Virus influenza swine H1N1 mirip unggas Eurasia dengan gen virus pandemi 2009 yang memfasilitasi infeksi manusia

Makna Penting

Babi adalah inang perantara untuk pembuatan virus pandemi influenza. Dengan demikian, surveilans sistematis virus influenza pada babi adalah ukuran kunci untuk sebelum lahir munculnya pandemi influenza berikutnya. Di sini, kami mengidentifikasi virus EA H1N1 reassortant yang memiliki pdm / 09 dan gen internal yang diturunkan dari TR, disebut sebagai genotipe G4, yang telah menjadi dominan dalam populasi babi sejak 2016. Serupa dengan virus pdm / 09, virus G4 memiliki semua keunggulan penting dari virus pandemi kandidat. Yang menjadi perhatian adalah bahwa pekerja babi menunjukkan peningkatan seroprevalensi untuk virus G4. harus segera diimplementasikan untuk mengontrol virus G4 EA H1N1 yang menginfeksi babi dan memantaunya pada populasi manusia, terutama pekerja di industri babi, 

Abstrak

Babi dianggap sebagai inang penting atau "kapal pencampur" untuk menghasilkan virus pandemi influenza. Pengawasan sistematis virus influenza pada babi sangat penting untuk peringatan dini dan kesiapan menghadapi kemungkinan terjadi pandemi berikutnya. Di sini, kami melaporkan pengawasan virus influenza babi dari 2011 hingga 2018 di Cina, dan mengidentifikasi genotipe 4 (G4) yang muncul baru-baru ini virus H1N1 reassortant Eurasian avian-like (EA), yang membawa pandemi 2009 (pdm / 09) dan triple -reassortant (TR) -turunan gen internal dan telah dominan pada populasi babi sejak 2016.  Serupa dengan virus pdm / 09, virus G4 berikatan dengan reseptor tipe manusia, menghasilkan virus keturunan yang jauh lebih tinggi dalam sel epitel saluran napas manusia, dan menunjukkan infektivitas yang efisien dan transmisi aerosol dalam musang. Bahkan, reaktivitas silang antigenik yang rendah dari strain vaksin influenza manusia dengan virus EA H1N1 reasortan G4 menunjukkan bahwa kekebalan populasi yang sudah ada sebelumnya tidak memberikan perlindungan terhadap virus G4. Surveilans serologis lebih lanjut di antara populasi paparan kerja menunjukkan bahwa 10,4% (35/338) pekerja babi positif terhadap virus G4 EA H1N1, terutama untuk peserta berusia 18 tahun hingga 35 tahun, yang memiliki tingkat seropositif 20,5% (9/44), menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 yang dominan telah memperoleh peningkatan infektivitas pada manusia. Infektivitas semacam itu sangat meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia dan menimbulkan kekhawatiran akan kemungkinan generasi virus pandemi. Surveilans serologis lebih lanjut di antara populasi paparan kerja menunjukkan bahwa 10,4% (35/338) pekerja babi positif terhadap virus G4 EA H1N1, terutama untuk peserta berusia 18 tahun hingga 35 tahun, yang memiliki tingkat seropositif 20,5% (9/44), menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 yang dominan telah memperoleh peningkatan infektivitas pada manusia. Infektivitas seperti itu sangat meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia dan menimbulkan kekhawatiran terhadap kemungkinan generasi virus pandemi. Surveilans serologis lebih lanjut di antara populasi paparan pekerjaan menunjukkan bahwa 10,4% (35/338) pekerja babi positif untuk virus G4 EA H1N1, terutama untuk peserta berusia 18 tahun hingga 35 tahun, yang memiliki tingkat seropositif 20,5% (9/44), menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 yang dominan telah memperoleh peningkatan infektivitas manusia. Infektivitas semacam itu sangat meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia dan menimbulkan kekhawatiran akan kemungkinan generasi virus pandemi.Infektivitas seperti itu sangat meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia dan menimbulkan kekhawatiran terhadap kemungkinan generasi virus pandemi.Infektivitas semacam itu sangat meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia dan menimbulkan kekhawatiran akan kemungkinan generasi virus pandemi.

