Современные методы изучения филогенеза вирусов (на примере вируса Омской геморрагической лихорадки)


Платонов А.Е., Ciccozzi M., Карань Л.С., Якименко В.В., Lo Presti A., Rezza G.

1 Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, Москва; 2 Национальный институт здравоохранения, Рим, Италия; 3 Омский НИИ природноочаговых инфекций Роспотребнадзора
Для реконструкции пространственно-временной эволюционной истории вируса Омской геморрагической лихорадки (ВОГЛ) применены два современных Байесовских филогенетических метода: «расчеты методом Монте-Карло по схеме Марковской цепи» и «расчеты процесса в Марковской цепи с непрерывной временной переменной и дискретными пространственными координатами». Были определены последовательности Е гена 25 штаммов ВОГЛ из уникальной коллекции Омского НИИ природно­очаговых инфекций, изолированных в Омской, Новосибирской и Курганской областях в 1947–2007 гг. Идентифицированы 6 генетических кластеров ВОГЛ, 5 из которых входят в основной клад А. Наиболее древним эволюционным событием, которое удалось обнаружить и подтвердить статистическими оценками, явилось разделение популяции ВОГЛ на клад А и клад В; это событие имело место приблизительно 700 лет назад. С помощью филогеографического анализа не удалось выявить местоположение общего предка всех изолятов ВОГЛ. Некоторые эволюционные ветви ВОГЛ, обозначенные как клад А и кластеры В, С, Е, возникли, вероятно, в Омской, Новосибирской, Курганской и Омской областях соответственно. Выделение этих ветвей происходило около 100–250 лет назад. Можно заключить, что вид ВОГЛ, относящийся к подгруппе флавивирусов, заражающих млекопитающих и переносящихся клещами, эволюционировал в Западной Сибири в течение последнего тысячелетия. Ондатры Ondatra zibethicus были интродуцированы в этот регион в 1930-х годах и оказались высокочувствительны к ВОГЛ, служа «амплифицирующим хозяином» для вируса. Это привело к многочисленным эпизоотиям среди ондатр и эпидемическим вспышкам ОГЛ, наблюдавшимся с 1940-х годов.

Литература



  1. Лукашов В.В. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ. М.: БИНОМ, 2009. 256 с.

  2. Sleator R.D. A beginner’s guide to phylogenetics. Microb. Ecol. 2013; 66(1): 1–4.

  3. Lam T.T., Hon C.C., Tang J.W. Use of phylogenetics in the molecular epidemiology and evolutionary studies of viral infections. Crit. Rev. Clin. Lab. Sci. 2010; 47(1): 5–49.

  4. Yang Z., Rannala B. Molecular phylogenetics: principles and practice. Nat. Rev. Genet. 2012; 13(5): 303–314.

  5. Ling C., Hamada T., Bai J. et al. MrBayes tgMC(3): a tight GPU implementation of MrBayes. PLoS One 2013; 8(4): e60667.

  6. Norstrom M.M., Prosperi M.C., Gray R.R. et al. PhyloTempo: a set of R scripts for assessing and visualizing temporal clustering in genealogies inferred from serially sampled viral sequences. Evol. Bioinform. Online 2012; 8: 261–269.

  7. Norstrom M.M., Karlsson A.C., Salemi M. Towards a new paradigm linking virus molecular evolution and pathogenesis: experimental design and phylodynamic inference. New Microbiol. 2012; 35(2): 101–111.

  8. Volz E.M., Koelle K., Bedford T. Viral phylodynamics. PLoS Comput. Biol. 2013; 9(3): e1002947.

  9. Faria N.R., Suchard M.A., Rambaut A., Lemey P. Toward a quantitative understanding of viral phylogeography. Curr. Opin. Virol. 2011; 1(5): 423–429.

  10. Gray R.R., Salemi M. Integrative molecular phylogeography in the context of infectious diseases on the human-animal interface. Parasitology 2012; 139(14): 1939–1951.

  11. Viboud C., Nelson M.I., Tan Y., Holmes E.C. Contrasting the epidemiological and evolutionary dynamics of influenza spatial transmission. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2013; 368(1614): 20120199.

