jofinЖурнал инфектологииJournal Infectology2072-6732IPO “АIDSSPbR"10.22625/2072-6732-2020-12-1-48-55jofin-1012Research ArticleОригинальные исследованияOriginal ResearchМолекулярно-генетическая характеристика патогенности вируса клещевого энцефалита дальневосточного субтипаMolecular-genetic characteristics of the tick-borne encephalitis virus pathogenicity of far eastern subtypeЛеоноваГ. Н.LeonovaG. N.

Леонова Галина Николаевна  – главный научный сотрудник лаборатории природно-очаговых трансмиссивных инфекций, д.м.н., профессор.

Владивосток, тeл.: +7-966-280-28-45

Vladivostok

galinaleon41@gmail.comСомоваЛ. М.SomovaL. M.

Сомова Лариса Михайловна – д.м.н, профессор, главный научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии, д.м.н., профессор.

Владивосток, тел.: +7-914-791-22-18

Vladivostok

l_somova@mail.ruБеликовС. И.BelikovS. I.

Беликов Сергей Иванович – главный научный сотрудник лаборатории аналитической и биоорганической химии, д.б.н., профессор.

Иркутск, тел.:  +7-914-891-99-98 

Irkutsk

sergeibelikov47@gmail.comНаучно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. СомоваРоссияScience Research Institute of Epidemiology and Microbiology named after G.P. SomovRussian FederationЛимнологический институтРоссияLimnological InstituteRussian Federation2020190320201214855Copyright © Леонова Г.Н., Сомова Л.М., Беликов С.И., 20202020Леонова Г.Н., Сомова Л.М., Беликов С.И.Leonova G.N., Somova L.M., Belikov S.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.niidi.ru/jofin/article/view/1012

Цель работы: используя данные полногеномного секвенирования штаммов дальневосточной популяции вируса клещевого энцефалита, выявить особенности молекулярно-генетической характеристики и их связь с патогенностью возбудителя. Материалы и методы. Дана полногеномная характеристика 63 штаммов вирусного клещевого энцефалита, выделенных на территории Дальнего Востока и зарегистрированных в GeneBank. Проведено патоморфологическое исследование центральной нервной системы обезьян, зараженных высоковирулентными штаммами Sofjin и Хабаровский-17 вирусного клещевого энцефалита. Результаты. Все штаммы отнесены к дальневосточному субтипу вирусного клещевого энцефалита и расположились в 3 кластерах, отмечена территориальная привязанность отдельных групп штаммов. В кластере Sofjin-подобных штаммов определились самостоятельные группы, изолированные на территориях только Приморского края, и отдельные группы – только на северных очаговых территориях (Хабаровский край). Кластер Senzhang-подобных штаммов представлен штаммами разных кластеров, изолированными в Китае и на всей территории Дальнего Востока. Кластер Oshimaподобных изолятов, кроме штаммов из Японии, состоит из штаммов, изолированных только на юге Дальнего Востока (в Приморском крае). Инкубационный период заболевания у экспериментальных животных был короче при заражении штаммом Sofjin (3–5 дней), чем при заражении штаммом Хабаровский-17 (7 и более дней). Выявлены штаммоспецифические различия по степени выраженности морфологических изменений в центральной нервной системе. Для приморских штаммов вирусного клещевого энцефалита характерна более высокая степень нейроинвазивности с более быстрым развитием тяжелых проявлений нейроинфекции, по сравнению с хабаровскими штаммами. Выводы: 1) на основе полногеномного секвенирования и филогенетического анализа 63 штаммов вирусного клещевого энцефалита выделены три основные кластера: Sofjin-, Senzhang- и Oshima-подобный; 2) в этих кластерах установлена территориальная привязанность групп штаммов вирусного клещевого энцефалита, имеющих определенную молекулярно-генетическую характеристику; 3) у приморских штаммов вирусного клещевого энцефалита выявлены генетически детерминированные преимущества в степени нейроинвазивности, обеспечивающие им способность более быстрого преодоления гематоэнцефалического барьера по сравнению с хабаровскими штаммами.

The aim of the work

The aim of the work: Using the data of genome-wide sequencing of tick-borne encephalitis virus strains of the Far Eastern population, reveal the peculiarities of the moleculargenetic characteristics and their relationship with the pathogenicity of the agent.

