КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-74-10055

НазваниеСравнительная геномика, филогеографические паттерны и патогенный потенциал современных вариантов вирусов семейства Pneumoviridae.

РуководительШаршов Кирилл Александрович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины», Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (41).

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология

Ключевые словабиогенные угрозы, ортопневмовирус человека, метапневмовирус человека, генетическое разнообразие, филогеографические паттерны, патогенный потенциал, клеточные модели культивирования, маркеры патогенности

Код ГРНТИ34.25.21


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Ситуация с респираторными вирусами человека остается крайне актуальной как в научном плане, так и в мировом здравоохранении и, в целом, в народном хозяйстве. Во время реализации проекта-2019 началась пандемия, вызванная SARS-Cov-2, которая привела к катастрофическим последствиям во всем мире. Предпринятые для предотвращения распространения нового вируса (ношение медицинских масок, гигиена рук, социальное дистанцирование), повлияли также на структуру других острых респираторных вирусных инфекций, имеющих такой же путь распространения. В связи с этим еще более актуальным остается вопрос о закреплении нового агента в структуре, и формировании нового соотношения патогенов. Сложилась уникальная возможность проследить эту ситуацию дальше в реальном времени, чему и будет посвящена одна из задач продолжения проекта. Кроме того, в ходе проекта-2019 обнаружено, что около 30% случаев ОРВИ остается неидентифицированными, в то время как 70% удается определить (принадлежность к 10 основным вирусам, в том числе пневмовирусам, как основным объектам Проекта -2019) Не смотря на это, неизвестная этиология этих 30 процентов также дает серьезное клиническое течение заболевания. Существует гипотеза, что часть вновь открываемых вирусов базового, корового вирома (сore virome) может давать серьезное заболевание. В связи с этим актуальным остается проверка данной гипотезы, поиск новых неописанных агентов вирома методами метагеномики. Такие работы начинают появляться в печати. Одно из первых исследований в Китае позволило охарактеризовать полные геномы следующих новых респираторных вирусов человека, которые вызвали ОРЗ у детей: human parechovirus, anellovirus и coxsackievirus (Liu et al., 2021). В исследованиях последних лет показано, что виром играет главную роль в формировании врожденной и адаптивной иммунной защиты хозяина. Считается, что дисбаланс нормальной микробной флоры вызывает или усугубляет многие острые и хронические заболевания. Так, вирусные инфекции в раннем возрасте являются основными факторами, определяющими развитие аллергических заболеваний, таких как астма, и других неинфекционных заболеваний. При продолжении проекта, актуальным остается вопрос сравнения корового вирома пациентов с уже исследованными в проекте -2019 пневмовирусами и пациентов с неидентифицированными агентами, а также людей без проявлений ОРВИ, в качестве контрольной группы. Очень интересная идея – выявление новых вирусов в тех клинических случаях, когда не выявлено основных распространенных (известных) патогенов, исследованных в рамках данного проекта ранее. Ответ на важный вопрос - какие еще пока не описанные вирусы (или их сочетание) вызывают острые респираторные заболевания. Несмотря на интенсивные лабораторные исследования, этиология большинства острых респираторных инфекций неизвестна, что затрудняет клиническое ведение. Вирусная метагеномика - это удобный метод обнаружения вирусов, который все чаще применяется для неспецифического обнаружения как уже известных, так и новых вирусов. В связи с этим – важное дополнение и прогресс для продолжения заявляемого проекта: исследовать и сравнить виром у пациентов с диагностированным ОРВИ и пациентов с ОРВИ неизвестной этиологии. Вне всякого сомнения, такая работа актуальна и крайне востребована в настоящий момент, с уже имеющимся заделом «свежих» данных проекта-2019 по респираторным вирусам. На современном этапе очевидна неразрывность проблемы циркуляции пневмовирусов от существующего корового вирома респираторного тракта Наши исследования в рамках Проекта 2019 показали, как распространение нового патогена может изменить этиологическую структуру основных и минорных респираторных патогенов. Так вот новой задачей, логичным продолжением и единой линией является более детальное исследование вирома человека с помощью совершенно новых появившихся возможностей и инструментов метагеномного подхода.

