Птичий грипп Северной Америки стал опасней в ходе эволюции

Вирус птичьего гриппа A(H5N1) был впервые описан в Китае в 1996 году. С тех пор он активно распространялся и эволюционировал. В 2020–2021 гг. произошло стремительное распространение штаммов вируса, принадлежащих к кладе 2.3.4.4b. К концу 2021 года представители этой клады были обнаружены в 30 странах Азии, Европы и Африки, а также на востоке Канады, что стало вторым случаем выявления A(H5N1) в Северной Америке. После первичного обнаружения на Ньюфаундленде вирус распространился на юг вдоль восточного побережья Северной Америки, а также в некоторые другие регионы. Международная группа ученых показала, что распространение вируса по Северной Америке сопровождалось его быстрой эволюцией.

Авторы изучили два штамма птичьего гриппа — изолированные от американской свиязи в Южной Каролине в 2021 году (Wigeon/SC/21) и от белоголового орлана во Флориде в 2022 году (Eagle/FL/22).

Патогенез и передачу вирусов изучали на курах и хорьках — это типичные модельные животные для подобных исследований. Зараженных кур помещали в клетку со здоровыми (передача птица-птица). На расстоянии 30 см находилась клетка со здоровыми хорьками (передача птица-хорек). Оба вируса успешно реплицировались в зараженных птицах, однако уровень передачи к здоровым курам оказался низким — 5 из 12 подопытных птиц погибли или были умерщвлены по этическим соображениям для Wigeon/SC/21; и 3 из 12 были умерщвлены для Eagle/FL/22. Передачи вируса от птиц к хорькам не наблюдалось.

Затем ученые напрямую заразили хорьков и поместили их рядом со здоровыми животными. Передачи вируса от зараженных особей к здоровым снова не наблюдалось. Тяжесть протекания болезни при этом сильно зависела от штамма. Инфекция Wigeon/SC/21 сопровождалась легкими симптомами и малой вирусной нагрузкой в тканях верхних респираторных путей. Штамм Eagle/FL/22 вызывал сильные симптомы вплоть до паралича задних конечностей; у больных животных наблюдалась высокая вирусная нагрузка в дыхательных путях, легких и мозге.

Секвенирование вирусов показало, что Wigeon/SC/21 соответствует европейским линиям — генотипически этот штамм идентичен вирусам, впервые обнаруженным в Канаде в 2021 г. Eagle/FL/22 прошел процесс реассортации и приобрел гены, характерные для североамериканских линий (NAm гены): гены белков РНК полимеразы PB1 и PB2, и ген нуклеопротеида NP. Авторы идентифицировали 4 генотипа, характеризующихся разными комбинациями европейских и американских линий. Филогенетический анализ указал на монофилетичность генов NAm (кроме PB2), что свидетельствует о малом количестве событий реассортации с дальнейшим распространением новых штаммов. При этом все генотипы были гомогенны по антигенам и не несли маркеров повышенной вирулентности по отношению к млекопитающим.

Авторы предположили, что различия в патогенезе между Wigeon/SC/21 и Eagle/FL/22 может объясняться различием в доле NAm генов. Для проверки этого предположения хорьков заразили еще четырьмя вариантами A(H5N1), изолированными в Северной Америке в 2021–2022 гг. Оказалось, что доля NAm генов напрямую ассоциирована с тяжестью протекания заболевания — вирусы, наиболее близкие к европейским линиям вызывали наименьшее количество симптомов, в то время как при большой доле NAm генов инфекции проходили крайне тяжело. Большая доля NAm генов также была ассоциирована с образованием бляшек в дыхательных путях и распространением вируса за пределы дыхательной системы, в частности в ЦНС. Аналогичные результаты были получены на мышиной модели.

Фенотипический анализ Wigeon/SC/21 и Eagle/FL/22 показал, что их профиль связывания с рецепторами сиаловых кислот характерен для птичьих вирусов, а не для человеческих. Такая же закономерность наблюдалась для pH активации гемагглютинина. Примечательно, что pH инактивации вируса у этих штаммов был ниже, чем pH активации гемагглютинина, что встречается довольно редко (оба значения были за пределами диапазона, характерного для вирусов человека). В опытах на клеточных культурах вирусы с большим количеством NAm генов показали более высокую репликационную активность.

Наконец, авторы проверили присутствие у людей кросс-реактивного иммунитета на исследуемые вирусы и их чувствительность к лекарственным препаратам. В образцах крови от 48 доноров наблюдались антитела к нейраминидазе N1, но не к гемагглютинину H5. Нейраминидаза A(H5N1) вирусов клады 2.3.4.4b на 89,6 % сходна с нейраминидазой вируса гриппа человека A(H1N1) pdm09, в том числе по консервативным антигенным сайтам. В опытах на чувствительность к лекарственным препаратам (ингибиторы нейраминидазы и эндонуклеазы) все шесть протестированных вирусов (с разной долей NAm генов) показали чувствительность того же уровня, что у A(H1N1) pdm09.

Авторы отмечают, что результаты работы в очередной раз подчеркивают высокую скорость эволюции вирусов гриппа в естественной среде и необходимость мониторинга возможных будущих зоонозных инфекций, связанных с дальнейшей эволюцией вируса.

Вирус птичьего гриппа адаптировался к лисам