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Publikation
Genomic and evolutionary inferences between American and global strains of porcine epidemic diarrhoea virus. MC Jarvis, H Ching Lam, Y Zhang, L Wang, RA Hesse, BM Hause, A Vlasova, Q Wang, J Zhang, MI Nelson, MP Murtaugh, and D Marthaler. Preventive Veterinary Medicine 123 (2016) 175–184. http://dx.doi.org/10.1016/j.prevetmed.2015.10.020
Was wurde untersucht?
Bei Isolaten des PED-Virus, die von den Ausbrüchen in den USA im Jahr 2014 stammten, erfolgte eine vollständige Genomsequenzierung. Die Ergebnisse wurden dann mit den vollständigen Genomsequenzen verglichen, die in der GenBank vorlagen (n = 126), um die Genombereiche des Virus zu bestimmen, die am stärksten variierten, und so zum besseren Verständnis der Evolution des Virus beizutragen. Diese Analyse sollte dabei helfen, die Auswirkungen der Abweichungen auf die Diagnose und die Impfstoffentwicklung zu verstehen
Wie wurde es untersucht?
Insgesamt wurden für die vollständige Genomsequenzierung von Januar bis Dezember 2014 93 Feldisolate (aus Kotproben, Darmhomogenaten, oralen Flüssigkeiten, Kontaktsuppe und Umweltproben) ausgewählt. Die Proben wurden durch RT-PCR auf PEDv untersucht. Und auf Grundlage einer hohen Viruskonzentration aus den RT-PCR-Ergebnissen und der geographischen Diversität innerhalb der USA wurden Proben für die vollständige Genomsequenzierung ausgewählt. Mithilfe der vollständigen PEDv-Genomsequenzen dieser Studie (n = 93) und der zur Verfügung stehenden PEDv-Sequenzen aus der GenBank (n = 126) wurden zwei Alignments von Nukleotiden und Aminosäuren durchgeführt und analysiert, um die phylogenetische Verwandtschaft zwischen amerikanischen und globalen PEDv-Sequenzen zu bestimmen und letztendlich Gene oder Bereiche hoher Diversität zwischen den Stämmen zu identifizieren. Um die Evolution des Virus und die Veränderungen der Rezeptorbindungsdomäne (RBD) zu verstehen, die man bei der Infektiosität und Virulenz von PEDv für ausschlaggebend hält, kamen verschiedene komplexe Instrumente zur Analyse der Neukombination zum Einsatz.
Was sind die Ergebnisse?
Dieser Veröffentlichung sind einige Entdeckungen zu entnehmen:
- Die Regionen nsp2 und nsp3 zeigten die meisten Abweichungen unter den Stämmen (Teil von ORF1a).
- Unter den Strukturgenen hatte das S-Gen die höchste Entropie im Vergleich zu den anderen Strukturgenen und die höchste Evolutionsrate, was einen höheren Selektionsdruck widerspiegelt.
- Rekombination spielt bei der Evolution der Coronaviren durch Bildung neuer Stämme mit veränderter Virulenz eine ausschlaggebende Rolle. Der Minnesota211-Stamm stammte aus einer Rekombination zwischen einem S-INDEL- und einem US-amerikanischen pandemischen Stamm. Obwohl die Rekombination häufiger während einer Epidemie auftreten kann, traten Rekombinationen bei den meisten asiatischen Stämmen auf..
Welche Schlussfolgerung kann aus der Publikation gezogen werden?
Die Genealogie von PEDv ist komplizierter als wir früher angenommen haben. Die Ergebnisse deuten auf Veränderungen in ORF1- und Spike-Regionen hin, was auf ein hohes Variationsniveau unter den Isolaten hinweist. Diagnostische Tests, die auf die ORF1-Region des Virus ausgerichtet sind, liefern möglicherweise falsch negative Testergebnisse aufgrund der hohen genetischen Variabilität. Der konserviertere C-terminale Bereich des Strukturproteins des Virus könnte sich besser eignen.