Ожидаемые результаты
Продолжая отработанную схему проекта-2019, мы добавляем исследование вирома, а именно сравнительный анализ корового вирома (сore virome) пациентов, инфицированных различными основными респираторными вирусами, описанными в проекте-2019. И корового вирома пациентов с ОРВИ с неопределенной вирусной этиологией. Это логичное продолжение и более детальное исследование зависимости циркуляции пневмовирусов респираторного тракта человека (предыдущая задача-2019) от структуры его общего (корового) вирома. В целом по результатам проекта планируем получить следующие результаты: 1. Результаты выявления генетического материала респираторных вирусов человека, включая орто- (hRsv) и метапневмовирусы (hMpv) человека, а также SARS-CoV-2, вирусы гриппа (hIfv) А и В, риновирус (hRv), вирусы парагриппа (hPiv), коронавирусы человека (hCov) – OC43, 229E, NL63, HKU1, аденовирус (hAdv) и бокавирус (hBov). 2. Коллекция изолятов пневмовирусов человека из клинического материала. Расширение коллекции штаммов вирусов семейства Pneumoviridae, циркулирующих в России. Подготовка штаммов к депонированию в музей вирусов гриппа и ОРЗ ФГБУ «НИИ гриппа им. Смородинцева» (г. Санкт-Петербург). 3. Нуклеотидные последовательности геномов пневмовирусов человека, выделенных из клинических образцов, с использованием технологий NGS (next generation sequencing). Депонирование последовательностей в международную базы данных GenBank и GISAID. Множественное выравнивание полученных в ходе работы по проекту нуклеотидных и аминокислотных последовательностей, BLAST-анализ, оценка идентичности геномов, поиск мутаций. Филогенетический анализ на основе полных геномов и отдельных генов. 3D-визуализация мутаций. 4. Аннотированные геномы новых респираторных вирусов. Депонирование их в международные базы. Это совершенно новый результат, как развитие проекта-2019 5. Результаты сравнительного анализа корового вирома пациентов с уже исследованными в проекте-2019 пневмовирусами и пациентов с неидентифицированными агентами, а также людей без проявлений ОРВИ (контрольная группа). 6. Результаты исследований изменения этиологической структуры ОРВИ у детей во время (и после завершения) пандемии Covid-19. 7. Публикации в указанных высокорейтинговых журналах (не менее 8)


