Problems of VirologyProblems of VirologyВопросы вирусологии0507-40882411-2097Central Research Institute for Epidemiology64710.36233/0507-4088-141ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleGenetic diversity of Siberian bovine coronavirus isolates (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus-1: Bovine-Like coronaviruses)Генетический полиморфизм сибирских изолятов коронавируса крупного рогатого скота (Coronaviridae: Betacoronavirus-1: Bovine-Like coronaviruses)https://orcid.org/0000-0002-2006-01965020-6503GlotovAlexander G.ГлотовАлександр Гаврилович
Russian Federation

Institute of Experimentally Veterinary Medicine of Siberia and Far East, Doctor of Veterinary Sciences, Professor, Head of Laboratory

Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока, доктор ветеринарных наук, профессор, заведующий лабораторией

glotov_vet@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4181-42681583-5776NefedchenkoAleksej V.НефедченкоАлексей Васильевич
Russian Federation

Institute of Experimentally Veterinary Medicine of Siberia and Far East, Doctor of Veterinary Sciences, Associate Professor, Leading Researcher

Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока, доктор ветеринарных наук, доцент, ведущий научный сотрудник

homeovet@narod.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0426-96784870-9610YuzhakovAnton G.ЮжаковАнтон Геннадиевич
Russian Federation

Candidate of Biological Sciences, Head of Laboratory

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией

anton_oskol@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2649-75057545-7206KotenevaSvetlana V.КотеневаСветлана Владимировна
Russian Federation

Institute of Experimentally Veterinary Medicine of Siberia and Far East, Candidate of Veterinary Sciences, Leading Researcher

Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока, кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник

koteneva-sv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3538-87497488-5915GlotovaTatyana I.ГлотоваТатьяна Ивановна
Russian Federation

Institute of Experimentally Veterinary Medicine of Siberia and Far East, Doctor of Biological Sciences, Professor, Principal Researcher

Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник

t-glotova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7173-55013699-2612KominaAlina K.КоминаАлина Константиновна
Russian Federation

graduate student

аспирант

komina.a.k@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8148-3080KrasnikovNikita Yu.КрасниковНикита Юрьевич
Russian Federation

graduate student

аспирант

nick.krasnickoff2011@yandex.ruSiberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies of the Russian Academy of ScienceФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН)»Federal Scientific Center All-Russian Research Institute of Experimental Veterinary named after K.I. Scriabin and Ya.R. Kovalenko of the Russian Academy of SciencesФГБНУ «Федеральный научный центр Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии им. К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наук»0712202267646547402102022Copyright ©; 2022, Glotov A.G., Nefedchenko A.V., Yuzhakov A.G., Koteneva S.V., Glotova T.I., Komina A.K., Krasnikov N.Y.Copyright ©; 2022, Глотов А.Г., Нефедченко А.В., Южаков А.Г., Котенева С.В., Глотова Т.И., Комина А.К., Красников Н.Ю.2022Glotov A.G., Nefedchenko A.V., Yuzhakov A.G., Koteneva S.V., Glotova T.I., Komina A.K., Krasnikov N.Y.Глотов А.Г., Нефедченко А.В., Южаков А.Г., Котенева С.В., Глотова Т.И., Комина А.К., Красников Н.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/647

Introduction. Bovine coronaviruses (BCoVs) are causative agents of diarrhea, respiratory diseases in calves and winter cow dysentery. The study of genetic diversity of these viruses is topical issue.

The purpose of the research is studying the genetic diversity of BCoV isolates circulating among dairy cattle in Siberia.

Materials and methods. Specimens used in this study were collected from animals that died or was forcedly slaughtered before the start of the study. The target for amplification were nucleotide sequences of S and N gene regions.

Results. Based on the results of RT-PCR testing, virus genome was present in 16.3% of samples from calves with diarrheal syndrome and in 9.9% with respiratory syndrome. The nucleotide sequences of S gene region were determined for 18 isolates, and N gene sequences - for 12 isolates. Based on S gene, isolates were divided into two clades each containing two subclades. First subclade of first clade (European line) included 11 isolates. Second one included classic strains Quebec and Mebus, strains from Europe, USA and Korea, but none of sequences from this study belonged to this subclade. 6 isolates belonged to first subclade of second clade (American-Asian line). Second subclade (mixed line) included one isolate. N gene sequences formed two clades, one of them included two subclades. First subclade included 3 isolates (American-Asian line), and second subclade (mixed) included one isolate. Second clade (mixed) included 8 sequences. No differences in phylogenetic grouping between intestinal and respiratory isolates, as well as according to their geographic origin were identified.

Conclusion. The studied population of BCoV isolates is heterogeneous. Nucleotide sequence analysis is a useful tool for studying molecular epidemiology of BCoV. It can be beneficial for choice of vaccines to be used in a particular geographic region.