METODA

Virus Influenza A (IAV) adalah patogen global manusia dan berbagai spesies mamalia dan burung. Reassortment virus influenza adalah mekanisme utama untuk menghasilkan virus progeni dengan karakteristik antigenik dan biologis yang baru, yang dapat menyebabkan epidemi dan pandemi pada manusia. Secara historis, pandemi IAV dari tahun 1957, 1968, dan 2009 adalah semua reassortants yang berasal dari virus influenza manusia dan hewan ( 1 , 2 ). Babi, rentan terhadap unggas, babi, dan manusia, dianggap sebagai "kapal pencampur" dalam generasi virus influenza dengan potensi pandemi ( 3 ⇓ - 5 ). Munculnya pandemi 2009 (pdm / 09) virus H1N1 dengan jelas menggambarkan pentingnya babi dalam wabah baru ( 6).⇓ - 8 ). Oleh karena itu, surveilans terus menerus virus flu babi (SIV) pada babi dan penilaian potensi zoonosis mereka sangat penting untuk kesiapan pandemi manusia.

Cina memiliki ekosistem SIV yang paling kompleks dengan garis keturunan babi klasik (CS), garis keturunan triple-reassortant (TR) Amerika Utara, dan garis keturunan SIVs yang menyerupai burung seperti Eurasia (EA) yang bersirkulasi pada babi ( 9 ). SIV EA H1N1 ditemukan pada tahun 2001, dan secara bertahap menjadi garis keturunan yang dominan di Cina ( 9 ⇓ - 11 ). Namun, setelah 2009, virus pdm / 09 H1N1 pada manusia telah menyebar kembali ke kawanan babi di seluruh dunia ( 12 , 13 ). Selanjutnya, reassortants antara virus babi EA H1N1 babi dan manusia pdm / 09 virus H1N1 telah terdeteksi secara sporadis pada babi di Cina dan negara-negara lain ( 10 , 14 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -20 ), beberapa di antaranya telah menyebabkan infeksi pada manusia di Cina ( 21 ⇓ - 23 ). Namun, prevalensi saat ini dan sifat biologis reasortan EA yang muncul ini dan infektivitasnya pada populasi manusia tidak diketahui.

Dalam studi ini, kami melakukan program pengawasan SIV yang luas antara 2011 dan 2018 di 10 provinsi dengan populasi babi kepadatan tinggi.  Kami mengidentifikasi virus EA reassortant genotipe 4 (G4) dominan yang muncul pada babi, yang memiliki gen internal pdm / 09 dan TR yang diturunkan dan menunjukkan infektivitas dan transmisibilitas yang efisien dalam model ferret. Surveilans serologis di antara pekerja babi dan populasi umum menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 telah memperoleh peningkatan infektivitas manusia.  Dengan demikian, virus G4 EA H1N1 yang muncul menimbulkan ancaman serius bagi kesehatan manusia.

HASIL

Virus EA H1N1 Menunjukkan Peningkatan Keragaman Genetik sejak 2013.

