2020–2021 rhinovirus genetic diversity in Saint Petersburg

Andrey D. Ksenafontov; Ксенафонтов Андрей Дмитриевич; Maria M. Pisareva; Писарева Мария Михайловна; Veronika A. Eder; Едер Вероника Анатольевна; Tamila D. Musaeva; Мусаева Тамила Даировна; Artem V. Fadeev; Фадеев Артём Викторович; Andrey B. Komissarov; Комиссаров Андрей Борисович; Irina V. Kiseleva; Киселёва Ирина Васильевна; Dmitry A. Lioznov; Лиознов Дмитрий Анатольевич

doi:10.15789/2220-7619-RGD-15620

Генетическое разнообразие риновирусов на территории Санкт-Петербурга в 2020–2021 гг.

Авторы: Ксенафонтов А.Д.¹, Писарева М.М.¹, Едер В.А.¹, Мусаева Т.Д.¹, Фадеев А.В.¹, Комиссаров А.Б.¹, Киселёва И.В.¹^,2, Лиознов Д.А.¹^,3
Учреждения:
1. ФГБУ НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева Минздрава России
2. ФГБНУ Институт экспериментальной медицины
3. ФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени акад. И.П. Павлова
Выпуск: Том 13, № 4 (2023)
Страницы: 743-753
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Дата подачи: 04.08.2023
Дата принятия к публикации: 28.08.2023
Дата публикации: 24.10.2023
URL: https://iimmun.ru/iimm/article/view/15620
DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-RGD-15620
ID: 15620

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Введение. Риновирусы — одни из самых распространенных респираторных вирусов. Риновирусы относятся к семейству Picornoviridae, роду Enterovirus. Они делятся на три вида: A, B, C, на которые приходится 169 типов. Риновирусы преобладают в осенние и весенние периоды, хотя они циркулируют на протяжении практически всего эпидемического сезона. Геном риновирусов представлен одноцепочечной +РНК длиной 7,2 тыс. оснований. Согласно данным литературы, наиблее распространенным видом риновирусов является риновирус A (HRV-A), затем следуют риновирусы C (HRV-C), в меньшей степени распространены риновирусы B (HRV-B). Целью данной работы было исследование генетического разнообразия риновирусов на территории Санкт-Петербурга.

Материалы и методы. Исследование проводилось на базе лаборатории молекулярной вирусологии вирусологии НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева. Образцы (мазки из носо- и ротоглотки) доставляли из Клинической инфекционной больницы имени С.П. Боткина, Детской городской больницы Св. Ольги и Детской городской клинической больницы № 5 имени Н.Ф. Филатова. Также в работу брались мазки от негоспитализированных пациентов. Исследовались образцы, поступившие с декабря 2020 г. по октябрь 2021 г. Детекция риновирусов проводилась методом ПЦР в режиме реального времени. Генотипирование осуществлялось путем секвенирования методом Сэнгера, с праймерами, разработанными da Costa Souza L. с соавт. (2021).

Результаты. Согласно данным тотального тестирования, процент положительных на риновирус образцов составляет составляют 3,2% от общего числа. Из них был типирован 71, что составляет 17,03% от положительных на риновирус образцов. Наиболее распространенным оказался HRV-A (55%). Был обнаружен 21 тип данного вида (самый распространенный — HRV-A46 — 13%, n = 5). HRV-B и HRV-C были обнаружены в равном количестве — по 23% (n = 16) каждого вида от общего числа типированных риновирусов. Среди HRV-B обнаружено 8 типов (самый распространенный HRV-B06 — 31%, n = 5), среди HRV-C — 7 типов (самые распространенные типы HRV-C42, HRV-C32 и HRV-C15 — по 19%, n = 3). HRV-A выявлялся в основном у пациентов в возрасте от 18 до 65 лет (57,5%, n = 23). HRV-B выявлен только у взрослых пациентов (100%, n = 16). HRV-C детектирован у детей младше 2-х лет (43,75%, n = 7) и у взрослых в возрасте 18–65 лет (31,25%, n = 5). Иногда HRV-A и HRV-C были ассоциированы с различными синдромами поражения дыхательный путей, такими как острый ринофарингит, ларинготрахеит, обструктивный бронхит, пневмония. HRV-B был ассоциирован с клиническими проявлениями пневмонии в семи случаях.

Выводы. На территории Санкт-Петербурга превалирует риновирус вида A. Риновирусы могут быть ассоциированы с различными синдромами поражения дыхательный путей.

