Problems of VirologyProblems of VirologyВопросы вирусологии0507-40882411-2097Central Research Institute for Epidemiology49810.36233/0507-4088-46ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯMolecular monitoring of the rotavirus (Reoviridae: Sedoreovirinae: Rotavirus: Rotavirus A) strains circulating in Nizhny Novgorod (2012–2020): detection of the strains with the new genetic featuresМолекулярный мониторинг ротавирусов (Reoviridae: Sedoreovirinae: Rotavirus: Rotavirus A), циркулирующих в Нижнем Новгороде (2012–2020 гг.): обнаружение штаммов с новыми генетическими характеристикамиhttps://orcid.org/0000-0003-3203-7863SashinaT. A.СашинаТ. А.
Russian Federation

Sashina Tatiana Alexandrovna, PhD, Senior Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

603950, Nizhny Novgorod

Сашина Татьяна Александровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

tatyana.sashina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8058-8187MorozovaO. V.МорозоваО. В.
Russian Federation

Morozova Olga Vladimirovna, Research assistant, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

603950, Nizhny Novgorod

Морозова Ольга Владимировна, научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

Olga.morozova.bsc@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7679-8029EpifanovaN. V.ЕпифановаН. В.
Russian Federation

Epifanova Natalia Vladimirovna, PhD, Leading Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

603950, Nizhny Novgorod

Епифанова Наталия Владимировна, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

epifanovanv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1033-7347KashnikovA. U.КашниковА. Ю.
Russian Federation

Kashnikov Aleksandr Yur'yevich, Researcher of Laboratory of Molecular Epidemiology of Viral Infections

603950, Nizhny Novgorod

Кашников Александр Юрьевич, научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

a.kashn@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5486-3264LeonovA. V.ЛеоновА. В.
Russian Federation

Leonov Artem Viktorovich, Junior Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

603950, Nizhny Novgorod

Леонов Артем Викторович, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

mevirfc@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3710-6648NovikovaN. A.НовиковаН. А.
Russian Federation

Novikova Nadezhda Alekseevna, Dr of Sci (Biology), Professor. Head of the laboratory of molecular epidemiology of viral infections

603950, Nizhny Novgorod

Новикова Надежда Алексеевна, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией молекулярной эпидемиологии вирусных инфекций

603950, Нижний Новгород

novikova_na@mail.ruFSBI «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)ФБУН «Нижегородский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор)150520216621401511505202115052021Copyright ©; 2021, Sashina T.A., Morozova O.V., Epifanova N.V., Kashnikov A.U., Leonov A.V., Novikova N.A.Copyright ©; 2021, Сашина Т.А., Морозова О.В., Епифанова Н.В., Кашников А.Ю., Леонов А.В., Новикова Н.А.2021Sashina T.A., Morozova O.V., Epifanova N.V., Kashnikov A.U., Leonov A.V., Novikova N.A.Сашина Т.А., Морозова О.В., Епифанова Н.В., Кашников А.Ю., Леонов А.В., Новикова Н.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/498

Introduction. The pentavalent rotavirus vaccine has been registered in Russia, however, the vaccination coverage remains low, and an annual increase in the incidence of rotavirus infection is unavoidable. In this regard, molecular monitoring of rotaviruses in order to search for new variants possessing epidemic potential is an urgent task. Material and methods. PCR genotyping and VP4 and VP7 genes sequencing were used to characterize rotaviruses circulating in Nizhny Novgorod in 2012–2020. The phylogenetic analysis of the strains was carried out using the BEAST software package.Results. The spectrum included 17 genotypes with predominance of G9P[8] (37,4%). Detected in this study genotypes G1P[4], G1P[9], G2P[8], G4P[4], G4P[6], G8P[8], and G9P[4] were not previously identified in Nizhny Novgorod. The circulation of DS-1-like strains possessing genotypes G1P[8], G3P[8], G8P[8], or G9P[8] and a short RNA pattern had been shown. Rotaviruses of the common genotypes were genetically heterogeneous and belonged to different phylogenetic lineages and/or sublineages (P[4]-IV-a; P[4]-IV-b; P[8]-3.1; P[8]-3.3; P[8]-3.4 and P[8]-3.6; G1-I; G1-II; G2-IVa-1; G2-IVa-3; G3-1; G3-3; G4-I-c; G9-III; G9-VI).Discussion. These results extend the available data on the genotypic structure of rotavirus populations in Russia and show the genetic diversity of viral strains. G3P[8] DS-1-like viruses were representatives of the G3-1 lineage, new for the territory of Russia, and had the largest number of amino acid substitutions in the VP7 antigenic epitopes.Conclusion. The emergence and spread of strains with new genetic features may allow rotavirus to overcome the immunological pressure formed by natural and vaccine-induced immunity, and maintain or increase the incidence of rotavirus infection.