Untuk menyelidiki status epidemiologis SIV, dari 2011 hingga 2018, kami melakukan pengawasan aktif dan mengumpulkan total 29.918 sampel swab hidung dari babi normal di rumah pemotongan hewan di 10 provinsi dengan populasi babi kepadatan tinggi ( Lampiran SI , Gambar S1 ). Kami mengisolasi 136 virus influenza dari sampel ini, dengan tingkat isolasi 0,45% ( Lampiran SI , Tabel S1 ). Pada periode yang sama, 1.016 sampel usap hidung atau paru-paru dikumpulkan dari babi yang menunjukkan gejala pernapasan di rumah sakit pendidikan dokter hewan sekolah kami, yang 43 di antaranya positif terkena virus influenza, dengan tingkat isolasi 4,23% ( Lampiran Apendiks , Tabel S1). Berdasarkan analisis urutan gen hemagglutinin (HA) dan neuraminidase (NA) dari 179 SIV gabungan, mereka diidentifikasi sebagai EA H1N1 ( n = 165), pdm / 09 H1N1 ( n = 7), CS H1N1 ( n = 1) ), H3N2 ( n = 4), dan H9N2 ( n = 2) virus ( Lampiran SI , Tabel S1 ), menunjukkan bahwa EA H1N1 adalah virus subtipe dominan yang beredar dalam populasi babi di Cina. Di antara mereka, hanya virus EA H1N1 yang diisolasi setiap tahun, sementara SIV lainnya seperti CS H1N1 dan H3N2 hanya ditemukan pada tahun-tahun tertentu. Tujuh pdm / 09 virus H1N1 hanya ditemukan pada tahun 2011, menunjukkan bahwa virus pdm / 09 H1N1 tidak dipelihara pada babi meskipun dihasilkan dari babi ( 2).). Semua 43 virus yang diisolasi dari babi yang sakit memiliki subtipe EA H1N1. Tercatat bahwa rata-rata tingkat isolasi virus dari babi yang sakit meningkat setiap tahun dari 1,40% pada tahun 2011 menjadi 8,21% pada tahun 2018, dengan peningkatan tajam dari tahun 2014 ( Lampiran AP , Gambar. S2 ), menunjukkan bahwa virus EA H1N1 merupakan masalah yang terus berkembang di peternakan babi.

Untuk memahami evolusi filogenetik dari virus EA H1N1 yang ada, total 77 virus dipilih untuk sekuensing genom penuh berdasarkan waktu dan lokasi isolasi, dengan setidaknya satu strain diurutkan per provinsi ( Lampiran SI , Tabel S2 ). Seluruh genom dari 77 virus dianalisis bersama dengan semua sekuens EA H1N1 yang tersedia dari virus babi dan manusia di daratan Tiongkok dari tahun 2011 hingga 2018. Berdasarkan pada sistem nomenklatur H1 HA babi terpadu ( 24 ), gen HA dari semua EA Virus H1N1 yang diisolasi dalam penelitian ini termasuk clade 1C.2.3 ( Lampiran SI , Gambar. S3). Virus yang diisolasi selama 2011-2013 memiliki cabang evolusi pendek yang relatif. Namun, cabang panjang yang mengarah ke beberapa garis keturunan ditemukan pada virus yang diisolasi setelah 2013 ( Gbr. 1 A ). Gen-gen NA memiliki pola evolusi genetika yang serupa ( SI Lampiran , Gambar. S3 ). Khususnya, juga setelah 2013, enam gen internal menunjukkan keragaman yang berbeda, dengan beberapa asal dari EA asli, pdm / 09, Avian, dan garis turunan TR ( SI Lampiran , Gambar. S3 ). Hasil ini menunjukkan bahwa genom SIV EA H1N1 telah mengalami peningkatan keanekaragaman sejak 2013.

Fig. 1.

Hubungan filogenetik gen HA dan karakterisasi antigenik SIV EA H1N1 di Tiongkok dari 2011 hingga 2018. ( A ) Pohon filogenetik gen HA. Pohon filogenetik diperkirakan menggunakan jarak genetik yang dihitung dengan kemungkinan maksimum berdasarkan model GTRGAMMA + I. SIV yang diisolasi dalam penelitian ini berwarna hijau; urutan virus dengan nama hitam diunduh dari basis data. Label simpul mewakili nilai bootstrap. Virus berlabel segitiga merah dipilih untuk pembuatan antiserum. Pohon gen HA lengkap terperinci dengan topologi konsisten ditunjukkan pada Lampiran SI , Gambar. S3 . (Skala bar adalah dalam unit penggantian nukleotida per situs.) (B) Peta antigen berdasarkan data uji HI. Kuadrat terbuka dan lingkaran penuh masing-masing mewakili posisi antiserum dan virus. Cluster diidentifikasi dengan algoritma clustering k -means. Galur yang termasuk dalam kelompok antigenik yang sama dikelilingi dalam oval. Sumbu vertikal dan horizontal keduanya mewakili jarak antigenik. Jarak antara garis grid adalah 1 unit jarak antigenik, sesuai dengan pengenceran antiserum dua kali lipat dalam uji HI. Rincian data uji HI ditunjukkan pada Lampiran SI , Tabel S5 . ( C) Analisis antigenik dari strain vaksin influenza EA H1N1 dan manusia. Dua puluh sampel serum, dikumpulkan dari anak berusia 4 tahun yang divaksinasi dengan vaksin trivalen (A / Michigan / 45/2015 [pdm / 09 H1N1] + A / Singapura / INFIMH-16-0019 / 2016 [H3N2] + B / Colorado / 06/2017 [B / Victoria]), dikenai tes HI. Virus pdm / 09 H1N1 A / Michigan / 45/2015, virus H3N2 manusia A / Singapura / INFIMH-16-0019 / 2016, virus G1 EA H1N1 SW / HN / 08/11, dan virus G4 EA H1N1 SW / SD / 1207/16 digunakan sebagai antigen. Titer HI ≥ 40 dianggap positif.