Ключевые слова

риновирусы, генетическое разнообразие, виды, типы, ОРВИ, секвенирование

Полный текст

Введение

Риновирусы являются одними из наиболее распространенных возбудителей острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ) негриппозной этиологии [5, 10, 11, 23, 25, 26, 27, 28, 32, 33, 41].

Риновирусы циркулируют на протяжении всего эпидемического сезона ОРВИ (с октября каждого года) с характерным преобладанием в осенний и весенний периоды.

Основными клиническими признаками риновирусной инфекции являются клинические проявления синдромов ринита, риносинусита или ринофарингита (ринорея, заложенность носа, боли в горле, головные боли, недомогание и др.) [6]. Нередко заболевание осложняется острым средним отитом [7]. Также возможно поражение нижних дыхательных путей, например, бронхиолит и пневмония [18, 19, 31].

Риновирусы представляют собой безоболочечные, сферические РНК-содержащие вирусы. Согласно классификации Международного комитета по таксономии вирусов, риновирусы относятся к реалму Riboviria, семейству Picornoviridae, подсемейству Ensavirinae, роду Enterovirus. Риновирусы делятся на три вида: A, B, C, на которые приходится 169 типов [8, 36], из которых известно 80 типов HRV-A, 32 типа HRV-B и 57 типов HRV-C [8]. Однако есть данные и о 179 типах [1]. В зависимости от рецепторной специфичности риновирусы (HRV) видов A и B подразделяются на основные, рецепторно-специфичные к молекуле клеточной адгезии ICAM-1, и минорные, прикрепляющиеся к рецептору липопротеинов низкой плотности LDLR [13, 15]. Риновирус C (HRV-С) прикрепляется к рецептору CDHR3 [20].

Геном риновирусов представлен одноцепочечной (+)РНК. Его длина составляет примерно 7,2 тыс. оснований [4]. К 5'-концу прикреплен праймернговый протеин 5'-VPg. Далее идет нетранслируемая последовательность 5'-UTR. Это наиболее консервативная область генома риновирусов, по ней происходит детекция риновирусов молекулярно-генетическими методами [17].

Классификация риновирусов основана на сходстве в организации генома, свойствах капсида и консервативности первичной последовательности. Риновирусы относятся к HRV-A или HRV-B, если они имеют более чем 70% идентичность аминокислотных последовательностей в областях P1, 2C и 3CD. Видовая классификация основана на последовательностях белка VP1 или VP4/VP2 [35].

Главными причинами высокого разнообразия риновирусов являются накопление нуклеотидных замен вследствие высокой вероятности возникновения ошибок во время работы фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы, а также рекомбинация. Наибольшая частота мутаций обнаруживается в участках капсидных белков, образующих поверхностные эпитопы (в основном в регионе VP1). Рекомбинация чаще всего происходит в 5'-UTR (в первую очередь рядом с IRES), реже — в участке, кодирующем неструктурные белки. HRV-A и HRV-C часто рекомбинируют между собой в 5'-UTR и в участке гена протеазы 2A [35].

Мониторинг вирусов-возбудителей ОРВИ в разных странах демонстрирует приблизительно одинаковую картину преобладания в циркуляции риновирусов.

Так, Panning M. с соавт. [34] ретроспективно протестировали образцы, собранные в период со 2 декабря 2019 г. по 28 апреля 2020 г. в институте вирусологии во Фрайбурге (Германия) от пациентов старше 18 лет с признаками респираторного заболевания, и протестировали на респираторные вирусы. Пациенты были набраны из местных исследовательских центров Австрии, Германии, Нидерландов и Швейцарии. Риновирус был обнаружен в 7,2% образцов, и являлся наиболее распространенным респираторным вирусом в исследуемой группе.

Kim D. с соавт. [23] протестировали 1217 образцов из северной Калифорнии на SARS-CoV-2 и другие респираторные вирусы, включая риновирус. Риновирус оказался самым распространенным вирусом как среди образцов, отрицательных на SARS-CoV-2 (12,1% от отрицательных образцов на SARS-CoV-2), так и среди положительных на SARS-CoV-2 (6,9% от образцов, положительных на SARS-CoV-2).

Sominina A. с соавт. [37] протестировали образцы от 3057 пациентов разных возрастных групп из девяти больниц-участников в трех городах России (Санкт-Петербург, Новосибирск и Екатеринбург). Исследование проводилось с 52-й недели 2018 г. по 20-ю неделю 2019 г. По полученным данным, риновирус являлся вторым по распространенности вирусом негриппозной этиологии (8,2% от общего числа положительных образцов).

