в Таиланде и изученным по генам VP7, VP4, VP6, NSP4 и NSP5/6. На момент 2013 г. эти два штамма были единственными представителя РВА человека генотипа G3P[3] со специфичностью I8. По гену NSP2 MSLH14 был наиболее тесно связан (93%) со штаммом E3198 РВ лошади из Аргентины, а также с двумя РВА человека генотипа G3P[9] из Китая: L621 и E2451 (91%). [39].

В Венгрии в 2015 г. была опубликована характеристика штамма 135 РВА собак с дивергентными генами VP2 (C3) и NSP1 (A15) (табл. 3). Подобная комбинация ранее выявлялась у РВА людей (РА260-97), но у РВА собак была обнаружена впервые. По обоим генам штамм был близок с итальянским РВА человека генотипа G3P[3] PA260-97. На момент 2015 г. эти два штамма являлись единственными РВА, несущими необычный генотип A15 гена NSP1 [40].

В Китае в 2016 г. был изучен штамм M2-102 РВА человека. Он был выделен в 2014 г. и имел аналогичную констелляцию генотипов штамма РВ лошадей E3198 из Аргентины (табл. 3). Филогенетический анализ показал, что дивергентные гены VP2 (C2) и NSP2 (N3) штамма M2-102 были тесно связаны с таковыми у РВ летучих мышей. Ребенок, инфицированный M2-102, был родом из сельской местности, что могло обеспечить естественную среду для реассортации между РВА животных и человека [41].

В Замбии в 2016 г. штамм РВА летучей мыши LUS12-14 генотипа G3P[3] был изучен на основе полного генотипа. Гены VP1 (R2) и NSP4 (E2) LUS12-14 оказались общими с РВА людей и крупного рогатого скота, а NSP5/6 (H3) был общим с AU-1 (табл. 3). Это указывает на межвидовую передачу РВ между летучими мышами и другими млекопитающими с возможными множественными событиями реассортации [42].

В Японии в 2018 г. был исследован штамм РВА человека 12638 генотипа G3P[3], выделенный в 2014 г. (табл. 3). Он отличался от прототипных штаммов подгруппы Cat97 геном VP2, который обладал генотипом C3 и имел наибольше сходство (96,1%) с представителями подгруппы AU-1 [43].

В 2018 г. был изучен японский штамм FRV348 РВ кошек, выявленный в 1990-х гг. (табл. 3). Он принадлежал подгруппе Cat97 и имел новую для РВА кошек констелляцию генотипов, аналогичную РВА собак 135 и РВА человека PA260-97. Генотип A15 гена NSP1 является редким, и только штаммы PA260-97 и 135 до 2018 г. были зарегистрированы как носители этого генотипа. Идентичность нуклеотидной последовательности гена NSP1 между FRV348, 135 и PA260-97 составила порядка 96% [44].

На момент 2020 г. в базе данных GenBank было доступно только 7 полных геномов РВА собак генотипа G3P[3] (штамм; RS15, RV198-95, VR52-96, A79-10, CU-1, K9 и HUN135). В Таиланде в 2020 г. было проведено исследование еще 5 РВ собак генотипа G3P[3] (CU126, CU128, CU132, CU20139 и CU23379). Все они имели совокупность генотипов, которая никогда ранее не регистрировалась у РВ собак, но регистрировалась в 2014 г. у РВА человека 12638 из Японии (табл. 3) [45].

В Бразилии в 2023 г. исследовали 3 штамма РВА собак, выявленные в 2017 г. Они имели генетическую комбинацию, которая никогда не встречалась у РВА собак, кошек и людей генотипа G3P[3] с геном VP6 генотипа I2 (табл. 3) [46].

В Таиланде в 2024 г. был выявлен штамм РВ кошек генотипа G3P[3] CU25045, с комбинацией генов, которая никогда не регистрировалась у кошек, но была выявлена у РВ летучей мыши MSLH14 в Таиланде в 2013 г. (табл. 3). Оба штамма имели другие генотипы генов VP1 (I8), VP2 (С3) и NSP2 (Т3), отличные от прототипов подгруппы Cat97 [47].