Virus G4 Reassortant EA H1N1 Telah Dominan sejak 2016.

Untuk menunjukkan evolusi virus, kami melakukan analisis filogenik jam molekuler dan karakterisasi genotipe ( Gbr. 2 A dan SI Lampiran , Gbr. S4 ). Berdasarkan klasifikasi garis keturunan, enam genotipe G1-G6 ditemukan pada virus EA H1N1 dari 2011 hingga 2018 ( Gbr. 2 B ). Virus dengan delapan gen dari garis keturunan "murni" EA H1N1 ditetapkan sebagai G1. Virus G1 sebagian besar beredar di Cina selatan dan utara 2011-2013 ( Lampiran SI , Gambar. S5 ). Namun, prototipe virus EA H1N1 sebagian besar telah menghilang sejak 2014 ( Gbr. 2 B dan Lampiran SI , Gbr. S5). Virus EA reasortan G2, G3, dan G6 muncul sementara selama 2011-2015. Pada 2013, dua virus G4 dan G5 reassortant muncul di Cina selatan ( Lampiran SI , Gambar. S5 ). Virus G5 memiliki gen HA, NA, dan matriks (M) dari garis keturunan EA H1N1 asli, gen viral ribonucleoprotein (vRNP) dari garis keturunan pdm / 09, dan gen nonstruktural (NS) dari garis TR. Virus G5 terdeteksi terus menerus dari 2013 hingga 2017, tetapi telah menurun sejak 2015 dan tidak ditemukan pada 2018 ( Gbr. 2 B ). Mirip dengan G5, G4 juga merupakan reassortant rangkap tiga, kecuali gen M-nya diturunkan dari garis keturunan pdm / 09. Virus G4 telah menunjukkan peningkatan tajam sejak 2016, dan merupakan genotipe dominan dalam sirkulasi pada babi yang terdeteksi di setidaknya 10 provinsi ( Gbr. 2B dan SI Lampiran , Gbr. S5 ).

Fig. 2.

Analisis filogenetik SIV EA H1N1 di Cina dari 2011 hingga 2018. ( A ) Waktu filogeni dan divergensi gen HA dan evolusi genotipe SIV EA H1N1. Pohon filogenetik gen HA dihasilkan oleh kerangka Bayesian Markov Chain Monte Carlo, menggunakan model substitusi GTR dengan gamma yang didistribusikan di antara heterogenitas laju situs dan model "jam molekuler ketat". Kotak berwarna menunjukkan klasifikasi garis keturunan dari setiap segmen gen virus EA H1N1. Bilah simpul ungu mewakili interval kredibilitas garis silsilah garis kepercayaan 95%. Pohon filogenetik terperinci termasuk nama urutan ditunjukkan pada Lampiran SI , Gambar. S4 . ( B ) Keanekaragaman genotipe virus EA yang diisolasi dari babi di Cina, 2011-2018.

Untuk menilai potensi zoonosis dari virus EA reassortant G4, empat virus perwakilan G4 (A / swine / Shandong / 1207/2016 [SW / SD / 1207/16], A / swine / Hebei / 0116/2017 [SW / HB / 0116/17], A / swine / Henan / SN13 / 2018 [SW / HN / SN13 / 18], dan A / swine / Jiangsu / J004 / 2018 [SW / JS / J004 / 18]) dipilih untuk karakterisasi biologis lebih lanjut . Dua strain G1 (A / swine / Henan / 08/2011 [SW / HN / 08/11] dan A / swine / Hebei / T37 / 2013 [SW / HB / T37 / 13]) dan virus pdm / 09 H1N1, A / California / 04/09 (CA04), juga dipilih untuk perbandingan.