В другом исследовании Sominina A. с соавт. [38] представили результаты, полученные в рамках традиционного надзора за гриппом. ПЦР-диагностика проводилась в ФГБУ НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева и в Центре экологии и эпидемиологии гриппа при ФГБУ НИЦЭМ имени Н.Ф. Гамалеи, признанными ВОЗ в качестве национальных центров по гриппу, а также в 57 региональных лабораториях. Период исследования охватывал несколько эпидемических сезонов (с 2015–2016 гг. по 2020–2021 гг.). Согласно представленным данным, риновирус являлся самым распространенным респираторным вирусом негриппозной этиологии во всех исследуемых сезонах, за исключением пандемического вируса SARS-CoV-2 в двух последних сезонах. Процентное соотношение от всех положительных вирусов негриппозной этиологии составляло от 5,4 до 6,8%.

В литературе также имеются данные о распространенности видов риновируса и их соотношении друг с другом. Так, Iwane M.K. с соавт. [16] ретроспективно протестировали на присутствие риновируса 1867 образцов от детей младше 5 лет с острыми респираторными заболеваниями с декабря 2003 г. по апрель 2005 г. в 3 округах США. Контрольную группу составили 784 ребенка, посещавшие клинки в этих округах в период с декабря 2003 г. по март 2004 г. и с октября 2004 г. по апрель 2005 г. HRV-A обнаружен у 8,1% госпитализированных детей старше 1 года и у 2,2% в контрольной группе, HRV-C — в 2,3 и 9,0% случаев соответственно (у детей до 8 месяцев). Среди детей младше 1 года и младше 8 месяцев процентное соотношение HRV-A и HRV-C было схожим в обеих группах (в основной и в контрольной). HRV-B было обнаружено менее 1%.

Lu Q.B. с соавт. [24] протестировали назофаренгеальные образцы, собранные в период 2009–2012 гг. в Китае. Среди 223 образцов, положительных на риновирус, HRV-A составлял 54,7%, HRV-B — 5,4% и HRV-C — 39,9%.

Zlateva K.T. с соавт. [42] провели ретроспективный анализ циркуляции риновирусов в 11 европейских странах (3016 образцов) за период с 2007 по 2010 г. Установлено, что HRV-A был наиболее распространенным видом риновируса в Бельгии, Франции, Германии, Италии, Нидерландах, Польше, Словакии, Словении, Испании, Швеции и Великобритании.

Представленные данные свидетельствуют, что самым распространенным риновирусом в разных регионах мира является HRV-А.

Риновирусная инфекция может приводить к серьезным последствиям для здоровья человека, например таким, как астма или хроническая обструктивная болезнь легких [29].

В ретроспективном исследовании Miller E.K. с соавт. [30] было показано, что среди 167 детей, положительных на риновирус, были выявлены дети, находящиеся в группе высокого риска возникновения тяжелых осложнений, таких как астма. В 42% образцах от таких детей был обнаружен HRV-C, а в 23% — HRV-A.

Схожие результаты показывают и Fawkner-Corbett D.W. с соавт. [14]. По данным их исследования, проводившегося в Бразилии с апреля 2008 по март 2010 г., риновирус был обнаружен в 18,7% случаев в образцах от 630 детей возрастом до 5 лет. Обычно риновирус детектировался у детей с бронхиолитом, пневмонией, астмой, а также синдромом свистящего дыхания. При этом у детей с астмой и синдромом свистящего дыхания в 23% случаев был обнаружен HRV-C, а HRV-A — в 5%.

В то же время, данные о видовом разнообразии риновирусов в Российской Федерации очень ограничены, в связи с чем изучение их генетической характеристики представляется важным для отечественной науки и практики.

Материалы и методы

В лаборатории молекулярной вирусологии ФГБУ НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева» Минздрава России исследовано 13 046 образов (мазки из носо- и ротоглотки) от больных острыми респираторными инфекциями, госпитализированных в СПб ГБУЗ Клиническая инфекционная больница имени С.П. Боткина (n = 11 424), СПб ГБУЗ Детская городская больница Св. Ольги (n = 555), СПб ГБУЗ Детская городская клиническая больница № 5 имени Н.Ф. Филатова (n = 366) в период с декабря 2020 г. по октябрь 2021 г.

Детекцию возбудителей ОРВИ, включая риновирусы, проводили методом ПЦР в режиме реального времени коммерческими наборами «АмплиСенс ® ОРВИ-скрин-FL» (Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора) в соответствии с инструкцией производителя. Детекцию вируса гриппа также проводили методом ПЦР в режиме реального времени коммерческими наборами «АмплиСенс® Influenza virus A/B-FL» (Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора) в соответствии с инструкцией производителя. Детекцию SARS-CoV-2 осуществляли методом ПЦР в режиме реального времени набором «Novel Coronavirus (2019-nCoV) Nucleic Diagnostic Kit (PCR-Fluorescence Probing)», (Sansure Biotech Inc., КНР) в соответствии с инструкцией производителя. Исследование генетического разнообразия риновирусов осуществлялось капиллярным секвенированием с использованием праймеров, амплифицирующих область VP4/VP2 генома риновируса и разработанных da Costa Souza L. с соавт. [9].