Введение. В Российской Федерации зарегистрирована пентавалентная ротавирусная вакцина, однако при отсутствии массовой иммунизации детского населения охват целевой когорты остаётся низким, и ежегодный подъём заболеваемости ротавирусной инфекцией неизбежен. В связи с этим молекулярный мониторинг циркулирующих в нашей стране ротавирусов с целью поиска новых вариантов, обладающих эпидемическим потенциалом, является актуальной задачей.Материал и методы. Для характеристики ротавирусов, циркулировавших в Нижнем Новгороде в 2012-2020 гг., применяли ПЦР-генотипирование и секвенирование нуклеотидных последовательностей генов VP4 и VP7. Филогенетический анализ выявленных в разных городах России штаммов проводили с использованием байесовского подхода в пакете программ BEAST.Результаты. Спектр был представлен 17 генотипами с доминированием G9P[8] (37,4%). Выявлены ранее не идентифицированные на территории Нижнего Новгорода генотипы G1P[4], G1P[9], G2P[8], G4P[4], G4P[6], G8P[8] и G9P[4]. Показана циркуляция DS-1-подобных штаммов с генотипами G1P[8], G3P[8], G8P[8], G9P[8] и коротким электрофоретипом РНК. Ротавирусы основных генотипов характеризовались генетической гетерогенностью и принадлежали разным филогенетическим линиям и/или сублиниям (P[4]-IV-а; P[4]-IV-b; P[8]-3.1; P[8]-3.3; P[8]-3.4 и P[8]-3.6; G1-I; G1-II; G2-IVa-1; G2-IVa-3; G3-1; G3-3; G4-I-c; G9-III; G9-VI).Обсуждение. Представленные результаты дополняют имеющиеся данные о генотиповой структуре популяций ротавирусов в России и характеризуют генетическое разнообразие нижегородских и российских штаммов. DS-1-подобные вирусы генотипа G3P[8] были представителями новой для территории РФ линии G3-1 и имели наибольшее количество аминокислотных замен в области антигенных эпитопов белка VP7. Заключение. Появление и распространение в нашей стране штаммов с новыми генетическими характеристиками может способствовать преодолению ротавирусами иммунологического прессинга, создаваемого естественным и искусственным иммунитетом, и сохранению либо подъёму уровня заболеваемости ротавирусной инфекцией.