Введение. Коронавирусы крупного рогатого скота (BCoV) – причина диарей, респираторных болезней телят и зимней дизентерии коров. Актуально изучение генетического разнообразия этих вирусов.

Цель работы – изучение генетического полиморфизма изолятов BCoV, циркулирующих среди молочного скота в Сибири.

Материалы и методы. В работе использован биоматериал, взятый у падших или вынужденно забитых животных до начала исследования. Мишень для амплификации – нуклеотидные последовательности участков генов S и N. Филогенетические дендрограммы строили с использованием метода максимального правдоподобия в программе MEGA 7.0.

Результаты. По результатам ОТ-ПЦР геном вируса присутствовал в пробах биоматериала от телят с диарейным (16,3%) и респираторным (9,9%) синдромами. Первичные нуклеотидные последовательности участка гена S определили для 18, а гена N – для 12 изолятов. На основе гена S изоляты разделились на две клады с двумя подкладами в каждой. В первую подкладу первой клады (европейская линия) вошли 11 изолятов. Во вторую подкладу, включающую классические штаммы Квебек и Мёбус, исследуемые изоляты не входили. В первой подкладе второй клады (американо-азиатская линия) оказались 6 исследованных изолятов. Ко второй подкладе (смешанная линия) отнесли один изолят. На основе гена N получили две клады, одна из которых включала две подклады. В первую подкладу первой клады вошли 3 изолята (американо-азиатская линия), а во вторую – один (смешанная линия). Во второй кладе (смешанная) оказались 8 изолятов. Различий между диарейными и респираторными изолятами, а также зависимости от их географического местоположения не установили.

Заключение. Исследованная популяция изолятов BCoV носит неоднородный характер. Анализ нуклеотидных последовательностей является полезным инструментом для изучения молекулярной эпизоотологии коронавирусных инфекций и решения вопроса о применении вакцин в конкретном регионе.

