Характеризація відкритих рамок зчитування вірусу гепатиту Е свині генотипу 3

Примітки: m -- число послідовностей для аналізу, n -- загальне число сайтів, S -- число поліморфних сайтів в послідовностях, ps = S/n, 0 = ps/ai, п -- нуклеотидна різноманітність, D -- коефіцієнт теста Таджими (оцінка відповідності характера нуклеотидних замін гіпотезі нейтральності).

При негативному відборі найпристосованіший генотип (штам патогена) є частим, він підтримує вихідний стан та перешкоджає змінам.

При позитивному відборі найпристосованіший генотип (штам патогена) є рідким. Позитивний відбір сприяє змінам. Після того, як позитивний відбір зробив свою справу і найбільш пристосований генотип (штам патогенна) став частим, відбір стає негативним за незмінності адаптивного ландшафту (який є графіком пристосованості від генотипу (штам патогена). Балансуючий відбір сприяє будь-якому рідкому генотипу, що є можливим тільки за зміни адаптивного ландшафту.

Відповідно до теорії нейтральності ймовірність того, що мутація буде селективно нейтральною (нешкідливою) тим більше, чим меншою мірою вона відбивається на структурі та функції молекули. Інакше кажучи, молекули, які підлягають відносно слабим функціональним обмеженням, еволюціонують швидше молекул, що характеризуються більшими обмеженнями [18].

Внутрішньовидовий філогенетичний аналіз ізолятів ВГЕ-3. Понад 30 років минуло після ізоляції першого штаму ВГЕ свині [19, 20].

Для вивчення еволюційних сил, що діють у внутрішньовидовій популяції ВГЕ-3 свині, окремо проаналізовано нуклеотидні, синонімічні та несинонімічні дистанції для трьох рамок зчитування.

Топологія дерева, отриманого як результат філогенетичного аналізу ORF1 (рис. 2А) та ORF2 (рис. 2Б) на підставі несинонімічних дистанцій, не втрачається, а зберігається та є подібною до структури дерев ORF1-ORF3 ВГЕ-3, отриманих на підставі нуклеотидних, синонімічних дистанцій (результати не наведено).

Топологія дерева для ORF3 на підставі несинонімічних дистанцій (рис. 2В) значно відрізняється від структури зазначених вище дерев.

Аналіз несинонімічних дистанцій в ORF3 дозволив виявити порядок еволюційних подій в історії ізолятів ВГЕ-3 свині. В якості контролю використано астровіруси птахів, філогенетичні відношення між якими відповідають порядку еволюції їхніх хазяїв. Природним хазяїном вірусу нефриту птахів є кури, для яких встановлено, зокрема, філогенетичні відносини з індиками [21].

З рис. 2А та 2Б випливає, що найстарішими ORF3 є відкриті рамки зчитування ізолятів MG573193, FJ527823, AB443623.

Несинонімічні заміни, оскільки вони змінюють амінокислоту, перебувають під впливом сильного позитивного чи негативного тиску. Навпаки, синонімічні заміни, які зберігають амінокислоту, перебувають під слабим тиском відбору або тиск відбору відсутній.

Структура філогенетичного дерева для ORF1 та ORF2 для ізолятів ВГЕ-3, яку отримали при аналізі несинонімічних дистанцій (рис. 2), відрізняється порядком гілок від такої, отриманої при аналізі синонімічних дистанцій (результати не показано).

Рис. 2. Філогенетичні відношення між 11 ізолятами ВГЕ-3 свині на основі несинонімічних дистанцій в ORF1 (А), ORF2 (Б), ORF3 (В). Наведено значення бутстреп-аналізу (100 випадкових вибірок) для оцінки достовірності дерева, а також номери ізолятів в GenBank. Дерева побудовано з використанням p-дистанцій та методу приєднання сусідів. AB033998 -- вірус нефриту птахів типу 1, AB046864 -- вірус нефриту птахів типу 2, AF206663 -- астровірус індика типу 1, Y15936 -- астровірус індика типу 2.

Висновки

1. У роботі визначено особливості структурної організації трьох відкритих рамок зчитування ORF1-ORF3 вірусу гепатиту Е свині генотипу 3.

2. Позитивне значення коефіцієнта D тесту Таджими для ORF1, ORF2 ВГЕ-3 вказує на дію позитивного відбору на ці відкриті рамки зчитування, а негативне значення для ORF3 вказує на очищаючий відбір, що зменшує її варіабельність.

3. ORF3 характеризується найбільшим числом варіабельних амінокислотних залишків (21,7 %) порівняно з кодуючими ділянками ORF1, ORF2.

4. Топологія дерева для ORF3 на підставі несинонімічних дистанцій значно відрізняється від структури дерев, побудованих на основі нуклеотидних та синонімічних дистанцій. За допомогою аналізу несинонімічних дистанцій виявлено порядок еволюційних подій в історії ізолятів ВГЕ-3 свині.

