Введение к работе
Актуальность проблемы.
Живые гриппозные вакцины создают на основе холодоадаптированных (ХА) штаммов вируса гриппа. Основными фенотипическими маркёрами, которые характеризуют аттенуацию ХА штаммов (в конечном итоге, их апатогенность для людей), являются са и ts фенотип, т.е. способность к эффективной репродукции при пониженной (260С) и неспособность к репродукции при повышенной (39-400С) температуре. Считается, что са, ts и аттенуированный (att) фенотип ХА штаммов стабилен благодаря совокупности мутаций, приобретённых этими штаммами в процессе адаптации к пониженной температуре, в генах PB2, PB1, PA, NP, M1/M2 и NS1/NS2 [Александрова Г.И. и Климов А.И., 1994; Ambrose C.S. et al., 2008].
Несмотря на то, что живые гриппозные вакцины на основе ХА штаммов в течение многих лет используются в России и в США, механизмы адаптации вирусов гриппа к пониженной температуре до сих пор изучены недостаточно. Исследования показали, что популяция ХА штамма А/Ленинград/134/17/57, используемого для производства живой гриппозной вакцины в России, гетерогенна и состоит из вариантов с различным набором мутаций. Этот факт может затруднять изучение механизмов аттенуации данного штамма.
Роль отдельных генов в аттенуации ХА штаммов исследована лишь для четырёх штаммов, которые используются для производства вакцины: А/ЭннАрбор/6/60, B/ЭннАрбор/1/66, А/Ленинград/134/17/57 и В/СССР/60/69 [Hoffmann E. et al., 2005; Jin H. et al., 2003; Jin H. et al., 2004; Kiseleva I. et al., 2004; Kiseleva I. et al., 2010]. Только для двух штаммов – А/Ленинград/134/17/57 и А/Ленинград/134/47/57, полученных на основе одного и того же родительского штамма – известно, какие именно мутации произошли в процессе адаптации этих штаммов к пониженной температуре (для остальных штаммов достоверно неизвестны соответствующие предковые дикие штаммы, с которыми можно было бы провести сравнение) [Медведева Т.Е. и др., 1991; Ghendon Y. et al., 1984; Herlocher M.L. et al., 1993; Klimov A. et al., 1992].
До сих пор остаётся неясным, есть ли какие-либо закономерности, касающиеся появления мутаций в определённых участках генома ХА штаммов вируса гриппа. Неизвестно, существуют ли определённые локусы, в которых возникают мутации при адаптации вирусов гриппа к пониженной температуре или сходный фенотип ХА штаммов может быть обусловлен различным сочетанием мутаций в разных генах.
Проблема различия темпов накопления мутаций вирусами гриппа А и В в процессе адаптации к пониженной температуре и обратной адаптации ХА штаммов к повышенной температуре требует дальнейшего изучения.
Несмотря на подтверждённую стабильность фенотипа ХА штаммов вируса гриппа in vivo, неясно, при каких условиях возможна реверсия фенотипа подобных штаммов и достижимы ли эти условия во время репликации вируса в организме человека.
Получить ответ на эти вопросы чрезвычайно важно прежде всего с точки зрения безопасности применения живой гриппозной вакцины.
Цели и задачи исследования.
Целью работы было изучение молекулярных механизмов холодоадаптации ХА штаммов вируса гриппа А и В и изучение проблемы стабильности фенотипа ХА штаммов на модели ts+ ревертантов ХА штаммов вируса гриппа А и В.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Получить ХА варианты штаммов вируса гриппа на основе эпидемических штаммов А/Краснодар/101/59 и В/Виктория/2/87 путём пассажей при пониженной температуре и изучить их ts, ca и аттенуированный фенотип, а также мутации, приобретённые за время пассажей при пониженной температуре.
-
Получить ts+ ревертанты ХА штаммов А/Ленинград/134/47/57, А/Краснодар/101/35/59 и В/Виктория/2/41/87 путём пассажей данных штаммов при постепенно повышающихся температурах и изучить их ts, ca и аттенуированный фенотип.
-
Оценить эффективность методов комплементационно-рекомбинационного и ПЦР-рестрикционного анализа для контроля стабильности ts мутаций в геноме ХА штаммов и для обнаружения истинных реверсий и супрессорных мутаций на модели ts+ ревертанта ХА штамма А/Ленинград/134/47/57.