G4 EA H1N1 Virus Lebih disukai Mengikat SAα2,6Gal Seperti Manusia.

Preferensi pengikatan HA untuk menampung SAα2, 6Gal reseptor adalah penentu penting untuk transmisi lintas spesies IAV ke manusia ( 25 , 26 ). Kami menentukan afinitas pengikatan virus EA H1N1 dengan SAα2,3Gal dan SAα2,6Gal sialylglycopolymer. Seperti virus pdm / 09 CA04, keempat virus G4 EA H1N1 serta kedua virus G1 mengikat reseptor SAα2,6Gal dengan afinitas tinggi tetapi terikat dengan buruk pada reseptor SAα2,3Gal ( SI Lampiran , Gambar. S6 A ). Lebih lanjut, semua virus EA H1N1 ditemukan mengikat lapisan epitel trakea manusia sampai pada tingkat yang mirip dengan CA04 pdm / 09 virus H1N1, tetapi virus H5N1 kontrol avian tidak menunjukkan pengikatan ( SI Lampiran , Gambar. S6 B). Dengan demikian, hasil ini menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 secara istimewa mengikat reseptor SAα2,6Gal yang mirip manusia, prasyarat utama untuk menginfeksi sel manusia.

G4 EA H1N1 Virus Menunjukkan Infektivitas Efisien dan Transmisibilitas di Ferrets.

Ferrets telah banyak digunakan sebagai model eksperimental untuk mempelajari infeksi pada manusia dan penularan virus influenza ( 27 ). Di sini, tiga musang terinfeksi intranasal (in) dengan masing-masing virus dengan dosis 10 ⁶ TCID ₅₀ dalam volume 1,0 mL. Kami menemukan bahwa virus G1 EA atau pdm / 09 hanya menyebabkan tanda klinis ringan ( Lampiran SI , Tabel S4 ). Infeksi dengan virus G4 EA, di sisi lain, mengakibatkan gejala klinis yang lebih parah seperti demam, bersin, mengi, dan batuk, dengan rata-rata penurunan berat badan maksimum yang lebih tinggi berkisar antara 7,3 hingga 9,8% ( Lampiran SI , Tabel S4). Postmortem dan histopatologi mengungkapkan bahwa paru-paru yang terinfeksi virus G4 memiliki lesi yang lebih parah daripada paru-paru yang terinfeksi virus G1 atau pdm / 09, dengan area multifokal yang jelas yaitu konsolidasi, perdarahan, dan edema, dan menunjukkan peribronchiolitis dan bronkopneumonia yang lebih parah ( SI Lampiran , Gambar S8 A ). Keempat virus G4 direplikasi ke titer yang lebih tinggi di saluran pernapasan bagian atas (nasinate turbin dan trakea) dari ferrets, yang mirip dengan virus pdm / 09 dan secara signifikan lebih tinggi dari dua virus G1 ( P <0 atau="" i="" nbsp="">P

 <0 a="" ada="" anova="" dari="" ditemukan="" href="https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=id&prev=search&pto=aue&rurl=translate.google.com&sl=en&sp=nmt4&u=https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1921186117/-/DCSupplemental&usg=ALkJrhiGUFZNaYasB67HSGTz-EQkDJzjqw" jaringan="" luar="" menular="" nbsp="" paru="" sementara="" target="_blank" tidak="" virus="" yang="">Lampiran SI , Gambar. S8 B). Secara keseluruhan, virus E4 H1N1 reassortant G4 saat ini menunjukkan peningkatan replikasi dan patogenisitas pada ferret, yang menunjukkan bahwa virus G4 cenderung menyebabkan infeksi yang lebih parah daripada virus G1 EA H1N1 pada manusia.