Epidemiologische Studien, die nur die variable S-Region untersuchen, könnten wichtige evolutionäre Veränderungen übersehen, die in der ORF1-Region auftreten. Die gesamte Virus-Sequenzierung sollte zu präziseren Schlußfolgerungen führen.
Trotz der Unterschiede zwischen US-amerikanischen und asiatischen Stämmen gibt es einige Gemeinsamkeiten, die die Annahme stützen, dass die US-amerikanischen Pandemiestämme asiatischen Ursprungs sind. Die Herkunft der europäischen Stämme ist weniger eindeutig.
Die Rekombinations- und Evolutionsrate ist sowohl bei den US-amerikanischen als auch bei den asiatischen Stämmen hoch, was die Entwicklung eines Impfstoffs mit breiter Schutzwirkung zu einer Herausforderung macht.
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Der kürzliche Ausbruch der Porzinen Epidemischen Diarrhö (PED), die über Asien, die USA und Europa hereinbrach, zeigte die Schwächen unseres Produktionssystems auf. Obwohl sich die Biosicherheitsmaßnahmen im Allgemeinen deutlich verbessert haben, reichten sie nicht aus, um die Verbreitung der Infektion zu verhindern. Aber warum kehrt eine Infektion, die in Europa schon seit den späten 80er Jahren bekannt war, mit solcher Stärke zurück? Wie ist es möglich, dass Fortschritte im Bereich der Biosicherheit keine Auswirkungen auf die Ausbreitung der Krankheit hatten? Warum wurden Länder, die schon in früheren Jahren von PED betroffen waren, von einer neuen Epidemie heimgesucht? Wir wir zuvor erwähnt haben, trat die Infektion regelmäßig in Europa auf. Eine der jüngsten Beschreibungen vor diesen kürzlichen Ausbrüchen kam 2008 aus Italien, aber die Ausbreitung des Ausbruchs war geringer, enger lokalisiert und weniger virulent. Als die Infektion die Vereinigten Staaten erreichte, breitete sie sich innerhalb weniger Monate im ganzen Land bis nach Kanada aus. Die Symptome in Nordamerika waren im Vergleich zu denjenigen, die in Europa festgestellt wurden, viel aggressiver und führten zu hohen Mortalitätsraten unter den infizierten Ferkeln (in einigen Fällen von 100%). Mit anderen Worten zeichnete sich dieselbe Erkrankung durch zwei ganz unterschiedliche Merkmale aus: Infektiosität und Virulenz. Die neuen molekularbiologischen Techniken ermöglichten die Untersuchung des Genoms der PED-Viren, die bei diesen neuen Ausbrüchen beteiligt waren, und man konnte beweisen, dass es sich tatsächlich um einen Stamm handelt, der sich von demjenigen unterscheidet, der bei den europäischen Ausbrüchen isoliert wurde. Die Unterschiede sind so extrem, dass sie nicht nur die zwei genannten Eigenschaften betreffen, sondern auch dazu führen, dass die Impfstoffe, die (auf dem nordamerikanischen Markt) aus den klassischen Stämmen entwickelt wurden, nicht in der Lage sind, das Virus zu bekämpfen. Dieses neue Virus kann in manchen diagnostischen Tests, die auf einigen Genomfragmenten beruhen, die bei diesen neuen Stämmen modifiziert wurden, sogar falsch negative Testergebnisse hervorbringen. Heute ermöglichen uns Kenntnisse von den genetischen Unterschieden zwischen den Stämmen, die Gründe für das Auftreten neuer Ausbrüche zu verstehen, was uns helfen sollte, einige Aufgaben wie beispielsweise die Diagnose oder Biosicherheit zu verbessern. Die umfassende Kenntnis der verschiedenen Stämme eines bestimmten Virus, wie z. B. PEDv, ermöglicht es uns, seine Bewegungen zu verstehen und potentielle Fehler der Biosicherheit zu untersuchen, um sie in Zukunft zu beheben und diagnostische Tests zu entwickeln, die auf den stabilsten Genen beruhen, damit Probleme vermieden werden können, die auf potentielle Rekombinationen von Viren zurückzuführen sind. |
