Różnice pomiędzy amerykańskimi a innym szczepami wirusa PED.

Artykuł

Genomic and evolutionary inferences between American and global strains of porcine epidemic diarrhoea virus. MC Jarvis, H Ching Lam, Y Zhang, L Wang, RA Hesse, BM Hause, A Vlasova, Q Wang, J Zhang, MI Nelson, MP Murtaugh, and D Marthaler. Preventive Veterinary Medicine 123 (2016) 175–184. http://dx.doi.org/10.1016/j.prevetmed.2015.10.020

 

Co było przedmiotem badań?

Dokonano sekwencjonowania całego genomu izolatów wirusa PED pochodzących z ognisk choroby w Stanach Zjednoczonych z 2014 roku, a następnie porównano z kompletną sekwencją genomu dostępną w GanBanku (n = 126) w celu ustalenia najbardziej zmiennych fragmentów genomu i lepszego poznania ewolucji wirusa PED. Analiza ta powinna być pomocna w tworzeniu nowych narzędzi diagnostycznych i w opracowywaniu szczepionek. 

 

W jaki sposób przeprowadzono badanie?

 

Od stycznia do grudnia 2014 roku pobrano w sumie 93 próbki terenowe (kał, homogenat jelitowy, płyn ustny, próbki środowiska) które poddano sekwencjonowaniu kompletnego genomu. Próbki badano metodą RT-PCR w kierunku PEDv. Ilość wirusa w badaniu RT-PCR oraz region geograficzny USA były kryteriami wyboru próbek do kompletnego sekwencjonowania genomu. Przy użyciu pełnych sekwencji genomu PEDv z tego badania (n=93) i dostępnych sekwencji w GanBank (n=126), dwa nukleotydy i aminokwasowe szeregi zostały stworzone i analizowane w celu określenia filogenetycznego powiązania pomiędzy amerykańskimi i globalnymi sekwencjami wirusa PED. Pozwoliło to na identyfikacje genów lub obszarów różniących poszczególne szczepy. Aby zrozumieć ewolucje wirusa i zmiany w domenie wiążącej receptor (RBD), która uważana jest za kluczową w definiowaniu cech zjadliwości i zaraźliwości PEDv, użyto wielu złożonych narzędzi analitycznych.

Jaki wynik otrzymano?

Ten artykuł zawiera kilka nowych faktów, a mianowicie:

1. Nsp2 i nsp3 były regionami najbardziej różniącymi się pomiędzy szczepami (część ORF1a).
2. Wśród genów strukturalnych - gen S miał najwyższą entropię w porównaniu do innych genów strukturalnych oraz najwyższą ocenę rozwojową co odzwierciedla presje selekcji.
3. Rekombinacja odgrywa kluczową rolę w rozwoju koronawirusa, tworząc nowe szczepy o zmienionej zjadliwości. Szczep Minnesota211 powstał w wyniku rekombinacji między S-INDEL i szczepem pandemicznym US. Rekombinacje pojawiają się częściej podczas epidemii, wykazano że większość azjatyckich szczepów wykazuje rekombinacje.

 

Jakie to ma znaczenie?

Obraz genealogii PED jest bardziej skomplikowany niż sądzono wcześniej. Wyniki badania wskazują na zmiany w obszarach ORF1 i spike, co wskazuje na wysoki poziom zróżnicowania pomiędzy izolatami. Testy diagnostyczne "celujące" w region ORF1 wirusa mogą dawać wyniki fałszywie ujemne ze względu na dużą zmienność genetyczną. Bardziej stabilny region C- terminal który jest częścią białka strukturalnego może być bardziej odpowiednim punktem uchwytu.

Badania epidemiologiczne sprawdzające jedynie zmienny region S mogą przegapić istotne zmiany zachodzące w regionie ORF1. Sekwencja całego wirusa powinna dać nam więcej informacji i prowadzić do bardziej precyzyjnych wniosków.

Pomimo różnic pomiędzy szczepami amerykańskimi i azjatyckimi istnieją pewne podobieństwa, które mogą świadczyć o azjatyckim pochodzeniu pandemicznych szczepów amerykańskich. Pochodzenie europejskich szczepów jest mniej jasne.

Poziom rekombinacji i ewolucji w obu amerykańskich i azjatyckich szczepach jest wysoka, co sprawia że opracowanie szczepionki o tak szerokim spektrum ochronnym jest wyzwaniem.

Okiem praktyka:  Enric Marco Niedawne pojawienie się epidemicznej biegunki świń (PED),która przetoczyła się przez Azję, USA i Europę uwidoczniła słabe punkty naszego systemu produkcji. Chociaż środki bioasekuracji na ogół znacznie się poprawiły, nie były one wystarczające, aby zapobiec rozprzestrzenianiu infekcji. Pojawiają się pytania: Dlaczego infekcja która była znana w Europie od końca lat 80-tych uderza tak silnie na nowo? Jak to możliwe, że poprawione środki bioasekuracyjne nie ograniczyły szerzenia się wirusa? Dlaczego kraje, w których pojawiło się PED w poprzednich latach doznały nowej epidemii? Jak już wspomniałem wcześniej, te infekcje pojawiają się regularnie w Europie. Jednym z ostatnich doniesień są ogniska choroby we Włoszech w 2008, ale rozprzestrzenienie infekcji było mniejsze, lokalne i wirus był mniej zjadliwy. Gdy wirus dotarł do USA, rozprzestrzenił się po całym kraju, po kilku miesiącach był już w Kanadzie, a objawy kliniczne były dużo bardziej poważne w porównaniu do tych obserwowanych w Europie, powodując wysoką śmiertelność wśród chorych prosiąt (w niektórych przypadkach - 100%). Innymi słowy, ta sama choroba ma dwie bardzo różne cechy: zaraźliwość i zjadliwość. Nowe techniki biologii molekularnej pozwoliły na zbadanie genomu wirusów PED wyizolowanych z tych ognisk choroby, udowadniając że rzeczywiście są odmienne od szczepów izolowanych w Europie. Różnice są tak duże, że nie wpływa to tylko na wspomniane dwie cechy ale również na skuteczność kontroli wirusa przy użyciu szczepionek opartych na klasycznych szczepach wirusa (dostępnych w USA). Nowy wirus może także dawać fałszywie ujemne wyniki testów diagnostycznych opartych na fragmentach genomu, które są zmodyfikowane w nowo powstałych szczepach. Dzisiaj nasza wiedza na temat różnic genetycznych pomiędzy szczepami pozwala nam zrozumieć powody pojawiania się nowych ognisk choroby i powinna pomóc udoskonalić pewne kwestie szczególnie związane z diagnostyką i bioasekuracją.  Szczegółowa wiedza na temat różnych szczepów danego wirusa, tak jak w przypadku PEDv, pozwala nam wypracować odpowiedni plan działania uszczelniając naszą bioasekuracje oraz umożliwia opracowanie testów diagnostycznych opartych o najbardziej konserwatywne (niezmienne) geny, aby uniknąć problemów związanych z potencjalną rekombinacją wirusa.