-
Методом секвенирования выявить истинные реверсии ts и ca мутаций и супрессорные мутации, возникшие в геноме ts+ ревертанта штамма А/Ленинград/134/47/57 и одного из ts+ ревертантов ХА штамма А/Краснодар/101/35/59 в процессе пассажей при повышенной температуре.
Научная новизна работы.
Изучение фенотипа новых ХА штаммов и мутаций в их геноме вносит существенный вклад в понимание механизмов аттенуации вируса гриппа.
Впервые показана возможность получения ts+ ревертантов ХА штаммов вируса гриппа в лабораторных условиях и показана роль как истинных реверсий, так и супрессорных мутаций в реверсии к ts+ фенотипу ХА штаммов вируса гриппа.
Практическая значимость.
Полученные и охарактеризованные в работе ХА штаммы А/Краснодар/101/35/59 и В/Виктория/2/63/87 могут быть использованы в дальнейшем для получения живой гриппозной вакцины.
Показано, что для эффективного контроля генетической стабильности и безопасности ХА штаммов-доноров аттенуации вируса гриппа целесообразно комбинированное применение нескольких методов исследования, например, ПЦР-рестрикционного метода и комплементационно-рекомбинационного метода.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Ca, ts и аттенуированный фенотип ХА штаммов может быть обусловлен различным сочетанием ca и ts мутаций в разных генах, кодирующих внутренние белки вируса гриппа. Мутации, обуславливающие адаптацию ХА штаммов вирусов гриппа к пониженной температуре, находятся в консервативных участках вирусных белков.
-
Для реверсии фенотипа ХА штаммов важны как истинные реверсии, так и супрессорные мутации. В соответствии с этим для анализа стабильности генома ХА штаммов и изолятов вакцинных штаммов от вакцинированных людей следует применять методы, позволяющие оценить наличие как истинных реверсий, так и супрессорных мутаций (например, полное секвенирование генома или комбинацию ПЦР-рестрикционного и комплементационно-рекомбинационного анализа).
-
ХА штаммы вируса гриппа обладают большой степенью фенотипической стабильности. Полная реверсия ts фенотипа этих штаммов возможна при условиях, которые не достижимы во время репликации вируса в организме человека (большое количество пассажей при постепенно повышающихся температурах).
Апробация материалов диссертации и публикации
Материалы диссертации доложены на 13th International Conference on Negative Strand Viruses (Salamanca, Spain, 2006), XIII международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных “Ломоносов-2006” (Москва, 2006), Third European Congress of Virology (Nuernberg, Germany, 2007), 18th Annual Meeting of the Society for Virology (Heidelberg, Germany, 2008), 14th International Congress of Virology (Istanbul, Turkey, 2008), конференции молодых ученых, посвященной 100-летию получения И.И. Мечниковым Нобелевской премии (Москва, 2008), 19th Annual Meeting of the Society for Virology (Leipzig, Germany, 2009), конференции молодых учёных НИИ ВС им. И.И. Мечникова РАМН (Москва, 2009), международной научной конференции “Противогриппозные вакцины нового поколения” (Санкт-Петербург, 2009).
Апробация диссертации состоялась 22 апреля 2010 г. на научной конференции отдела вирусологии НИИВС им. И.И. Мечникова РАМН.
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ. Получен один патент РФ.
Объем и структура диссертации
Материалы диссертации изложены на 147 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований с обсуждением полученных данных, заключения, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 27 таблицами и 7 рисунками. Библиография включает 147 отечественных и зарубежных источников.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в выполнении всех разделов данного исследования, а также в проведении анализа полученных данных. Автор признателен к.б.н. И.И. Акоповой за помощь в получении и анализе ts и ca фенотипа ХА штаммов А/Краснодар/101/35/59 и В/Виктория/2/63/87, а также за предоставление данных комплементационно-рекомбинационного анализа ts+ ревертанта А/Ленинград/134/47/57/Rev и Е.Б. Файзулоеву за помощь в секвенировании штаммов А/Краснодар/101/59, А/Краснодар/101/35/59 и В/Виктория/2/41/87.