Penularan dari manusia ke manusia yang efisien adalah karakteristik penting dari virus pandemi influenza. Untuk menilai transmisibilitas virus G4, kami melakukan eksperimen transmisi virus kontak langsung (DC) dan tetesan pernapasan (RD) pada musang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa virus CA04 pdm / 09 H1N1 ditransmisikan secara efisien ke semua ferret oleh DC dan RD ( Gbr. 3 ). Keempat virus G4 ditransmisikan ke semua hewan DC. Yang penting, tiga dari empat virus G4, SW / SD / 1207/16, SW / HN / SN13 / 18, dan SW / JS / J004 / 18, ditransmisikan ke ketiga musang RD. Virus G4 yang tersisa, SW / HB / 0116/17, ditularkan ke salah satu dari tiga musang RD ( Gbr. 3 ). Sebaliknya, dengan virus G1, tidak ada transmisi virus dalam kelompok DC atau RD ( Gbr. 3) atau serokonversi pada 14 hari pi terdeteksi di semua ferrets penerima ( Lampiran SI , Tabel S4 ).  Dengan demikian, ada bukti kuat untuk menunjukkan bahwa virus EA H1N1 reasortan G4 yang dominan saat ini sangat menular oleh DC dan RD di antara musang, menunjukkan kemampuan mereka untuk dengan mudah menginfeksi manusia.

Fig. 3.

Penularan horizontal virus EA H1N1 di antara musang. Kelompok tiga musang diinokulasi dengan 10 ⁶ TCID ₅₀ virus yang diindikasikan. Keesokan harinya, hewan yang terinfeksi secara individual digabungkan dengan musang DC yang tidak terinfeksi; hewan kontak RD yang tidak terinfeksi juga ditempatkan di kandang rangka kawat yang berdekatan dengan musang yang terinfeksi. Pencucian hidung untuk deteksi pelepasan virus dikumpulkan setiap hari dari semua hewan sejak hari ke 2 dari infeksi awal. Setiap bilah warna mewakili titer virus hewan individu. Garis putus-putus menunjukkan batas bawah deteksi virus.

Virus G4 EA H1N1 Menunjukkan Reaktivitas Lintas Antigenik Rendah dengan Strain Vaksin Influenza Manusia.

Kekebalan yang sudah ada sebelumnya dapat melindungi manusia dari virus influenza terkait, tetapi penyimpangan antigenik dapat mengurangi perlindungan tersebut dalam suatu populasi. Perubahan antigenik terutama disebabkan oleh variasi gen HA. Dalam penelitian ini, kami menemukan bahwa gen HA dari virus EA H1N1 diisolasi setelah 2013, termasuk virus G4, membentuk kelompok filogenetik independen. Untuk menentukan tingkat pergeseran antigenik dari virus G4, 14 virus perwakilan EA H1N1 (10 G4 dan 4 G1 virus) dipilih, berdasarkan topologi filogenik HA mereka, untuk uji antigenisitas.

Panel serum ferret digunakan untuk uji hemaglutinasi inhibisi (HI), termasuk serum terhadap pdm / 09 virus H1N1 A / Michigan / 45/2015 dari garis keturunan vaksin influenza manusia H1N1 saat ini, virus G1 EA H1N1 SW / HN / 08/11 dan virus SW / HB / T37 / 13, dan G4 EA H1N1 SW / SD / 1207/16 dan SW / HN / SN13 / 18. Atas dasar tingkat reaktivitas dalam tes HI, virus EA dapat diklasifikasikan menjadi kelompok antigenik A dan B ( Gambar. 1 B dan Lampiran SI , Tabel S5).). Virus E1 G1 asli berada dalam kelompok antigenik A, sementara virus G4 milik kelompok antigenik B. Titer silang reaktif antara kedua kelompok antigenik itu 8- hingga 64 kali lipat lebih rendah dibandingkan dengan reaksi homolog. Antisera terhadap pdm / 09 virus H1N1 (A / Michigan / 45/2015) bereaksi silang dengan virus kelompok A antigenik (titer 1: 160 hingga 320) tetapi bereaksi buruk dengan galur B kelompok antigenik (titer ≤ 40) ( Lampiran SI , Tabel S5 ). Analisis lebih lanjut menunjukkan beberapa perbedaan asam amino pada situs antigenik HA antara virus G1 dan G4 EA H1N1, termasuk 135 (penomoran H1) dan 222 pada Ca2, dan 185 dalam Sb ( Lampiran SI , Tabel S6). Namun, asam amino mana yang berkontribusi terhadap perubahan antigenik yang diamati perlu ditentukan di masa depan. Dengan demikian, virus EA H1N1 reasortan G4 dominan secara antigen berbeda dari virus G1 EA dan pdm / 09 H1N1 sebelumnya.