cattlecoronavirusessequencingphylogenetic analysisкрупный рогатый скоткоронавирусысеквенированиефилогенетический анализГосударственное бюджетное финансированиеThe state budget0533-2021-0018Государственное бюджетное финансированиеThe state budgetFGUG-2022-18International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). New MSL including all taxonomy; updates since the 2018b release. Berlin; 2019. Available at: https://ictv.globalSuzuki T., Otake Y., Uchimoto S., Hasebe A., Goto Y. Genomic characterization and phylogenetic classification of bovine coronaviruses through whole genome sequence analysis. Viruses. 2020; 12(2): 183. https://doi.org/10.3390/v12020183Masters P.S. The molecular biology of coronaviruses. Adv. Virus Res. 2006; 66: 193–292. https://doi.org/10.1016/S0065-3527(06)66005-3Saif L.J. Bovine respiratory coronavirus. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. 2010; 26(2): 349–64. https://doi.org/10.1016/j.cvfa.2010.04.005Vlasova A.N., Saif L.J. Bovine coronavirus and the associated diseases. Front. Vet. Sci. 2021; 8: 643220. https://doi.org/10.3389/fvets.2021.643220Liu L., Hagglund S., Hakhverdyan M., Alenius S., Larsen L.F., Belak S. Molecular epidemiology of bovine coronavirus on the basis of comparative analyses of the S gene. J. Clin. Microbiol. 2006; 44(3): 957–60. https://doi.org/10.1128/JCM.44.3.957-960.2006Zhu Q., Li B., Sun D. Advances in bovine coronavirus epidemiology. Viruses. 2022; 14(5): 1109. https://doi.org/10.3390/v14051109Mishchenko V.A., Dumova V.V., Chernykh O.Yu., Kiselev M.Yu., Mishchenko A.V., Bakunov I.N., et al. Bovine coronavirus distribution in ruminants. Veterinariya. 2010; (9): 18–21. (in Russian)Мищенко В.А., Думова В.В., Черных О.Ю., Киселев М.Ю., Мищенко А.В., Бакунов И.Н. и др. Распространение коронавируса крупного рогатого скота у жвачных животных. Ветеринария. 2010; (9): 18–21.Aliper T.I. Actual Infectious Diseases of Cattle: Guideline [Aktual’nye infektsionnye bolezni krupnogo rogatogo skota: Rukovodstvo]. Moscow; 2021. https://doi.org/10.31016/viev-2021-6 (in Russian)Алипер Т.И. Актуальные инфекционные болезни крупного рогатого скота: Руководство. М.; 2021. https://doi.org/10.31016/viev-2021-6Orlyankin B.G., Vlasova A.N., Mukhin A.N., Aliper T.I. Coronavirus infections in animals: epizootology and pathogenesis. Veterinariya. 2022; (3): 3–13. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2022.25.3.03-13 (in Russian)Орлянкин Б.Г., Власова А.Н., Мухин А.Н., Алипер Т.И. Коронавирусные инфекции животных: эпизоотология и патогенез. Ветеринария. 2022; (3): 3–13. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2022.25.3.03-13Faustino R., Faria M., Teixeira M., Palavra F., Sargento P., do Céu Costa M. Systematic review and meta-analysis of the prevalence of coronavirus: One health approach for a global strategy. One Health. 2022; 14: 100383. https://doi.org/ 10.1016/j.onehlt.2022.100383Saif L.J. Bovine respiratory coronavirus. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. 2010; 26(2): 349–64. https://doi.org/10.1016/j.cvfa.2010.04.005Bespalova T.Yu., Blokhin A.A. Coronaviruses of animals (review). Veterinariya. 2020; (9): 3–10. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2020.23.9.03-10 (in Russian)Беспалова Т.Ю., Блохин А.А. Коронавирусы животных (обзор). Ветеринария. 2020; (9): 3–10. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2020.23.9.03-10Glotov A.G., Glotova T.I. Coronaviruses in ruminants. Sibirskiy vestnik sel’skokhozyaystvennoy nauki. 2020; (3): 49–61. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2020-3-5 (in Russian)Глотов А.Г., Глотова Т.И. Коронавирусы жвачных животных. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2020; (3): 49–61. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2020-3-5Liu X., Wu Q., Zhang Z. Global diversification and distribution of coronaviruses with furin cleavage sites. Front. Microbiol. 2021; 12: 649314. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.649314Islam A., Ferdous J., Islam S., Sayeed M.A., Dutta Choudhury S., Saha O., et al. Evolutionary dynamics and epidemiology of endemic and emerging coronaviruses in humans, domestic animals, and wildlife. Viruses. 2021; 13(10): 1908. https://doi.org/10.3390/v13101908Franzo G., Drigo M., Legnardi M., Grassi L., Pasotto D., Menandro M.L., et al. Bovine coronavirus: variability, evolution, and dispersal patterns of a no longer neglected betacoronavirus. Viruses. 2020; 12(11): 1285. https://doi.org/10.3390/v12111285Burimuah V., Sylverken A., Owusu M., El-Duah P., Yeboah R., Lamptey J., et al. Molecular-based cross-species evaluation of bovine coronavirus infection in cattle, sheep and goats in Ghana. BMC Vet. Res. 2020; 16(1): 405. https://doi.org/10.1186/s12917-020-02606-xSalem E., Dhanasekaran V., Cassard H., Hause B., Maman S., Meyer G., et al. Global transmission, spatial segregation, and recombination determine the long-term evolution and epidemiology of bovine coronaviruses. Viruses. 2020; 12(5): 534. https://doi.org/10.3390/v12050534Nefedchenko A.V., Koteneva S.V., Glotova T.I., Glotov A.G. The role of bovine coronavirus in the etiology of gastrointestinal and respiratory diseases of calves in big dairy farms. Veterinariya. 2022; (1): 18–23. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2022.25.1.18-23 (in Russian)Нефедченко А.В., Котенева С.В., Глотова Т.И., Глотов А.Г. Роль коронавируса в этиологии желудочно-кишечной и респираторной патологии телят на молочных комплексах. Ветеринария. 