Современные особенности экологии и биологические свойства различных субтипов вируса гриппа A, циркулирующих в популяциях диких птиц юга Западной Сибири тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.02.02, кандидат биологических наук Сивай, Мария Владимировна

• Сивай, Мария Владимировна
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Сивай, Мария Владимировна

Список используемых сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Вирус гриппа А

1.1.1. Структура вируса гриппа А и устройства его генома

1.1.2. Генетика вирусов гриппа

1.1.3. Эволюционная генетика вирусов гриппа А

1.2. Экология вируса гриппа

1.2.1. Циркуляция вируса гриппа А среди диких птиц

1.2.2. Циркуляция вируса гриппа А людей

1.2.3. Циркуляция вируса гриппа А среди других млекопитающих

1.2.4. Межвидовая трансмиссия вируса гриппа А

2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы и методы

2.2. Результаты собственных исследований

1.3. Экологические особенности территории юга Западной Сибири и роль данного региона в циркуляции вирусов гриппа А в популяции диких птиц

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Современные особенности экологии и биологические свойства различных субтипов вируса гриппа A, циркулирующих в популяциях диких птиц юга Западной Сибири»

Актуальность темы. Заболевание животных и человека, называемое гриппом, вызывают представители семейства ортомиксовирусов: вирусы гриппа родов А, В и С. Из них только вирус гриппа А (ВГА) имеет широкий круг хозяев, включающий различные виды млекопитающих и птиц (R.G. Webster et al., 1992). Дикие птицы отрядов гусеобразные и ржанкообразные являются основным природным резервуаром ВГА, в организме которых инфекция часто протекает бессимптомно. К настоящему моменту инфекция зарегистрирована у 105 видов диких птиц 26 отрядов (В. Olsen et al., 2006). Вирусы гриппа А также были выделены у свиней, лошадей, собак, различных видов грызунов, некоторых видов морских млекопитающих, кошек, норок, а также людей (R.G. Webster et al., 1992).

Сезонные миграции диких птиц способствуют распространению различных вариантов ВГА в отдаленные географические регионы и обеспечивают их долговременное присутствие во многих экосистемах, что определяет важность и необходимость эпизоотологического мониторинга вируса гриппа птиц в естественных условиях. Во время сезонных миграций различные экологические группы диких птиц перемещаются различными путями, придерживаясь благоприятных для их обитания мест.

На путях миграций и в местах зимовок осуществляются контакты между популяциями птиц, изолированными друг от друга в период гнездования. Это создает предпосылки для последующего географического распространения различных вариантов вируса ВГА как внутри одного вида, так и между видами (Д.К. Львов и В.Д. Ильичев, 1979). ВГА циркулирует повсеместно среди водно-болотных птиц, однако мониторинг этого вируса не может быть проведен на всей территории. В связи с этим наиболее актуально осуществление такого мониторинга в районах массовых скоплений водно-болотных птиц различных популяций.

Всё это определяет особую сложность ситуации, поскольку наши представления как о разнообразии ВГА, так и характерных для него эпизоотологических и экологических особенностях, до сих пор крайне поверхностны.

Поскольку все известные высокопатогенные для птиц штаммы ВГА относятся к одному из трех субтипов гемагглютинина: Н5, Н7 или к Н9, особое внимание при проведении мониторинга вируса гриппа в популяциях птиц необходимо уделять выявлению и изучению именно таких вариантов.

Другим важным аспектом изучения ВГА является выяснение филогенетических связей штаммов, выделенных от птиц разных регионов, что позволит изучить пути географического распространения вируса в природном резервуаре и разработать превентивные противоэпизоотические мероприятия.