  12. Ciccozzi M., Peletto S., Cella E. et al. Epidemiological history and phylogeography of West Nile virus lineage 2. Infect. Genet. Evol. 2013; 17: 46–50.

  13. Яцышина С.Б., Миненко А.Н., Прадед М.Н., Волошина П.В., Трушакова С.В., Браславская С.И. и др. Диагностика гриппа: новый вариант A/H1N1 в России. Эпидемиол. инфекц. бол. 2009; (6): 56–62.

  14. Яцышина С.Б., Шестопалов А.М., Евсеенко В.А., Астахова Т.С., Браславская С.И., Терновой В.А. и др. Изоляция и молекулярная характеристика вирусов гриппа A/H5N1, выделенных во время вспышек гриппа у птиц в 2005 г. в европейской части России: выделение штамма вируса с мутацией устойчивости к озельтамивиру. Молек. ген. микробиол. вирусол. 2008; (1): 26–34.

  15. Garanina S.B., Platonov A.E., Zhuravlev V.I., Murashkina A.N., Yakimenko V.V., Korneev A.G., Shipulin G.A. Genetic diversity and geographic distribution of hantaviruses in Russia. Zoonoses Public Health 2009; 56(5–6): 297–309.

  16. Куличенко А.Н., Малецкая О.В., Василенко Н.Ф., Бейер А.П., Санникова И.В., Пасечников В.Д. и др. Крымская геморрагическая лихорадка в Евразии в XXI веке: эпидемиологические аспекты. Эпидемиол. и инфекц. болезни. Актуал. вопр. 2012; (3): 42–53.

  17. Карань Л.С., Погодина В.В., Фролова Т.В., Платонов А.Е. Генетические различия восточно-европейской и азиатской популяций вируса клещевого энцефалита сибирского подтипа. Бюл. сибирской медицины 2006; 5 (приложение 1): 24–27.

  18. Шопенская Т.А., Федорова М.В., Карань Л.С., Фролов А.Ю., Маленко Г.В., Левина Л.С. и др. Новый вариант вируса Западного Нила и его потенциальное эпизоотическое и эпидемиологическое значение. Эпидемиол. и инфекц. бол. 2008; (5): 38–44.

  19. Платонов А.Е., Карань Л.С., Шопенская Т.А., Федорова М.В., Колясникова Н.М., Русакова Н.М. и др. Генотипирование штаммов вируса Западного Нила, циркулирующих на юге России, как метод эпидемиологического расследования: принципы и результаты. Журн. микробиол. 2011; (2): 29–37.

  20. Смирнова С.Е., Карань Л.С., Колясникова Н.М, Рыбкин В.С., Платонов А.Е. Распространение вируса Баткен/Дхори в эндемичной по крымской-конго геморрагической лихорадке Астраханской области РФ. Эпидемиол. и инфекц. болезни. Актуал. вопр. 2011; (1): 12–19.

  21. Харитонова Н.Н., Леонов Ю.А. Омская геморрагическая лихорадка (экология возбудителя, эпизоотология). Новосибирск: Наука, 1978. 222 с.

  22. Ruzek D., Yakimenko V.V., Karan L.S. et al. Omsk haemorrhagic fever. Lancet 2010; 376(9758): 2104–2113.

  23. Grard G., Moureau G., Charrel R.N. et al. Genetic characterization of tick-borne flaviviruses: new insights into evolution, pathogenetic determinants and taxonomy. Virology 2007; 361(1): 80–92.

  24. Kuno G., Chang G.J., Tsuchiya K.R. et al. Phylogeny of the genus Flavivirus. J. Virol. 1998; 72(1): 73–83.

  25. Карань Л.С., Якименко В.В., Платонов А.Е. Тялина Ю.Ю., Обухов И.Л., Шипулин Г.А. Изучение генетического родства штаммов вируса Омской геморрагической лихорадки (ОГЛ). В сб.: Проблемы инфекционной патологии в регионах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. Новосибирск: ЦЭРИС, 2002; 122–123.