Подгруппа BA222. К подгруппе BA222 относятся штаммы РВА человека генотипов G3P[9] и G6P[9]. РВ со специфичностью G6 спорадически выявлялись у людей на протяжении долгих лет. Так, штаммы генотипов G6P[8] и G6P[9] (например, Hun7, BP108, BG76 и BG1506) были выявлены в 1990‒2010 гг. в Венгрии и Болгарии [48]. В 2010 г. РВА генотипа G6P[6] (например, BA346, ES298, 265-BF и BF98) выявлялись у детей в африканских странах, включая Камерун и Буркина-Фасо [49, 50]. Поскольку ген VP7 с генотипом G6 обычно обнаруживался у РВ крупного рогатого скота, предполагалось их соответствующее происхождение, но полные генотипы данных штаммов не изучались.

В 2008 г. в Тунисе у 8-месячного ребенка был выделен штамм 17237. В 2013 г. он был изучен и охарактеризован на основе полного генотипа (табл. 4). В ходе анализа было установлено, что геномная констелляция штамма 17237 была похожа на таковую у референтного PAH136, за исключением гена VP7, который имел генотип G6. Ближайшими родственниками по гену VP7 стали РВА человека генотипа G6P[9] из Италии и Японии [51].

 

Таблица 4. Констелляции полных генотипов представителей подгруппы ВА222

Table 4. Constellations of full genotypes of representatives of the BA222 subgroup

Штаммы / Strains	Полный генотип / Full genotype
	VP7	VP4	VP6	VP1	VP2	VP3	NSP1	NSP2	NSP3	NSP4	NSP5
Референтные штаммы / Reference strains
Cat-wt/ITA/BA222/2005	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N1	T3	E2	H3
Human-tc/ITA/PAH136/1996	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N1	T6	E2	H3
Human-tc/ITA/PAI58/1996	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T6	E2	H3
Штаммы, обладающие новыми комбинациями / Strains with new combinations
Human-wt/TUN/17237/2008	G6	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N1	T6	E2	H3
Human-wt/USA/12US1134/2012	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T1	E2	H3
Cat-wt/JPN/Mie20120017f/2012	G6	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T3	E3	H3
Cat-wt/JPN/Mie20120022f/2012	G6	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T3	E3	H3
Human-tc/KOR/CAU12-2-51/2014	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T3	E3	H3
Human-wt/DEU/GER29-14/2014	G6	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T3	E2	H3
Cat-wt/THA/Meesuk/2021	G3	P[9]	I2	R2	C2	M2	A3	N2	T3	E3	H3

 

Позднее, в 2015‒2016 гг., полные генотипы РВА со специфичностью G3P[9] были изучены в США (12US1134) и Южной Корее (CAU12-2-51). Все они демонстрировали новые констелляции генотипов с генами NSP3 и NSP4 генотипов T1 и E3 соответственно (табл. 4) [52, 53].

Чтобы понять генетические связи между существующими РВ кошек с эволюционной точки зрения в 2015‒2018 гг. вернулись к архивным кошачьим штаммам. Все они имели генотип, идентичный либо штамму AU-1, либо Cat97 [27, 44]. Однако в 2021 г. в Таиланде от 2-летней сиамской кошки был получен штамм Meesuk с генотипом G3P[9] (табл. 4). Генетически наиболее близким РВ для него стал штамм BA222. Meesuk был схож с корейским РВА CAU12-2-51 и отличался от ВА222-подобных РВ генотипом E3 для NSP4. Гены VP4, VP7, NSP1, NSP3, NSP4 и NSP5 были связаны с таковыми у AU-1-подобных штаммов РВ человек и кошек, в то время как остальные гены были похожи на гены DS-1-подобных штаммов РВ человека и крупного рогатого скота [54].