Начиная с 1997 г. на территории стран Юго-Восточной Азии формируется эндемичный очаг вируса гриппа A H5N1 субтипа. На территории данных стран вирус был обнаружен не только среди диких птиц, но и вызвал крупнейшие эпизоотии у домашней птицы. Высокопатогенные варианты вируса H5N1 также были обнаружены у некоторых видов млекопитающих, в том числе и у человека. На 13 февраля 2013 г. по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) всего в мире зарегистрировано 620 случаев заболевания человека вируса гриппа A H5N1 субтипа, из которых 367 закончилось летальным исходом (WHO, 2013).

Таким образом, варианты вируса гриппа А, циркулирующие среди диких птиц, являются как причиной эпизоотий среди сельскохозяйственных птиц, приводящим к огромным экономическим потерям, так и источником опасности для здоровья человека. Поскольку основным резервуаром таких вариантов являются птицы естественных экосистем, для контроля над инфекцией необходимо выявить закономерности циркуляции вируса гриппа

А в популяциях диких птиц и его распределения в разных таксономических и экологических группах последних.

На севере России располагаются главные места гнездования многих мигрирующих птиц отрядов гусеобразные. Особую важность представляет территория Западно-Сибирской равнины (М. Gilbert et al., 2006). Территориальные связи западно-сибирских птиц, формирующиеся в процессе сезонных миграций, весьма обширны. Территорию юга Западной Сибири пересекают центрально-азиатский, западноазиатский-восточноафриканский и восточноазиатский-австралийский перелетные пути, объединяя популяции птиц, зимующих в различных регионах мира - Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в Средней Азии, Индостане и Юго-Восточной Азии, Австралии, Океании, полуострове Аляска (К.Т. Юрлов, 1981). Экологические особенности данного региона - наличие большого количества пресных и слабосоленых водоемов, а также резко континентальный климат - создают благоприятные условия для длительного сохранения вируса в воде и почве. В связи с этим на территории юга Западной Сибири существуют благоприятные условия для распространения различных вариантов патогена, его персистенции и эволюции (R.L. LaBelle et al, 1980; J. Nazir et al., 2011).

Таким образом, все вышеизложенное указывает на важность изучения экологии вируса гриппа А на территории юга Западной Сибири, исследование его генетического разнообразия, а также изучение биологических свойств и филогенетических связей выделенных штаммов вируса. Результаты, полученные в ходе данной работы, помогут не только улучшить знания о генетике и эволюции вируса, но также исследовать пути распространения вируса и прогнозировать развитие эпизоотической ситуации в случае ее возникновения.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы - выявление биологического разнообразия и экологических особенностей вирусов гриппа А, циркулирующих у диких птиц юга Западной Сибири.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить биологическое разнообразие вариантов вируса гриппа А в популяциях диких птиц юга Западной Сибири.

2. Выявить закономерности распределения вирусов гриппа А в различных таксономических группах птиц.

3. Разработать последовательности синтетических олигонуклеотидов-праймеров для получения нуклеотидных последовательностей генов РВ2, РВ1, PA, NP, MP, NS вирусов гриппа А евразийской генетической линии.

4. Изучить основные биологические свойства выявленных редких и уникальных вариантов вируса гриппа А.

5. Провести анализ первичных структур генов вирусов гриппа А и установить филогенетические связи штаммов вируса гриппа А, выделенных на юге Западной Сибири.

Научная новизна. В ходе данной работы получены современные данные о циркуляции вирусов гриппа А среди диких птиц на территории юга Западной Сибири в период с 2008 по 2011 гг. Представлены результаты мониторинга вируса гриппа А на территории Новосибирской и Омской областей, а также Алтайского края. Всего было выделено и изучено 105 штаммов вируса гриппа А, относящихся к 21 субтипу.

Впервые в мире выделены вирусы гриппа А с субтипами H8N8 и H15N4 (штаммы A/teal/Chany/444/2009 и A/teal/Chany/7119/2008 соответственно). Изучены основные биологические свойства данных штаммов и показана возможность использования штамма A/teal/Chany/7119/2008 H15N4 субтипа для создания диагностикума (патент № 2478705 «Штамм вируса гриппа A/teal/Chany/7119/08/ Н15Ж-субтипа для получения антигенсодержащего препарата и поликлональной сыворотки для диагностических целей», Приложение 10).