rotavirusdiversityphylogenetic analysisgenetic variantsротавирусразнообразиефилогенетический анализгенетические вариантыThe study was funded by the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor) as part of the federal program (No. 141-00063-18-00).Исследование проведено в рамках Государственного задания Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) (№ 141-00063-18-00).1. Ogilvie I., Khoury H., Khoury A.C., Goetghebeur M.M. Burden of rotavirus gastroenteritis in the pediatric population in Central and Eastern Europe: serotype distribution and burden of illness. Hum. Vaccin. 2011; 7(5): 523–33. https://doi.org/10.4161/hv.7.5.14819.2. Burnett E., Parashar U.D., Tate J.E. Real-world effectiveness of rotavirus vaccines, 2006–19: a literature review and metaanalysis. Lancet. Glob. Health. 2020; 8(9): e1195–202. https://doi.org/10.1016/S2214-109X(20)30262-X.3. Рычкова О.А., Грахова М.А., Сагитова А.С. Кожевникова Л.А., Старостина O.В., Кузьмичёва К.П. Ротавирусная инфекция. Возможности своевременной вакцинопрофилактики. Медицинский совет. 2018; (17): 215–20. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2018-17-215-219.4. Смирнова С.С., Голубкова А.А., Колтунов С.В. Опыт вакцинации против ротавирусного гастроэнтерита в Свердловской области. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2018; 17(3): 68–73. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2018-17-3-68-73.5. Феклисова Л.В., Шаповалова Р.Ф. Результаты массовой иммунизации против ротавирусной инфекции детей первого года жизни на отдельной территории Московской области. Эпидемиология и Вакцинопрофилактика. 2019; 18(4): 75–81. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2019-18-4-75-81.6. Мартынова Г.П., Южакова А.Г., Соловьёва И.А., Третьяков А.П. Ротавирусная инфекция у детей в Красноярском крае: первые шаги к снижению заболеваемости. Фарматека. 2016; (11): 45–50.7. Кондакова О.А., Никитин Н.А., Трифонова Е.А., Атабеков И.Г., Карпова О.В. Вакцины против ротавируса: новые стратегии и разработки. Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 2017; 72(4): 199–208.8. Кожахметова Т.А., Кулешов К.В., Кясова Д.Х., Коновалова Т.А., Паркина Н.В., Подколзин А.Т. Оценка эпидемиологических эффектов применения пятивалентной ротавирусной вакцины при низком уровне охвата вакцинацией целевой когорты. Журнал инфектологии. 2019; 11(3): 71–76. https://doi.org/10.22625/2072-6732-2019-11-3-71-76.9. Estes M.K., Greenberg H.B. Rotaviruses. In: Knipe D.M., Howley P. Fields Virology. New York: Lippincott Williams & Wilkins; 2013: 1347–401.10. Bányai K., László B., Duque J., SteeleA.D., Nelson E.A., Gentsch J.R., et al. Systematic review of regional and temporal trends in global rotavirus strain diversity in the pre rotavirus vaccine era: insights for understanding the impact of rotavirus vaccination programs. Vaccine. 2012; 30(Suppl. 1): A122–A130. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2011.09.111.11. Matthijnssens J., Ciarlet M., Heiman E., Arijs I., Delbeke T., McDonald S.M., et al. Full genome-based classification of rotaviruses reveals a common origin between human Wa-Like and porcine rotavirus strains and human DS-1-like and bovine rotavirus strains. J. Virol. 2008; 82(7): 3204–19. https://doi.org/10.1128/JVI.02257-07.12. Cowley D., Donato M., Roczo-Farkas S., Kirkwood C.D. Emergence of a novel equine-like G3P[8] inter-genogroup reassortant rotavirus strain associated with gastroenteritis in Australian children. J. Gen. Virol. 