В 2024 г. были определены полные нуклеотидные последовательности генома штаммов РВ генотипа G6P[9] Mie20120017f и Mie20120022f, выделенных в 2012 г. в Японии. Это были первые полученные полные геномы штамма генотипа G6P[9] РВ кошек (табл. 3) Они принадлежали подгруппе ВА222 и отличались генами VP7 (G6) и NSP4 (E3) [55].

Позже был изучен штамм GER29-14, обнаруженный у 8-летнего ребенка с острым гастроэнтеритом в Германии в 2014 г. Он имел высокую нуклеотидную идентичность с японскими РВ кошек. Несмотря на отсутствие каких-либо явных контактов с животными в истории болезни этого ребенка, эти результаты свидетельствуют о том, что он был заражен РВ кошек [56]. Таким образом, РВ кошек генотипа G6 могут инфицировать людей во всем мире [55].

Выявление РВА AU-1-подобной геногруппы в России

Штаммы, относящиеся к AU-1-подобной геногруппе, спорадически выявляются на территории Российской Федерации. По данным государственного доклада 2017 г., циркуляция штаммов генотипа G3P[9] отмечалась в разных регионах России в период 2011‒2014 и 2015‒2016 гг. [57]. В Москве в период 2009‒2014 гг. доля РВ генотипа G3P[9] составила 0,5%. В то время как следующие 5 лет, с 2015 по 2020 г., штаммы с генотипом G3P[9] отсутствовали в московской популяции РВ. О циркуляции штаммов генотипов G3P[3] и G6P[9] на территории Москвы не упоминалось [58]. В Западной Сибири (Новосибирск, Омск) в 2007‒2011 гг. в отдельных случаях были обнаружены штаммы генотипа G3P[9] [59]. Однако в этих исследованиях изучение AU-1-подобных РВ в рамках полного генотипа не проводилось.

В Нижнем Новгороде первые упоминания о выявлении AU-1-подобных РВА датируются 1992 г. Первое исследование штаммов РВА человека, подобных РВ кошек, на основе полного генотипа было проведено в 2023 г. Были изучены 3 штамма (два – G3P[9], один – G6P[9]), выявленные в период 2016‒2018 гг., с нехарактерными для Wa- и DS-1-подобных геногрупп, «широкими», ЭФ-типами РНК. Они имели медленно мигрирующий 5-й сегмент, быстро мигрирующие 6-й и 11-й сегменты геномной РНК. Штаммы были изучены с помощью частичного нуклеотидного секвенирования всех генов (табл. 5) [60].

По результатам филогенетического анализа исследуемые изоляты оказались наиболее близки итальянскому кошачьему РВА BA222. Каждый штамм имел по 10 общих генов с представителями подгруппы BA222 и отличался по генам VP7 и/или NSP4, в зависимости от генотипа. Дивергентные гены NSP4 (G3P[9], G6P[9]) и VP7 (G6P[9]) нижегородских изолятов РВА имели другие генотипы. Ген NSP4 штаммов генотипов G3P[9] и G6P[9] обладал генотипом E3 и был сходен с таковым у других нижегородских РВ генотипов G6P[9] и G3P[9], выявленных ранее в 2015 и 2016 гг., но не изученных на основе полного генотипа, а также у штаммов из Японии. Ген VP7 штамма G6P[9] показал родство с РВ генотипа G6 из Нижнего Новгород (2015 г.), Италии (2011 г.) и Туниса (2008 г.) [60].

Констелляция нижегородского РВА генотипа G6P[9] была гомологична таковой у РВ кошек Mie20120017f и Mie20120022f, исследованных в 2024 г. в Японии [55].