Также выделены такие варианты вируса гриппа, как низкопатогенные Н5Ш и Н16№, данные о которых в исследуемом регионе отсутствовали.

Показана возможность использования штамма АУсошшоп ёи11/Аиа1/804/2011 Н16Ю субтипа для создания диагностикума (заявка на патент: регистрационный номер 2012123090 от 04.06.2012, Приложение 11).

Проведен молекулярно-биологический и филогенетический анализ матриксного гена (МР) выделенных штаммов вируса гриппа.

Теоретическая и практическая значимость. Разработаны последовательности синтетических олигонуклеотидов-праймеров для получения первичных структур генов (РВ2, РВ1, РА, МР, N8) вирусов гриппа А с учетом особенностей вирусов евразийской генетической линии (заявка на патент: регистрационный номер 2012143573 от 11.10.2012, Приложение 12).

Штаммы вирусов гриппа, полученные в ходе данной работы, могут быть использованы в диагностических целях в качестве антигенов и полученных на основе данных антигенов поликлональных сывороток.

Полученные данные о биологическом разнообразии выделенных штаммов вируса гриппа от диких птиц могут быть использованы в изучении экологии патогена, эволюции, а также путей распространения вируса.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Биологическое разнообразие вирусов гриппа А циркулирующих у диких птиц юга Западной Сибири.

2. Разработанные последовательности синтетических олигонуклеотидов-праймеров для получения нуклеотидных последовательностей генов РВ2, РВ1, РА, ЫР, МР, N8 вирусов гриппа А евразийской генетической линии.

3. Основные молекулярно-биологических свойства редких и уникальных вариантов вирусов гриппа А субтипов H8N8, H15N4, H5N1 и H16N3.

4. Филогенетический анализа матриксного гена выделенных штаммов вируса гриппа А.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: XLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 2009 г.), Школе-конференции молодых ученых «Секвенирование полных геномов» (г. iL

Иркутск, 2009 г.), 14 International Congress on Infection Diseases (г. Майами, 2010 г.), XLVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 2010 г.), X International Conference of Molecular Epidemiology and Evolution Genetics of Infectious Diseases (г.Амстердам, 2011 г.), XIV International Symposium on Respiratory Viral Infections (г. Стамбул, 2012 г.), "Influenza 2012: One Influenza, One world" (г. Оксфорд, 2012 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 статьи - в российских журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ («Вестник Новосибирского государственного университета», «Бюллетень Восточно-Сибирского Научного Центра СО РАМН», «Сибирский вестник сельскохозяйственных наук»), и 2 статьи - в зарубежных научных изданиях («Avian Diseases», «Journal ofVirology»).

Внедрение результатов исследований. Получена коллекция из 105 штаммов вируса гриппа различных субтипов, выделенных на юге Западной Сибири. Восемь штаммов приняты на патентное депонирование в коллекцию культур микроорганизмов ФБУНГНЦВБ «Вектор» (Приложение 1-8).

Сто тридцать две первичных структуры генов вирусов гриппа депонированы в международной базе данных GenBank (Приложение 13).

Опубликованные методические рекомендации «Комплексный эпизоотологический мониторинг вируса гриппа А на территории Сибири и Дальнего Востока», утвержденных подсекцией «Инфекционная патология животных в регионе Сибири и Дальнего Востока» отделения ветеринарной медицины Россельхозакадемии (протокол № 3 от 21 сентября 2011 г.) могут быть использованы в образовательном процессе в специализированных ВУЗах, а также в дальнейших научных исследованиях и в практической противоэпизоотической работе (Приложение 9).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста, включает введение, обзор литературы, собственные исследования, обсуждение результатов собственных исследований, выводы, практические приложения, список литературы и приложение.