2016; 97(2): 403–10. https://doi.org/10.1099/jgv.0.000352.13. Hoa-Tran T.N., Nakagomi T., Vu H.M., Do L.P., Gauchan P., Agbemabiese C.A., et al. Abrupt emergence and predominance in Vietnam of rotavirus A strains possessing a bovine-like G8 on a DS-1-like background. Arch. Virol. 2016; 161(2): 479–82. https://doi.org/10.1007/s00705-015-2682-x.14. Hoa-Tran T.N., Nakagomi T., Vu H.M., Nguyen T.T.T., Takemura T., Hasebe F., et al. Detection of three independently-generated DS1-like G9P[8] reassortant rotavirus A strains during the G9P[8] dominance in Vietnam, 2016–2018. Infect. Genet. Evol. 2020; 80: 104194. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2020.104194.15. Yamamoto S.P., Kaida A., Kubo H., Iritani N. Gastroenteritis outbreaks caused by a DS-1-like G1P[8] rotavirus strain, Japan, 2012–2013. Emerg. Inf. Dis. 2014; 20(6): 1030–3. https://doi.org/10.3201/eid2006.131326.16. Veselova О.А., Podkolzin A.T., Petukhov D.N., Kuleshov K.V., Shipulin G.A. Rotavirus group A surveillance and genotype distribution in Russian Federation in seasons 2012–2013. Int. J. Clin. Med. 2014; 5(7): 407–13. https://doi.org/10.4236/ijcm.2014.57055.17. Kiseleva V., Faizuloev E., Meskina E., Marova A., Oksanich A., Samartseva T., et al. Molecular-genetic characterization of human rotavirus A strains circulating in Moscow, Russia (2009–2014). Virol. Sin. 2018; 33(4): 304–13. https://doi.org/10.1007/s12250-018-0043-0.18. Zhirakovskaia E., Tikunov A., Tymentsev A., Sokolov S., Sedel’nikova D., Tikunova N. Changing pattern of prevalence and genetic diversity of rotavirus, norovirus, astrovirus, and bocavirus associated with childhood diarrhea in Asian Russia, 2009–2012. Infect. Genet. Evol. 2019; 67: 167–82. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2018.11.006.19. Ivashechkin A.A., Yuzhakov A.G., Grebennikova T.V., Yuzhakova K.A., Kulikova N.Y., Kisteneva L.B., et al. Genetic diversity of group A rotaviruses in Moscow in 2018–2019. Arch. Virol. 2020; 165(3): 691–702. https://doi.org/10.1007/s00705-020-04534-5.20. Новикова Н.А., Фёдорова О.Ф., Епифанова Н.В., Морозова О.В., Фомина С.Г., Луковникова Л.Б. и др. G[P]-типы ротавируса группы А и их распространение в Нижнем Новгороде и Дзержинске в 1997–2005 гг. Вопросы вирусологии. 2007; 52(3): 19–23.21. Епифанова Н.В., Сашина Т.А., Новикова Н.А., Морозова О.В., Фомина С.Г., Луковникова Л.Б. и др. Спектр генотипов ротавирусов, циркулировавших на территории Нижнего Новгорода в 2005–2012 годах. Доминирование генотипа G4P[8]. Медицинский альманах. 2014; (2): 52–7.22. Novikova N.A., Morozova O.V., Fedorova O.F., Epifanova N.V., Sashina T.A., Efimov E.I. Rotavirus infection in children of Nizhny Novgorod, Russia: the gradual change of the virus allele from P[8]1 to P[8]-3 in the period 1984–2010. Arch. Virol. 2012; 157(12): 2405–9. https://doi.org/10.1007/s00705-012-1426-4.23. Sashina T.A., Morozova O.V., Epifanova N.V., Novikova N.A. Predominance of new G9P[8] rotaviruses closely related to Turkish strains in Nizhny Novgorod (Russia). Arch. Virol. 2017; 162(8): 2387–92. https://doi.org/10.1007/s00705-017-3364-7.24. Novikova N.A., Sashina T.A., Epifanova N.V., Kashnikov A.U., Morozova O.V. Long-term monitoring of G1P[8] Rotaviruses circulating without vaccine pressure in Nizhny Novgorod, Russia, 1984–2019. Arch. Virol. 2020; 165(4): 865–75. https://doi.org/10.1007/s00705-020-04553-225. Sashina T.A., Morozova O.V., Epifanova N.V., Novikova N.A. Genotype constellations of the rotavirus A strains circulating in Nizhny Novgorod, Russia, 2017–2018. Infect. Genet. Evol. 2020; 85: 104578. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2020.104578.26. Morozova O.V., Alekseeva A.E., Sashina T.A., Brusnigina N.F., Epifanova N.V., Kashnikov A.U., et al. Phylodynamics of G4P[8] and G2P[4] strains of rotavirus A isolated in Russia in 2017 based on full-genome analyse. Virus Genes. 2020; 56(5): 537–45. https://doi.org/10.1007/s11262-020-01771-3.27. Сашина Т.А., Морозова О.В., Епифанова Н.В., Новикова Н.А. Идентификация I- и E- генотипов ротавируса А с использованием мультиплексной ПЦР. Вопросы вирусологии. 2019; 64(3): 140–4. https://doi.org/10.18821/0507-4088-2019-64-3-140-144.28. Mukherjee A., Dutta D., Ghosh S., Bagchi P., Chattopadhyay S., Nagashima S., et al. Full genomic analysis of a human group A rotavirus G9P[6] strain from Eastern India provides evidence for porcine-to-human interspecies transmission. Arch. Virol. 2009; 154(5): 733–46. https://doi.org/10.1007/s00705-009-0363-3.29. Ndze V.N., Esona M.D., Achidi E.A., Gonsu K.H., Dóró R., Marton S., et al. Full genome characterization of human Rotavirus A strains isolated in Cameroon, 2010–2011: diverse combinations of the G and P genes and lack of reassortment of the backbone genes. Infect. Genet. Evol. 2014; 28: 537–60. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2014.10.009.30. Wang Y.H., Pang B.B., Ghosh S., Zhou X., Shintani T., Urushibara N., et al. Molecular epidemiology and genetic evolution of the whole genome of G3P[8] human rotavirus in Wuhan, China, from 2000 through 2013. PLoS. One. 2014; 9(3): e88850. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0088850.31. Agbemabiese C.A., Nakagomi T., Doan Y.H., Nakagomi O. Whole genomic constellation of the first human G8 rotavirus strain detected in Japan. Infect. Genet. Evol. 2015; 35: 184–93. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2015.07.033.32. Rahman M., Matthijnssens J., Yang X., Delbeke T., Arijs I., Taniguchi K., et al. Evolutionary history and global spread of the emerging G12 human rotaviruses. J. Virol. 2007; 81(5): 2382–90. https://doi.org/10.1128/JVI.01622-06.33. Акимкин В.Г., Подколзин А.Т., Денисюк Н.Б., Горелов А.В. Эпидемиологический и молекулярно-генетический мониторинг ротавирусной инфекции в Оренбургском регионе в предвакцинальный период. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; (2): 30–6. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-2-30-36.34. Морозова О.В., Сашина Т.А., Новикова Н.А. Обнаружение и молекулярная характеристика реассортантных DS-1-подобных G1P[8] штаммов ротавируса группы A. Вопросы вирусологии. 2017; 62(2): 91–6. https://doi.org/10.18821/0507-4088-2017-62-2-91-96.35. Roczo-Farkas S., Cowley D., Bines J.E. Australian Rotavirus Surveillance Program: Annual Report, 2017. Commun. Dis. Intell. 2019; 43. https://doi.org/10.33321/cdi.2019.43.28.36. Zeller M., Patton J.T., Heylen E., De Coster S., Ciarlet M., Van Ranst M., et al. Genetic analyses reveal differences in the VP7 and VP4 antigenic epitopes between human rotaviruses circulating in Belgium and rotaviruses in Rotarix and RotaTeq. J. Clin. Microbiol. 2012; 50(3): 966–76. https://doi.org/10.1128/JCM.05590-11.37. Zeller M., Heylen E., Damanka S., Pietsch C., Donato C., Tamura T., et al. Emerging OP354-Like P[8] rotaviruses have rapidly dispersed from Asia to other continents. Mol. Biol. Evol. 2015; 32(8): 2060–71. https://doi.org/10.1093/molbev/msv088.38. Dennis A.F., McDonald S.M., Payne D.C., Mijatovic-Rustempasic S., Esona M.D., Edwards K.M., et al. Molecular epidemiology of contemporary G2P[4] human rotaviruses cocirculating in a single US community: Footprints of a globally transitioning genotype. J. Virol. 2014; 88(7): 3789–801. https://doi.org/10.1128/JVI.03516-13.