Вирус болезни Ньюкасла (Newcastle disease virus – NDV) вызывает высокую заболеваемость и смертность сельскохозяйственных птиц, поэтому экономически негативно отражается на птицеводстве [1]. Впервые NDV идентифицирован в 1926 г. в Англии (в Ньюкасле) и в Индонезии [2]. Инфекция сельскохозяйственных птиц NDV подлежит регистрации во Всемирной организации охраны здоровья животных (WOAH) [3].
Номенклатура NDV. Вирус болезни Ньюкасла (NDV) классифицируется как вирулентный штамм птичьего ортоавулавируса 1 (AOAV-1) [4] (прежнее название птичий парамиксовирус серотипа 1 (APMV-1) [5]), принадлежащий к порядку Mononegavirales, семейству Paramyxoviridae, подсемейству Avulavirinae и роду Orthoavulavirus [6]. Болезнь Ньюкасла представляет собой системную инфекцию птиц [7]. Во всем мире к NDV (AOAV-1) восприимчивы более 2250 видов диких и домашних птиц в пределах 27 отрядов [8].
Цель исследования – изучение особенностей инфекции, экологической и молекулярно-генетической характеристики вируса болезни Ньюкасла на современном этапе.
Материалы и методы исследования
Теоретические исследования основывались на изучении научной, законодательной и нормативной литературы.
Результаты исследования и их обсуждение
Особенности инфекции. Спектр заболеваний у птиц делится на два широких фенотипа – авирулентная (лентогенная) и вирулентная (мезогенная и велогенная) инфекции [9, 10]:
1) лентогенная (маловирулентная) инфекция – это легко и бессимптомно протекающее заболевание у диких водоплавающих птиц (вызывают субклинические респираторные или кишечные инфекции);
2) мезогенная (средневирулентная) инфекция – это умеренно протекающее заболевание у домашних птиц (вызывает респираторные или неврологические симптомы) с низкой смертностью;
3) велогенная (высоковирулентная) инфекция – это тяжело протекающее заболевание у домашних птиц (снижает яйценоскость, поражает кишечник, вызывает кровоизлияния, неврологические симптомы) с высокой смертностью.
В дополнение следует отметить, что при вводе минимальной летальной дозы смертность у цыплят может наступать через 90–150 (лентогенные), 60–90 (мезогенные) и 40–60 (велогенные) ч [9]. Таким образом, на основании патогенности различают пять патологических типов штамма вируса болезни Ньюкасла:
− авирулентные (бессимптомные кишечные);
− лентогенные (широко распространены во всем мире; низкая вирулентность с легкими или неявными респираторными признаками);
− мезогенные (умеренная вирулентность с респираторными признаками; более низкий уровень смертности);
− висцеротропно-велогенные (вызывающие тяжелые желудочно-кишечные и висцеральные кровотечения);
− нейротропно-велогенные (вызывают респираторные и неврологические клинические симптомы, энцефалиты).
Последние два штамма (висцеротропно-велогенные, нейротропно-велогенные) имеют высокую вирулентность, вызывают высокую смертность (до 100 %) и несут ответственность за вспышки заболеваний среди домашней птицы [11].
Экологическая характеристика вируса болезни Ньюкасла. Вирус болезни Ньюкасла инфицированными птицами распространяется в течение 1–2 недель после заражения с фекалиями и выделениями из дыхательных путей [12], а также через яйцо вылупившемуся цыпленку [13]. Вирус присутствует во всех частях тушки и способен в холодильнике сохраняться в течение многих месяцев [9]. Вирус высоко стабилен вне хозяина и в окружающей среде, в частности в птичниках с зараженными птицами, выживает в зависимости от сезона года от 7 (лето) и 14 (весна) до 30 (зима) дней [14]. Передача NDV происходит воздушно-капельным или пероральным путем [4, 11].
Симптомы проявляются на 2–15 сутки после заражения, иногда этот процесс может занять и до 28 дней [11]. Клинические признаки болезни Ньюкасла варьируют в широких пределах в зависимости от штамма и вида хозяина – от снижения потребления корма и воды и/или яйценоскости у кур-несушек до 100 %-ной смертности у невакцинированных птиц [4, 11].
Наибольшую угрозу для птицеводства Казахстана и СНГ представляют вирулентные вирусы болезни Ньюкасла класса II генотипов VII, VI и I [15].
Генетическая характеристика вируса болезни Ньюкасла. Все изоляты вируса болезни Ньюкасла хотя и относятся к одному серотипу, но генетически и антигенно разнообразны и постоянно претерпевают эволюционные изменения [11, 16].
Геном вируса болезни Ньюкасла:
1) представлен несегментированной оц(-)РНК, размером около 15,2 тыс. нуклеотидов (15186, 15192 и 19198 нуклеотидов) [17];
2) кодирует шесть структурных белков (NP, P, M, F, HN, L) и два вспомогательных (V, W) [2] (таблица).