2022; (1): 18–23. https://doi.org/10.30896/0042-4846.2022.25.1.18-23Dall Agnol A.M., Lorenzetti E., Leme R.A., Ladeia W.A., Mainardi R.M., Bernardi A., et al. Severe outbreak of bovine neonatal diarrhea in a dairy calf rearing unit with multifactorial etiology. Braz. J. Microbiol. 2021; 52(4): 2547–53. https://doi.org/10.1007/s42770-021-00565-5Rahe M.C., Magstadt D.R., Groeltz-Thrush J., Gauger P.C., Zhang J., Schwartz K.J., et al. Bovine coronavirus in the lower respiratory tract of cattle with respiratory disease. J. Vet. Diagn. Invest. 2022; 34(3): 482–8. https://doi.org/ 10.1177/10406387221078583Soules K.R., Rahe M.C., Purtle L., Moeckly C., Stark P., Samson C., et al. Bovine coronavirus infects the respiratory tract of cattle challenged intranasally. Front. Vet. Sci. 2022; (9): 878240. https://doi.org/10.3389/fvets.2022.878240Blakebrough-Hall C., Hick P., Mahony T.J., González L.A. Factors associated with bovine respiratory disease case fatality in feedlot cattle. J. Anim. Sci. 2022; 100(1): skab361. https://doi.org/10.1093/jas/skab361Deepak Aly S.S., Love W.J., Blanchard P.C., Crossley B., Van Eenennaam A.L., Lehenbauer T.W. Etiology and risk factors for bovine respiratory disease in pre-weaned calves on California dairies and calf ranches. Prev. Vet. Med. 2021; 197: 105506. https://doi.org/10.1016/j.prevetmed.2021.105506L’vov D.K., Al’khovskiy S.V., Kolobukhina L.V., Burtseva E.I. Etiology of epidemic outbreaks covid-19 in Wuhan, Hubei province, Chinese people republic associated with 2019-nCoV (Nidovirales, Coronaviridae, Coronavirinae, Betacoronavirus, subgenus Sarbecovirus): lessons of SARS-COV outbreak. Voprosy virusologii. 2020; 65(1): 6–15. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-6-15 (in Russian)Львов Д.К., Альховский С.В., Колобухина Л.В., Бурцева Е.И. Этиология эпидемической вспышки COVID-19 в г. Ухань (провинция Хубэй, Китайская Народная Республика), ассоциированной с вирусом 2019-nCoV (Nidovirales, Coronaviridae, Coronavirinae, Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus): уроки эпидемии SARS-CoV. Вопросы вирусологии. 2020; 65(1): 6–15. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-6-15Koromyslov G.F., Avilov V.S., Gogolev M.M. Rotavirus and coronavirus infection of calves. Vestnik sel’skokhozyaystvennoy nauki. 1984; (7): 129–36. (in Russian)Коромыслов Г.Ф., Авилов В.С., Гоголев М.М. Ротавирусная и коронавирусная инфекция телят. Вестник сельскохозяйственной науки. 1984; (7): 129–36.Decaro N., Elia G., Campolo M., Desario С., Mari V., Radogna A., et al. Detection of bovine coronavirus using a TaqMan-based real-time RT-PCR assay. J. Virol. Methods. 2008; 151(2): 167–71. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2008.05.01Zhao H., Liu J., Li Y., Yang C., Zhao S., Liu J., et al. Validation of reference genes for quantitative real-time PCR in Bovine PBMCs transformed and non-transformed by Theileria annulata. Korean J. Parasitol. 2016; 54(1): 39–46. https://doi.org/10.3347/kjp.2016.54.1.39Takiuchi E., Stipp D.T., Alfieri A.F., Alfieri A.A. Improved detection of bovine coronavirus N gene in faeces of calves infected naturally by a semi-nested PCR assay and an internal control. J. Virol. Methods. 2006; 131(2): 148–54. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2005.08.005Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol. Biol. Evol. 2016; 7(33): 1870–74. https://doi.org/10.1093/molbev/msw0544Lotfollahzadeh S., Madadgar O., Reza Mohebbi M., Reza Mokhber Dezfouli M., George W.D. Bovine coronavirus in neonatal calf diarrhoea in Iran. Vet. Med. Sci. 2020; 6(4): 686–94. https://doi.org/10.1002/vms3.277Kanno T., Hatama S., Ishihara R., Uchida I. Molecular analysis of the S glycoprotein gene of bovine coronaviruses isolated in Japan from 1999 to 2006. J. Gen. Virol. 2007; 88(Pt. 4): 1218–24. https://doi.org/10.1099/vir.0.82635-0Amicone M., Borges V., Alves M.J., Isidro J., Zé-Zé L., Duarte S., et al. Mutation rate of SARS-CoV-2 and emergence of mutators during experimental evolution. Evol. Med. Public Health. 2022; 10(1): 142–55. https://doi.org/10.1093/emph/eoac010Gunn L., Collins P.J. O’Connell M.J., O’Shea H. Phylogenetic investigation of enteric bovine coronavirus in Ireland reveals partitioning between European and global strains. Irish Vet. J. 2015; 68: 31. https://doi.org/10.1186/s13620-015-0060-33Bok M., Miño S., Rodriguez D., Badaracco A., Nuñes I., Souza S.P., et al. Molecular and antigenic characterization of bovine Coronavirus circulating in Argentinean cattle during 1994–2010. Vet. Microbiol. 2015; 181(3-4): 221–9. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2015.10.017De Mira Fernandes A., Brandão P.E., Dos Santos Lima M., de Souza Nunes Martins M., da Silva T.G., da Silva Cardoso Pinto V., et al. Genetic diversity of BCoV in Brazilian cattle herds. Vet. Med. Sci. 2018; 4(3): 183–9. https://doi.org/10.1002/vms3.102Zhu Q., Su M., Li Z., Wang X., Qi S., Zhao F., et al. Epidemiological survey and genetic diversity of bovine coronavirus in Northeast China. Virus Res. 2022; 308: 198632. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2021.198632Castells M., Giannitti F., Caffarena R.D., Casaux M.L., Schild C., Castells D., et al. Bovine coronavirus in Uruguay: genetic diversity, risk factors and transboundary introductions from neighboring countries. Arch. Virol. 2019; 164(11): 2715–24. https://doi.org/10.1007/s00705-019-04384-w