Из базы данных GenBank для выравнивания полученных последовательностей были взяты полные геномы риновирусов. Выравнивание проводилось в программе MAFFT [22], филогенетическое дерево построено в программе RAxML [39], визуализация проводилась в FigTree.

Результаты

Нами были собраны и проанализированы данные за семь сезонов эпидемического подъема заболеваемости ОРВИ с 2016–2017 по 2022–2023 гг. в Санкт-Петербурге, полученные в рамках надзора за гриппом и ОРВИ, проводимого лабораторией молекулярной вирусологии НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева. Согласно этим данным, на территории Санкт-Петербурга риновирусы являлись одними из самых распространенных возбудителей негриппозной этиологии. Они циркулировали на протяжении всех эпидемических сезонов с преобладанием в осенний период (рис. 1).

Рисунок 1. Структура возбудителей ОРВИ в эпидемические сезоны с 2016–2017 до 2022–2023 гг. на территории Санкт-Петербурга (данные представлены без учета SARS-CoV-2)

Figure 1. ARVI pathogen pattern in epidemics spanning from 2016–2017 to 2022–2023 in Saint Petersburg (not including SARS-CoV-2)

Следует отметить, что риновирусы продолжали активно циркулировать на фоне эпидемического распространения возбудителя COVID-19 (сезоны с 2020–2021 по 2022–2023 гг.), в том числе и в весенний период. При этом в первый пандемический период риновирусы циркулировали равномерно на протяжении всего сезона.

Из 13 046 исследованных образов выявлено 417 (3,2%) положительных на риновирус (пороговый цикл меньше или равен 26), из них лишь 71 (17,03%) риновирус был типирован.

Наиболее распространенными оказались риновирусы HRV-A — 55% (n = 39) от общего числа типированных образцов. Среди них обнаружен 21 тип. Наиболее распространенным типом оказался HRV-A46 — 13% (n = 5) вирусов, 15% (HRV-A30, HRV-A44 и HRV-A47, n = 6) относились к минорной группе риновирусов (рис. 2).

Рисунок 2. Филогенетическое дерево, демонстрирующее генетическое разнообразие типов риновирусов A, выявленных в 2020–2021 гг. на территории Санкт-Петербурга

Figure 2. Phylogenetic tree presenting genetic diversity of rhinovirus A types identified in 2020–2021 in Saint Petersburg

Риновирусы HRV-B и HRV-C были обнаружены в равном количестве — по 16 (23%). Среди HRV-B обнаружено 8 типов (рис. 3). Самым распространенным оказался HRV-B06 (n = 5, 31% от всех обнаруженных риновирусов вида B). Один не типировался (6%).

Рисунок 3. Филогенетическое дерево, демонстрирующее генетическое разнообразие типов риновирусов B, выявленных в 2020–2021 гг. на территории Санкт-Петербурга

Figure 3. Phylogenetic tree presenting genetic diversity of rhinovirus B types identified in 2020–2021 in Saint Petersburg

Среди HRV-C обнаружено 7 типов, из них самыми распространенными были HRV-C42, HRV-C32 и HRV-C15 (по 19%, n = 3). Один образец (6%) не типировался (рис. 4).

Рисунок 4. Филогенетическое дерево, демонстрирующее генетическое разнообразие типов риновирусов C, выявленных в 2020–2021 гг. на территории Санкт-Петербурга

Figure 4. Phylogenetic tree presenting genetic diversity of rhinovirus C types identified in 2020–2021 in Saint Petersburg

Таблица 1. Возрастная характеристика обследованных пациентов

Table 1. Distribution of patient age groups

Показатель

Index

Возраст, лет

Age, years

0–2

3–6

7–14

15–18

18–65

> 65

Доля возрастной группы от общего числа протестированных образцов, %

Percentage of age group in total tested samples, %

2,6

(n = 333)

3,0

(n = 388)

2,3

(n = 290)

1,2

(n = 159)

69,0

(n = 8841)

21,9

(n = 2800)

Доля возрастной группы от общего числа положительных на риновирус, %

Percentage of age group in rhinovirus-positive total samples, %

11,9

(n = 48)

17,4

(n = 70)

11,4

(n = 46)

5,7

(n = 23)

45,9

(n = 185)

7,7

(n = 31)

В табл. 1 представлена возрастная характеристика пациентов, от которых были получены образцы. Вызывают интерес данные о взаимосвязи между возрастом пациентов и видом риновируса (табл. 2).