Генные продукты вируса болезни Ньюкасла
|
Белок (обозначение, название) |
Функция |
Взаимодействие с другими генными продуктами вируса и(или) хозяина |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
NP |
Нуклеопротеин |
отвечает за стабильность генома NDV, защищая РНК от нуклеаз-хозяев [18] |
работает совместно с белками P и L, образуя комплекс рибонуклеопротеина (RNP), который участвует в процессах транскрипции и репликации NDV [19] |
|
P |
Фосфопротеин |
участвует в синтезе вирусной РНК и обеспечивает растворимость NP [20] |
в процессе редактирования РНК гена P, генерируются неструктурные белки W и V [21] |
|
M |
Матричный |
служит скелетом вируса и необходим для репликации генома и размножения самого вируса [22]; ингибирует транскрипцию и трансляцию клетки-хозяина во время его ранней локализации в ядре [23] |
взаимодействия между М-белком и клеточными белками также важны для репликации и патогенности NDV [24] |
|
F |
Белок-слияние |
участвует в проникновении вируса, слиянии клеток и гемолизе [25] |
в комплексе с белком HN служит ключевым фактором проникновения и высвобождения вируса в/из клеток [25] |
|
HN |
Гемагглютинин-нейраминидаза |
многофункционален, определяет тропизм и вирулентность, играет решающую роль в процессе инфекции, отвечает за прикрепление к рецепторам [26], основной защитный антиген NDV, может индуцировать нейтрализующие антитела у животных [27], обеспечивает высвобождение вириона во время размножения вируса [28] |
в комплексе с белком слияния (F) являются вирусными входными белками и признаны основными детерминантами вирулентности [28] |
|
L |
РНК-полимераза |
самый большой белок в вирусе, многофункциональный, участвует в репликации генома, в транскрипции и регуляции репликации вируса в клетках [29, 30] |
Служит вирусной репликазой и транскриптазой во время инфекционного цикла, тогда как белок P действует как кофактор полимеразы [30]. Белки N, P и L необходимы для репликации и транскрипции генома NDV во время вирусной инфекции [31] |
|
V |
Белок является результатом редактирования гена P [32] |
для ингибирования секреции интерферона I типа (IFN) хозяина и апоптоза, обеспечивая благоприятную среду для репликации вируса [21]; в уклонении от врожденной иммунной системы хозяина [33]; является движущей силой вирулентности, поскольку этот белок является специфичным для хозяина антагонистом врожденного иммунного ответа [34]; |
играет жизненно важную роль в ограничении круга хозяев [35] |
|
W |
Белок является результатом редактирования гена P [32] |
влияет на вирулентность, репликацию и патогенность NDV [36] |
может экспрессироваться в ядре или цитоплазме в зависимости от генотипа вирусного штамма [37] |
В дополнение к таблице следует отметить, что белок-слияние (F) синтезируется в виде белка-предшественника F0 [38].
Неактивная форма белка F0 расщепляется протеазами клетки-хозяина на активные формы F1 и F2 для того, чтобы вирион AOAV-1 успешно слился с клеточной мембраной хозяина и проник в цитоплазму для высвобождения своего генома и инициирования жизненного цикла вируса [39]. Молекулярная основа сайта расщепления белка F (FCS) определяет патогенность штаммов NDV: лентогенный вирус в сайте CS содержит меньше основных аминокислот и лейцин в положении 117 [40], мезогенный и велогенный штаммы имеют многоосновную аминокислоту CS с фенилаланином в положении 117 [41]. Специфическая аминокислотная последовательность белка F тесно связана с тропизмом по отношению к тканям мозга, легких и селезенки [42]. Таким образом, аминокислота в месте расщепления белка F является основным фактором, определяющим вирулентность [43].
Вирус болезни Ньюкасла в зависимости от нуклеотидной последовательности гена белка слияния (F) делят на два класса [16, 44]: первый (I) класс включает только один генотип лентогенных штаммов, выделенный из диких птиц по всему миру; второй (II) класс содержит 21 генотип с вело-, мезо- и лентогенными штаммами, выделенными из разных видов-хозяев по всему миру. NDV, относящиеся к классу II, одни, выделенные в период с 1930-х по 1960-е гг., включают генотипы I, II, III и IV с размером генома 15186 нуклеотидов [45], другие, выделенные после 1960-х гг. (V, VI, VII, VIII и X–XVIII) и циркулирующие в настоящее время, имеют вставку из шести нуклеотидов в 5’-некодирующей области гена нуклеопротеина и размер их генома составляет 15192 н. [45]. Наиболее поздние генотипы (XIV–XVIII) были выделены на африканском континенте [46–48]. Как видим, вариация в последовательностях гена F, в ответ на различные давления со стороны вакцины и иммунной системы хозяина, обеспечивает для NDV адаптивные реакции, проявляющиеся в виде мутационных изменений, различий вирулентных свойств, идентификации изолятов NDV [49].
Шесть основных структурных белков (нуклеопротеин (NP), фосфопротеин (P), матричный белок (M), белок слияния (F), гемагглютинин-нейраминидаза (HN), РНК-полимераза (L)) расположены в порядке 3’-NP-PMF-HN-L-5’ [44, 50] (каждый из этих шести генов окружен короткими экстрагенными консервативными «лидерными» (GS) и «концевыми» (GE) последовательностями [24, 27, 31]). Таким образом, все белки имеют свои уникальные функции и при взаимодействии друг с другом в комплексе завершают весь процесс вторжения и заражения [37].
Заключение
Результаты теоретических исследований показали, что вирус болезни Ньюкасла:
− вызывает высокую заболеваемость и смертность сельскохозяйственных птиц, поэтому экономически негативно отражается на птицеводстве;
− спектр заболеваний у птиц делится на два фенотипа – авирулентную и вирулентную инфекцию, и на основании патогенности различают пять патотипов штамма;
− белок F участвует в проникновении вируса, он и белок HN являются вирусными входными белками и признаны основными детерминантами вирулентности;
− изменчивость в первичной структуре гена F в ответ на давления эволюционного происхождения, в частности со стороны иммунной системы хозяина и вакцин, приводит к появлению последовательных изменений (возникновение мутации, различий вирулентных свойств, идентификации изолятов), которые в комплексе порождают адаптационные реакции NDV.
Таким образом, все изоляты вируса болезни Ньюкасла хотя и относятся к одному серотипу, но генетически, антигенно и экологически разнообразны, так как постоянно претерпевают эволюционные изменения из-за постоянного давления со стороны различных программ вакцинопрофилактики и иммунной системы хозяина.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.