Эволюционная изменчивость вирусов гриппа B, циркулировавших в Российской Федерации с 2005 по 2012 г.

Аннотация

Исследованы особенности циркуляции вирусов гриппа B в России и в мире с 2005 по 2012 гг., установлена доля вирусов гриппа B в структуре вирусной популяции. Определено направление антигенного дрейфа вирусов гриппа B Викторианской и ямагатской разновидностей. На основе генетического анализа выявлены аминокислотные замены, влияющие на антигенные свойства вирусов. Установлено соответствие эпидемических вирусов гриппа B вакцинным штаммам.

Полный текст

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.