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Общая схема работ в продлении проекта осталась неизменной, с включением дополнительных методов. Дополнительно собран и проанализирован материал для изучения нового патогена в структуре сезонных ОРВИ - SARS-CoV-2. Дополнительной важной составляющей проекта явилось применение метагеномного анализа респираторного корового вирома пациентов, включенных в исследование. В соответствии с планом работ в течение первого года выполнения проекта была проведена работа по организации сбора клинического материала у пациентов с респираторной симптоматикой для выявления основных респираторных вирусов человека, а также для оценки респираторного вирома. За период с октября 2022 г. по апрель 2023 г. было собрано 1074 образца клинического материала (мазки из носа и зева) от детей в возрасте от 1 месяца до 17 лет. При этом 612/1074 (57%) образцов было получено от мальчиков и 462/1074 (43%) образца получено от девочек. 59,3% (637/1074) образцов приходилось на возраст 0 – 2 лет, 25,6% (275/1074) – 3-6 лет, 15,1% (162/1074) – 7-17 лет. В собранном клиническом материале выявляли генетический материал респираторных вирусов, включая орто- (hRsv) и метапневмовирусы (hMpv) человека, а также вирусы гриппа (hIfv) А и В, риновирус (hRv), вирусы парагриппа (hPiv), коронавирусы человека (hCov) – OC43, 229E, NL63, HKU1, аденовирус (hAdv) и бокавирус (hBov), а также новый коронавирус SARS-CoV2. В структуре ОРВИ у детей в 2022 – 2023 гг. преобладали респираторно-синцитиальный вирус и вирус гриппа, которые были выявлены в 17,5% и 15,4% образцов, соответственно. Риновирус был выявлен у 10,6% детей. Остальные респираторные вирусы выявлялись менее чем в 10% случаев. Вирус SARS-CoV-2 был выявлен у 2,8% пациентов. Этиологическая структура ОРВИ у детей г. Новосибирска в 2022 – 2023 гг. представлена на рисунке 4. Был проведен сравнительный статистический анализ частоты моно- и коинфекций у различных вирусов.0,003), hPiv (AR = 1,95, p = 0,051) над моноинфекциями соответствующих вирусов. По итогам анализа этиологической структуры респираторных вирусных инфекций у детей в течение трех эпидемических сезонов и влияния пандемии нового коронавируса на распространение респираторных вирусов опубликована статья в «Viruses». В течение сезона 2022 – 2023 гг. было выявлено 188 образцов клинического материала, положительных на респираторно-синцитиальный вирус человека. Создана коллекция штаммов респираторно-синцитиального вируса человека. В Государственную коллекцию вирусов гриппа и ОРЗ, ФГБНУ "НИИ гриппа им. А.А. Смородинцева" Минздрава России было задепонировано на патентное депонирование 10 штаммов аденовируса человека (hAdV; род Mastadenovirus, сем. Adenoviridae) и 16 штаммов респираторно-синцитиального вируса (hRSV; род Orthopneumovirus, сем. Pneumoviridae) ( Проведена оптимизация методологии подготовка образцов к метагеномному секвенированию вирома. Изучив имеющиеся в литературе данные, были выбраны для сравнения два протокола подготовки проб к секвенированию вирома: протокол, разработанный бельгийскими исследователями (NetoVIR - Novel enrichment technique of VIRomes) и протокол, предложенный научным коллективом из Китая (для краткости обозначим здесь и далее как «ChVir»). Для осуществления заявленной цели было решено объединить два протокола. Обогащение вирус-подобными частицами будет производится по бельгийскому протоколу «NetoVIR», а обратная трнскрипция, полногеномная амплификация и очистки ампликонов – по китайскому протоколу «ChVir». Итоговый протокол, реализуемый в данном исследовании, представлен в приложении. Согласно основной гипотезе проекта, было необходимо выполнить следующие задачи:  установить состав вирома для контрольной группы образцов от пациентов без клинических симптомов и отрицательных в ПЦР  сравнить соотношение компонентов вирома в пробах с уточненным с помощью ПЦР возбудителем ОРВИ и его возможное влияние на вирусное сообщество  установить разнообразие и представленность вирусов в пробах, полученных от пациентов с симптомами ОРВИ и отрицательных в ПЦР. Для реализации поставленных задач все пробы были выбраны из разных возрастных групп: 0-2 года, 3-6 лет и 7-17 лет (таблица 6). Для определения базового «ландшафта» респираторного тракта были получены пробы от здоровых детей в каждой возрастной группе. Для определения влияния известных респираторных вирусов были взяты пробы от пациентов с симптомами и диагностированным возбудителем ОРВИ (в виде моно- или ко-инфекции). И для проверки предположения о влиянии неизвестных вирусов в составе вирома на возникновение заболевания у людей с не выявленными возбудителями, были выбраны пробы от пациентов с симптомами, но отрицательными в ПЦР на 9 основных респираторных вирусов. В проекте было заявлено объединение в пулы 10 проб из каждой возрастной группы, однако ещё раз повторно изучив имеющуюся в литературе и базах данных информацию, было решено определять вирусное разнообразие для каждой пробы отдельно. Это связано с уникальностью информации о составе вирома респираторного тракта человека при различных диагностированных инфекциях, необходимых для анализа корреляций между выявленным возбудителем ОРВИ и составом вирома. Проведен анализ метагеномных данных для четырех полученных образцов вирома респираторного тракта человека. Для исследования использовали образцы от пациентов — материал мазка из глотки и носа. Образцы E1, E2, E4 были положительны на qPCR по основным вирусным и бактериальным патогенам, вызывающим респираторные инфекции. В образце E3 методом qPCR не было обнаружено нуклеиновых кислот патогенов, поэтому он использовался в качестве отрицательного контрольного образца. По результатам секвенирования и удаления фрагментов низкого качества было получено более 1 млн парных прочтений для образцов Е1, Е2, Е3 и Е4. По результатам метагеномной сборки, кластеризации и фильтрации, и оценки относительного богатства сделан вывод о том, что протокол вирусного обогащения эффективен и существенно увеличивает долю вирусных нуклеиновых кислот в образце. В образце Е3, отрицательном на основные искомые инфекции, 50 % всех вирусных контигов принадлежали Анелловирусам. Это согласуется с основной гипотезой проекта, при дальнейшем изучении может стать основным аргументом в ее пользу. В связи с этим на первом этапе мы детально фокусировались на исследовании разнообразия вирусов из семейства Anelloviridae у детей с симптомами респираторных инфекций – что является наиболее важной составляющей для проверки гипотезы проекта. Анелловирусы были обнаружены в трех из четырех отсеквенированных образцов. Отрицательному на тестируемые инфекции образцу E3, принадлежит наибольшее количество контигов Anelloviridae по сравнению с положительными образцами (χ2 = 31,9, p < 0,001). Несмотря на отсутствие респираторных патогенов, у данного пациента выявлена пневмония и наблюдаются симптомы респираторных инфекций, такие как лихорадка, высокая температура 40,3°С, недомогание, заложенность носа, кашель. Также у пациентов обнаружена обратная сильная связь между количеством найденных контигов Anelloviridae и наличием респираторных патогенов (V = 0,74, p < 0,001). Есть основания предполагать, что вирусы семейства Anelloviridae также способны вносить свой вклад в развитие респираторных заболеваний. Для отрицательного образца наблюдалось высокое видовое разнообразие анелловирусов, что может указывать на потенциальный вклад многообразия Anelloviridae в развитие респираторных симптомов у пациента. Таким образом, все запланированные на этапе работы, успешно выполнены. Впервые получены уникальные метагеномные данные, отработаны все протоколы для дальнейшей успешной реализации проекта. Все результаты по проекту опубликованы, либо отправлены в печать. Работа имеет огромное практическое значение для здравоохранения, для оптимизации мероприятий по контролю респираторных инфекций.