Позднее, в 2024 г., в ходе изучения ротавирусной популяции Нижнего Новгорода в период 2021‒2022 гг. было обнаружено еще 4 штамма генотипа G3P[9] и два – G2P[4]. Они имели такие же необычные ЭФ-типы, как и РВ 2016‒2018 гг. Для них были установлены полные геномные констелляции (табл. 5). По итогам филогенетического анализа 4 штамма генотипа G3P[9] 2021‒2022 гг. на 99,7‒100,0% были сходны по всем генам с изолятами G3P[9] 2016‒2018 гг. Они разделяли 10 генов (VP1‒VP4, VP6, VP7, NSP1, NSP2, NSP3, NSP5/6) с прототипными РВА подгруппы ВА222. Дивергентный ген NSP4 имел генотип E3 [61].

Подобная констелляция генотипов выявлялась у РВ человека CAU-12-2-51 в Южной Корее в 2015‒2016 гг., а также у РВ кошек Meesuk, выявленного в Таиланде в 2021 г. [54].

Помимо штаммов со специфичностью G3P[9] и G6P[9], на территории Нижнего Новгорода были выявлены РВ генотипа G2P[4], имеющие родство с РВА кошек (табл. 5). Гены VP1‒VP3, VP6, NSP1‒NSP5/6 у одного из них и VP1‒VP3, VP6, NSP1‒NSP3 у второго были общими с прототипными РВА подгруппы ВА222. Остальные гены (а именно VP4, VP7 и в случае одного штамма NSP4 и NSP5/6) обладали другими генотипами (G2, P[4], E3 и H3). В России и в мире сообщений о выявлении аналогичных AU-1-подобных штаммов генотипа G2P[4] ранее не было отмечено. По всем генам, как по ВА222-, так и по DS-1-подобным, данные штаммы имели ближайших родственников из Нижнего Новгорода, что позволяет предположить их локальное происхождение [61].

Таким образом, на территории Нижнего Новгорода спорадически циркулируют AU-1-подобные штаммы, в основном генотипа G3P[9], реже ‒ G6P[9]. Выявленные за период 2016‒2022 гг. нижегородские РВ генотипа G3P[9] (6 штаммов) и G6P[9] (1 штамм) принадлежали к подгруппе ВА222. Помимо этого, в процессе 6-летней циркуляции нижегородские представители подгруппы ВА222, вероятно, стали участниками событий реассортации внутри популяции РВ. Это привело к появлению AU-1-подобных штаммов генотипа G2P[4].

Заключение

Накопленная за многие годы информация о генетических и серологических особенностях штаммов внутри AU-1-подобной геногруппы РВА, позволила разделить ее на 3 разнородные подгруппы в соответствии с референтными штаммами AU-1, Cat97 и BA222. Широкое геномное разнообразие внутри подгрупп отражает генетическую изменчивость AU-1-подобных РВ и их потенциал для широкого распространения в популяции людей.

Во всем мире AU-1-подобные РВА активно изучаются на основе полного генотипа. Однако на территории Российской Федерации подобные исследования не распространены. В Нижнем Новгороде были изучены AU-1-подобные РВ генотипов G2P[4], G3P[9], G6P[9], выявленные в 2016‒2022 гг. Было показано, что они являлись представителями подгруппы ВА222. Других исследований AU-1-подобных РВ на основе полного генотипа в России не отмечено.

Тот факт, что штаммы РВА кошек и собак вместе с РВА человека входят в состав третьей геногруппы, говорит об их активной межвидовой передаче. Из-за длительного процесса одомашнивания кошки и собаки могли стать резервуаром для генерации реассортантных РВ. Изучение таких вирусов имеет значение для ответа на вопрос о происхождении новых штаммов РВ человека, что актуально в контексте широкого применения ротавирусных вакцин в мире.

About the authors

Elena I. Velikzhanina

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor); Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: www.e_velikzhanina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4069-1427

Junior Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Россия, 603950, Nizhny Novgorod; 603022, Nizhny Novgorod

Tatiana A. Sashina

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: tatyana.sashina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3203-7863

PhD, Senior Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Россия, 603950, Nizhny Novgorod

Nadezhda A. Novikova

Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: novikova_na@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3710-6648

Dr. Sci., Professor, Leading Researcher, Head of the laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Россия, 603950, Nizhny Novgorod

References

Supplementary files