Materials and methods

Materials and methods. A full-genomic characteristic of 63 TBEV strains isolated in the Far East and registered in GeneBank wos given. A pathohistological study of the central nervous system of monkeys infected with the highly virulent strains Sofjin and Khabarovsk-17 TBEV was conducted.

Results

Results. All strains are assigned to the Far Eastern subtype of TBEV and are located in three clusters, the territorial attachment of individual strains groups is noted. In the cluster of Sofjin-like strains, independent groups were identified, isolated in the territories of Primorsky Krai only, and separate groups – only in northern focal territories (Khabarovsk Krai). The cluster Senzhang-like strains are represented by strains of different clusters, isolated in China and throughout the Far East. The Oshima-like cluster of strains, except for strains from Japan, consists of strains isolated only in the south of the Far East (in Primorsky Krai). The incubation period of the disease in experimental animals was shorter when infected with the Sofjin strain (3–5 days) than when infected with the Khabarovsk-17 strain (7 days or more). The strain-specific differences in the severity of morphological changes in the central nervous system were revealed. For primorsky TBEV strains, a higher degree of neuroinvasiveness was characteristed with a more rapid development of severe manifestations of neuroinfection, compared to khabarovsky strains.

Findings

Findings: 1) based on full-genome sequencing and phylogenetic analysis of 63 TBEV strains, three main clusters were distinguished: Sofjin-, Senzhang- and Oshima-like; 2) in these clusters, territorial attachment of TBEV strains groups with a certain molecular genetic characteristic was established; 3) in primorsky TBEV strains, genetically determined advantages in the degree of neuroinvasiveness have been revealed, which provide them with the ability to more quickly overcome the blood-brain barrier compared to khabarovsky strains.