Перспективи використання отриманих результатів. Молекулярне моделювання вторинної та третинної структури протеїнів з урахуванням визначеного порядку еволюційних подій в історії ізолятів ВГЕ-3 свині на основі несинонімічних дистанцій в відкритих рамках зчитування ORF1-ORF3 дозволить дослідити вплив тиску відбору на поверхневі властивості та конформацію протеїнів.

Список літератури

1. Kamar N. et al. Hepatitis E virus infections. Clinical Microbiology Reviews. 2014. Vol. 27, No 1. P 116-138. DOI: https://doi.org/10.1128/cmr. 00057-13.

2. Lhomme S. et al. Clinical manifestations, pathogenesis and treatment of Hepatitis E virus infections. Journal of Clinical Medicine. 2020. Vol. 9, No 2. P. 331-355. DOI: https://doi.org/10.3390/jcm9020331.

3. He B. et al. Functional epitopes on hepatitis E virions and recombinant capsids are highly conformation dependent.

Human Vaccines and Immunotherapeutics. 2020. Vol. 16, No 7. Р 1554-1564. dOi: https://doi.org/10.1080/21645515.2019.1703454.

4. Doceul V. et al. Zoonotis hepatitis E virus: classification, animal reservoirs andtransmission routes. Viruses. 2016. Vol. 8, No 10. P. 270. DOI: https://doi.org/10.3390/v8100270.

5. Hoan N. X. et al. High hepatitis E virus (HEV) positivity among domestic pigs and risk of HEV infection of individuals occupationally exposed to pigs and pork meat in Hanoi, Vietman. Open Forum Infectious Diseases. 2019. Vol. 6, No 9. P. ofz306. DOI: https://doi.org/10.1093/ofid/ofz306.

6. Kenney S. P. The current host range of hepatitis E viruses. Viruses. 2019. Vol. 11, No 5. P 452. DOI: https://doi.org/ 10.3390/v11050452.

7. Goto A. et al. Understanding the genetics of viral drug resistance by integrating clinical data and mining of the scientific literature. Scientific Reports. 2022. Vol. 12, No 1. P. 14476-14486. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598- 022-17746-3.

8. Stern A. et al. The evolutionary pathway to virulence of an RNA virus. Cell. 2017. Vol. 169, No 1. Р 35-46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.03.013.

9. Kimura M. The neutral theory of molecular evolution: a review of recent evidence. Japanese Journal of Genetics. 1991. Vol. 66, No 4. Р 367-386. DOI: https://doi.org/10.1266/jjg.66.367.

10. Sueoka N. Directional mutation pressure and neutral molecular evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1988. Vol. 85. P. 2653-2657. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.85.8.2653.

11. Blazej P. et al. Optimization of mutation pressure in relation to properties of protein-coding sequences in bacterial genomes. PLoS One. 2015. Vol. 10, No 6. Р е0130411. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0130411.

12. Nasrullah I. et al. Genomic analysis of codon usage shows influence of mutation pressure, natural selection, and host features on Marburg virus evolution. BMC Evolutionary Biology. 2015. Vol. 15. P 174. DOI: https://doi.org/ 10.1186/s12862-015-0456-4.

13. Dasmeh P. et al. The influence of selection for protein stability on dN/dS estimation. Genome Biology and Evolution. 2014. Vol. 6, No 10. Р 2956-2967. DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evu223.

14. Aziz R. et al. Incorporation of transition to transversion ratio and nonsense mutations, improves the estimation of the number of synonymous and non-synonymous sites in codons. DNA Research. 2022. Vol. 29, No 4. Р 1-8. DOI: https://doi.org/10.1093/dnares/dsac023.

15. Valdar W. S. J. Scoring residue conservation. Proteins. 2002. Vol. 48. P. 227-241. DOI: https://doi.org/10.1002/prot. 10146.

16. Tamura K. et al. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Molecular Biology and Evolution. 2013. Vol. 30, No 12. Р 2725-2729. DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/mst197.

17. Hall T A. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 1999. Vol. 41. P. 95-98.

18. Kimura M. The neutral theory of molecular evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 1983. 367 p. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511623486.

19. Reyes G. R. et al. Isolation of a cDNA from the virus responsible for enterically transmitted non-A, non-B hepatitis. Science. 1990. Vol. 247, No 4948. Р 1335-1339. DOI: https://doi.org/10.1126/science.2107574.

20. Кордюм В. А. Эволюция вирусов -- попытка нелинейного прогноза. Біополімери і клітина. 2001. Т 17, № 6. С. 467-486. DOI: https:ZZdoi.org/10.7124/bc.0005D6.

21. Lukashov V., Goudsmit J. Evolutionary relationships among Astroviridae. Journal of General Virology. 2002. Vol. 83. P. 1397-1405. DOI: https://doi.org/10.1099/0022-1317-83-6-1397.

Размещено на Allbest.ru