Таблица 2. Процентное соотношение возрастных групп в зависимости от вида риновируса

Table 2. Percentage of age groups related to rhinovirus type

Вид риновирусов Rhinovirus species	Возраст, лет Age, years
Вид риновирусов Rhinovirus species	0–2	3–6	7–14	15–18	18–65	> 65
HRV-A, %	12,5 (n = 5)	10 (n = 4)	12,5 (n = 5)	2,5 (n= 1)	57,5 (n = 23)	5 (n = 2)
HRV-B, %	0	0	0	0	100 (n = 16)	0
HRV-C, %	43,75 (n = 7)	6,25 (n = 1)	12,5 (n = 2)	6,25 (n = 1)	31,25 (n = 5)	0

Так, среди переболевших риновирусной инфекцией, вызванной HRV-A, преобладают пациенты в возрасте от 18 до 65 лет (57,5%), реже ее регистрировали у детей и подростков. HRV-C в основном обнаруживался у детей до 2 лет (43,75%) и взрослых 18–65 лет (31,25%). При этом HRV- В был обнаружен исключительно у взрослых пациентов (100%).

Нами были сопоставлены данные об установленном виде риновируса и диагнозе пациента (табл. 3). Так, HRV-A и HRV-C выявляли у больных с различными синдромами поражения верхних и нижних дыхательный путей (острый ринофарингит, ларинготрахеит, обструктивный бронхит, пневмония). Однако, риновирус HRV-B был выявлен лишь у пациентов старше 18 лет с клиническими проявлениями пневмонии.

Таблица 3. Диагнозы пациентов в соотношении с видами риновирусов

Table 3. Diagnosis of patients in relation to rhinoviruses species

Вид риновирусов Rhinovirus species	Диагноз, количество случаев Diagnosis, number of cases
Вид риновирусов Rhinovirus species	Пневмония Pneumonia	Обструктивный бронхит Obstructive bronchitis	Острый ринофарингит Acute nasopharyngitis	Ларинготрахеит Laryngotracheitis	Стеноз гортани Stenosis of the larynx
HRV-A	12	1	1	2	1
HRV-B	7	0	0	0	0
HRV-C	1	3	3	1	0

Обсуждение

Esneau C. с соавт. [12] проанализировав 31 исследование, отмечают, что в «доковидный» период наиболее распространенным видом риновируса являлся A, второе место занимал риновирус C. Реже определяли риновирус B. В свою очередь, наиболее распространенными типами являются A-12, A-78 и С-2.

Полученные нами данные по Санкт-Петербургу также свидетельствуют о превалировании в циркуляции риновирусов вида A (55% среди типированных возбудителей риновирусной инфекции), что соответствует общемировой тенденции. Так же как и в других исследованиях, риновирусов вида B и С было детектировано значительно меньше [3, 9, 13].

Представляют интерес анализ циркуляции риновирусов в фоне эпидемии COVID-19 в Санкт-Петербурге. Известно, что распространение нового коронавируса SARS-CoV-2 сопровождалось существенным ограничением циркуляции целого ряда возбудителей сезонных респираторных инфекций, за исключением риновирусов и респираторно-синцитиального вируса [5]. Согласно полученным нами данным, в этот период самыми распространенными оказались риновирусы вида A, что соотносится с другими исследованиями [2, 21, 40].

Также нами установлены возрастные и клинические различия в зависимости от вида риновирусов. Так, HRV-A преобладают среди пациентов в возрасте от 18 до 65 лет, HRV-C — в основном у детей до 2 лет и взрослых 18–65 лет. При этом HRV-B выявляли исключительно у пациентов старше 18 лет с проявлениями пневмонии, тогда как HRV-A и HRV-C у больных с поражением как верхних, так и нижних дыхательный путей.

Представленные нами результаты не позволяют в полной мере оценить генетическое разнообразие риновирусов, циркулирующих на территории Санкт-Петербурга, вследствие малого количества типированных образцов. В настоящее время продолжается сбор данных, в том числе клинических, для определения возможной связи вида/типа риновируса и варианта течения риновирусной инфекции. Также разрабатывается подход к рутинному полногеномному секвенированию геномов риновирусов с использованием технологии амплификации SMART.

Об авторах

Андрей Дмитриевич Ксенафонтов

ФГБУ НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: ksenandrey@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4532-6210

аспирант, лаборант-исследователь лаборатории молекулярной вирусологии отдела этиологии и эпидемиологии