вирус клещевого энцефалитамолекулярно-генетическая характеристика штаммовкластерыпатогенностьtick-borne encephalitis virus (TBEV)molecular genetic characteristics of strainsclusterspathogenicityReferencesЗильбер, Л.А. Весенний (весенне-летний) эндемический клещевой энцефалит / Л.А. Зильбер // Арх. биол. наук. – 1939. – № 56 (2). – С. 9–37.Zilber LA (1939) Spring (Spring-Summer) endemic tickborne encephalitis. Arkhiv Biol Nauk.; 56(2):9–37 (Russian)Casals J. Biology of viruses of tick-borne-encephalitis complex. 1962; Symposia CSAV, 53.Casals J. Biology of viruses of tick-borne-encephalitis complex. 1962; Symposia CSAV, 53.Clarke DH. Antigenic relationship among viruses of the tick-borne encephalitis complex as studied by antibody adsorption and agar gel precipitin techniques. In Symposium on the Biology of Viruses of the Tick-Borne Encephalitis Complex, 1962; 67-75. Edited by H. Libikova. New York: Academic Press.Clarke DH. Antigenic relationship among viruses of the tick-borne encephalitis complex as studied by antibody adsorption and agar gel precipitin techniques. In Symposium on the Biology of Viruses of the Tick-Borne Encephalitis Complex, 1962; 67-75. Edited by H. Libikova. New York: Academic Press.Calisher, CH, Karabatsos, N, Dalrymple, JM, Shope, RE, Porterfield, JS, Westaway, EG & Brandt, WE. Antigenic relationships between flaviviruses as determined by cross-neutralization tests and polyclonal antisera. J.Gen. Virol. 1989;70,3743. PMID: 2543738 DOI: 10.1099/0022-1317-70-1-37Calisher, CH, Karabatsos, N, Dalrymple, JM, Shope, RE, Porterfield, JS, Westaway, EG & Brandt, WE. Antigenic relationships between flaviviruses as determined by cross-neutralization tests and polyclonal antisera. J.Gen. Virol. 1989;70,3743. PMID: 2543738 DOI: 10.1099/0022-1317-70-1-37King AMQ, Adams MJ, Carstens EB and Lefkowitz EJ. Virus taxonomy: classification and nomenclature of viruses: Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Edited by: King AMQ, Lefkowitz E, Adams MJ Carstens E B. San Diego: Elsevier, 2012;1003-1020.King AMQ, Adams MJ, Carstens EB and Lefkowitz EJ. Virus taxonomy: classification and nomenclature of viruses: Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Edited by: King AMQ, Lefkowitz E, Adams MJ Carstens E B. San Diego: Elsevier, 2012;1003-1020.International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) Release, EC 48, Budapest, Hungary, August 2016: https:talk.ictvonline.org/taxonomy.International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) Release, EC 48, Budapest, Hungary, August 2016: https:talk.ictvonline.org/taxonomy.Pletnev AG, Yamshchikov VF, Blinov VM.` Nucleotide sequence of the genome and complete amino acid sequence of the polyprotein of tick-borne encephalitis virus. Virology,1990; 174(1):250–263. PMID: 2136778Pletnev AG, Yamshchikov VF, Blinov VM.` Nucleotide sequence of the genome and complete amino acid sequence of the polyprotein of tick-borne encephalitis virus. Virology,1990; 174(1):250–263. PMID: 2136778Leonova GN, Belikov SI, Kondratov IG, Takashima I Comprehensive assessment of the genetics and virulence of TBEV strains isolated from patients with inapparent and clinical forms of the infection in the Russian Far East.Virology,2013; 443:89–98. PMID: 23735441 DOI: 10.1016/j.virol.2013.04.029.Leonova GN, Belikov SI, Kondratov IG, Takashima I Comprehensive assessment of the genetics and virulence of TBEV strains isolated from patients with inapparent and clinical forms of the infection in the Russian Far East.Virology,2013; 443:89–98. PMID: 23735441 DOI: 10.1016/j.virol.2013.04.029.Belikov SI, Kondratov IG, Potapova UV, Leonova GN. The relationship between the structure of the tick-borne encephalitis virus strains and their pathogenic properties. PLoS One. 2014;9(4):e94946. doi:10.1371/journal.pone.0094946. PMID: 24740396 http://www.plosone.org/article/ info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0094946 eCollection; 2014.Belikov SI, Kondratov IG, Potapova UV, Leonova GN. The relationship between the structure of the tick-borne encephalitis virus strains and their pathogenic properties. PLoS One. 2014;9(4):e94946. doi:10.1371/journal.pone.0094946. PMID: 24740396 http://www.plosone.org/article/ info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0094946 eCollection; 2014.Leonova GN, Belikov SI, Kondratov IG. Characteristics of far eastern strains of tick-borne encephalitis virus. Arch Virol.2017; DOI 10.1007/s00705-017-3309-1.Leonova GN, Belikov SI, Kondratov IG. Characteristics of far eastern strains of tick-borne encephalitis virus. Arch Virol.2017; DOI 10.1007/s00705-017-3309-1.Saitou N, Nei M «The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees». Molecular Biology and Evolution. 1987;4 (4): 406—425. PMID: 3447015. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454.Saitou N, Nei M «The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees». Molecular Biology and Evolution. 1987;4 (4): 406—425. PMID: 3447015. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454.Zhang Y, Si Bing-Yin, Liu Bo-Hua, Chang Guo-Hui, Yang Yin-Hui, Huo Qiu-Bo, Zheng Yuan-Chun, Zhu Qing-Yu Complete genomic characterization of two tick-borne encephalitis viruses isolated from China. Virus Res.2012;167:310–331. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.05.015.Zhang Y, Si Bing-Yin, Liu Bo-Hua, Chang Guo-Hui, Yang Yin-Hui, Huo Qiu-Bo, Zheng Yuan-Chun, Zhu Qing-Yu Complete genomic characterization of two tick-borne encephalitis viruses isolated from China. Virus Res.2012;167:310–331. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.05.015.Takashima I, Morita K, Chiba M et al. A case of tickborne encephalitis in Japan and isolation of the virus. J Clin Microbiol. 1997;35:1943–1947. PMID: 9230360Takashima I, Morita K, Chiba M et al. A case of tickborne encephalitis in Japan and isolation of the virus. J Clin Microbiol. 1997;35:1943–1947. PMID: 9230360Chiba N, Iwasaki T, Mizutani T, Kariwa H, Kurata T, Takashima I. Pathogenicity of tick-borne encephalitis virus isolated in Hokkaido, Japan in mouse model. Vaccine 1999;17(78):779–787. PMID: 10067683Chiba N, Iwasaki T, Mizutani T, Kariwa H, Kurata T, Takashima I. Pathogenicity of tick-borne encephalitis virus isolated in Hokkaido, Japan in mouse model. Vaccine 1999;17(78):779–787. PMID: 10067683.Леонова, Г.Н. Динамика эпидемической ситуации по клещевому энцефалиту на Дальнем Востоке / Г.Н. Леонова // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. – 2015. – № 3 (82), т. 14. – С. 17–22.Leonova G.N. The epidemic situation dynamics of tickborne encephalitis in the Far East. Epidemiology and vaccine prevention 2015, No. 3 (82), 14, P.17-22Панов, А.Г. Клещевой энцефалит / А.Г. Попов. – Л.: Медгиз, 1956.Panov AG. Tick-borne encephalitis (1956). Leningrad: Medgiz. (Russian).Somova LM, Leonova GN, Plekhova NG, Kaminsry YuV., Phisenko AYu. The Pathomorphology of Far Eastern Tick-Borne Encephalitis. In: Encephalitis (ed. Sergey Tkachev); INTECH, 2012;Croatia:113-144.Somova LM, Leonova GN, Plekhova NG, Kaminsry YuV., Phisenko AYu. The Pathomorphology of Far Eastern Tick-Borne Encephalitis. In: Encephalitis (ed. Sergey Tkachev); INTECH, 2012;Croatia:113-144.Шаповал, А.Н. Клещевой энцефаломиелит / А.Н. Шаповал. – Л.: Медицина, 1980.Shapoval AN. Tick-borne encephalomyelitis (1980) Leningrad: Medicine. (Russian).Leonova GN, Maystrovskaya OS, Kondratov IG, Takashima I, Belikov SI. The nature of replication of tick-borne encephalitis virus strains isolated from residents of the Russian Far East with inapparent and clinical forms of infection. Virus Res. 2014;189: 34-42. PMID: 24747117 DOI:10.1016/j.virusres.2014.04.004Leonova GN, Maystrovskaya OS, Kondratov IG, Takashima I, Belikov SI. The nature of replication of tick-borne encephalitis virus strains isolated from residents of the Russian Far East with inapparent and clinical forms of infection. Virus Res. 2014;189: 34-42. PMID: 24747117 DOI:10.1016/j.virusres.2014.04.004Potapova UV, Feranchuk SI, Potapov VV, Kulakova NV, Kondratov IG, Leonova GN, Belikov SI. NS2B/NS3 protease: allosteric effect of mutations associated with the pathogenicity of tick-borne encephalitis virus. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics iFirst: 2012;1–14. DOI:10.1080/07391102.2012. 689697Potapova UV, Feranchuk SI, Potapov VV, Kulakova NV, Kondratov IG, Leonova GN, Belikov SI. NS2B/NS3 protease: allosteric effect of mutations associated with the pathogenicity of tick-borne encephalitis virus. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics iFirst: 2012;1–14. DOI:10.1080/07391102.2012. 689697Погодина, В.В. 75-летие открытия вируса клещевого энцефалита. Сравнение ранних (1937–1945) и современных штаммов / В.В. Погодина [и др.] // Вопр. вирусол. – 2012. – Спец. выпуск, посвященный 120-й годовщине со дня открытия вирусов русским ученым Д.И. Ивановским. – С. 66–75.Pogodina V.V., Karan L.S., Levina L.S., Kolyasnikova N.M., Gerasimov S.G., Malenko G.V. 75-anniversary of the tickborne encephalitis discovery. Comparison of historical (1937– 1945) and modern strains of tick-borne encephalitis virus. Vopr. virusol., 2012. Spec. issue dedicated to the 120th anniversary of the discovery of viruses by Russian scientists D.I. Ivanovsky - С.66-75.Робинзон, И.А. О локализации воспалительных изменений при весенне-летнем менингоэнцефаломиелите / И.А. Робинзон, Ю.С. Сергеева // Журн. невропат. и психиатрии им. Корсакова. – 1940. – Т. 9, № 1–2. – С. 31–37.Robinson IA, Sergeeva YuS. (1940). On the localization of inflammatory changes in spring-summer meningoencephalomyelitis // J. Neuropath. Psych. 9 (1-2): 31-37 (Russian).Робинзон, И.А. Общие вопросы патогенеза и патологической анатомии вирусных поражений нервной системы / И.А. Робинзон // Менингиты и энцефалиты у детей / М.Б. Цукер. – М., 1975. – С. 5–72.Robinson IA. (1975). General questions of pathogenesis and pathological anatomy of viral lesions of the nervous system. In: Zucker MB. Meningitis and encephalitis in children. Moscow: 5-72 (Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.