  26. Karan L.S., Yakimenko V.V., Platonov A.E., Matushenko A.A., Shipulin G.A. Phylogeny of Omsk hemorrhagic fever virus. Abstracts of 4th International Conferences on Emerging Zoonoses. Ames, USA: 2003; 94.

  27. Posada D., Buckley T.R. Model selection and model averaging in phylogenetics: advantages of Akaike information criterion and Bayesian approaches over likelihood ratio tests. Syst. Biol. 2004; 53(5): 793–808.

  28. Strimmer K., von Haeseler A. Likelihood-mapping: a simple method to visualize phylogenetic content of a sequence alignment. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997; 94(13): 6815–6819.

  29. Drummond A. J., Rambaut A. BEAST: Bayesian evolutionary analysis by sampling trees. BMC Evol. Biol. 2007; 7: 214.

  30. Kass R., Raftey A. Bayes factors. J. Am. Stat. Assoc. 1995; 90: 773–795.

  31. Dodd K.A., Bird B.H., Khristova M. et al. Ancient ancestry of KFDV and AHFV revealed by complete genome analyses of viruses isolated from ticks and mammalian hosts. PLoS Negl. Trop. Dis. 2011; 5(10): e1352.

  32. Heinze D.M., Gould E.A., Forrester N.L. Revisiting the clinal concept of evolution and dispersal for the tick-borne flaviviruses using phylogenetic and biogeographic analyses. J. Virol. 2012; 86(16): 8663–8671.

  33. Uzcategui N.Y., Sironen T., Golovljova I. et al. Rate of evolution and molecular epidemiology of tick-borne encephalitis virus in Europe, including two isolations from the same focus 44 years apart. J. Gen. Virol. 2012; 93(4): 786–796.

  34. Фолитарек С.С. Эффект столкновения незнакомцев Alien conflictus в эпизоотологии ондатры Западной Сибири. В кн.: Черепанова А.И., ред. Перелетные птицы и их роль в распространении арбовирусов. Новосибирск: Наука, 1969; 128–130.

  35. Kovalev S.Y., Chernykh D.N., Kokorev V.S., Snitkovskaya T.E., Romanenko V.V. Origin and distribution of tick-borne encephalitis virus strains of the Siberian subtype in the Middle Urals, the north-west of Russia and the Baltic countries. J. Gen. Virol. 2009; 90 (12): 2884–2892.

  36. Kovalev S.Y., Kokorev V.S., Belyaeva I.V. Distribution of Far-Eastern tick-borne encephalitis virus subtype strains in the former Soviet Union. J. Gen. Virol. 2010; 91(12): 2941–2946.


Об авторах / Для корреспонденции


Для корреспонденции:
Платонов Александр Евгеньевич – д-р биол. наук, проф., зав. лаб. эпидемиологии природно-очаговых инфекций Центрального НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Адрес: 111123, Москва, ул. Новогиреевская, д. 3а
Телефон: +7(495) 974-96-46
E-mail: platonov@pcr.ru

Сведения об авторах:
Карань Людмила Станиславовна – руководитель научной группы разработки новых методов диагностики природно-очаговых заболеваний отд. молекулярной диагностики и эпидемиологии Центрального НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора; karan@pcr.ru
Якименко Валерий Викторович – д-р биол. наук, зав. лаб. арбовирусных инфекций Омского НИИ природноочаговых инфекций Роспотребнадзора; yakimenko@oniipi.org
Ciccozzi Massimo – researcher, Dept. of Infectious, Parasitic and Immunomediated Diseases, Istituto Superiore di Sanita, Italy, massimo.ciccozzi@iss.it
Lo Presti Alessandra – researcher, Dept. of Infectious, Parasitic and Immunomediated Diseases, Istituto Superiore di Sanita, Italy, alessandra.lopresti@guest.iss.it
Rezza Giovanni – professor, director of Dept. of Infectious, Parasitic and Immunomediated Diseases, Istituto Superiore di Sanita, Italy, giovanni.rezza@iss.it


Похожие статьи


Бионика Медиа