 

Публикации

1. Курская О.Г., Прокопьева Е.А., Соболев И.А., Соломатина М.В., Сароян Т.А., Дубовицкий Н.А., Дерко А.А., Нохова А.Р., Аношина А.В., Леонова Н.В., Симкина О.А., Комиссрарова Т.В., Шестопалов А.М., Шаршов К.А. Changes in the Etiology of Acute Respiratory Infections among Children in Novosibirsk, Russia, between 2019 and 2022: The Impact of the SARS-CoV-2 Virus Viruses, 2023 Apr 9;15(4):934. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/v15040934

2. Курская О.Г., Шаршов К.А., Соломатина М.В., Воевода М.И., Шестопалов А.М., Меерович Г.А., Страховская М.Г. Photodynamic inactivation of SARS-CoV-2 on inanimate surfaces Laser Physics Letters, 19 (2022) 115601 (6pp) (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1088/1612-202X/ac9598

3. Прокопьева Е.А., Курская О.Г., Соломатина М.В., Соболев И.А., Сароян Т.А., Дубовицкий Н.А., Дерко А.А., Кожин П.М., Аликина Т.Ю., Кабилов М.Р., Шестопалов А.М., Шаршов К.А. Virological and genetic characteristics of human respiratory syncytial viruses isolated in Russia, 2017-2018 Journal of infection in developing countries, 2023 Feb 28;17(2):251-259. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3855/jidc.17462

4. - Пользу экстрактов при профилактике коронавируса доказали новосибирские ученые Вести-Новосибирск, телепрограмма, Опубликовано: 23 МАРТА 2023, 13:08 1.12.2, Интервью основного исполнителя Курской О.Г. (год публикации - )