Untuk menilai perlindungan silang vaksin influenza musiman manusia terhadap virus G4 EA, tes HI dilakukan dengan 20 sampel serum yang dikumpulkan dari anak-anak berusia 4 tahun yang divaksinasi dengan vaksin trivalen (pdm / 09 H1N1 + H3N2 + B / Victoria). Semua sampel serum reaktif (titer ≥ 1:40) terhadap virus pdm / 09 H1N1 dan H3N2 ( Gbr. 1 C ). Namun, tidak ada sampel serum yang bereaksi silang dengan G4 atau bahkan virus G1 EA H1N1 ( Gbr. 1 C ). Secara kolektif, virus EA reassortant dominan G4 secara antigen berbeda dari strain vaksin influenza manusia saat ini, menunjukkan bahwa kekebalan yang sudah ada sebelumnya yang berasal dari vaksin influenza musiman manusia saat ini tidak dapat memberikan perlindungan terhadap virus G4.

Virus G4 EA H1N1 Menunjukkan Peningkatan Tingkat Infeksi pada Manusia yang Terbukti dengan Seroprevalensi.

Untuk menentukan apakah virus G4 reassortant EA H1N1 dapat menginfeksi spesies dari babi ke manusia, pengawasan serologis dilakukan untuk mendeteksi prevalensi paparan virus pada pekerja produksi babi. Dari 2016 hingga 2018, total 338 sampel serum dikumpulkan dari pekerja babi di 15 peternakan. Sampel serum ( n= 230) dari rumah tangga biasa juga dikumpulkan sebagai kelompok pembanding populasi. Virus G4 EA SW / SD / 1207/16, yang termasuk dalam kelompok antigenik B, digunakan sebagai antigen virus dalam tes HI. Untuk mengendalikan gangguan antibodi H1N1 terhadap pdm / 09 dan virus G1 EA sebelumnya, virus pdm / 09 A / Michigan / 45/2015 dan virus G1 EA SW / HN / 08/11 dimasukkan sebagai antigen virus. Secara membingungkan, 10,4% (35/338) pekerja babi dan 4,4% (10/230) dari populasi umum adalah positif (titer ≥ 1:40) untuk virus G4 SW / SD / 1207/16. Dalam analisis multivariabel, setelah disesuaikan untuk perancu, pekerja babi memiliki rasio odds yang meningkat (aOR = 2,60, 95% CI [1,24 hingga 5,45], P= 0,012) dibandingkan dengan kelompok populasi umum. Setelah mengendalikan kemungkinan reaktivitas silang dengan virus pdm / 09, rasio odds tetap meningkat (aOR = 2,25, 95% CI [1,05 hingga 4,83], P = 0,038) ( Tabel 1 ). Tercatat bahwa pekerja babi di 4 dari 15 peternakan seropositif lebih dari 15% terhadap virus G4 SW / SD / 1207/16 ( Lampiran SI , Tabel S7 ). Sebaliknya, 6,5% (22/338) pekerja babi dan 2,2% (5/230) dari populasi umum adalah positif untuk virus G1 SW / HN / 08/11, tanpa perbedaan yang signifikan secara statistik ( P = 0,068) antara dua kelompok setelah mengendalikan kemungkinan reaktivitas silang dengan virus pdm / 09 ( Tabel 1). Selain itu, kelompok pekerja babi dan populasi umum adalah 38,8% (131/338) dan 31,7% (73/230) seropositif, masing-masing, untuk pdm / 09 virus H1N1 A / Michigan / 45/2015 ( P = 0,082). Hasil ini menunjukkan bahwa virus EA H1N1 reassortant G4 yang lazim pada babi lebih menular ke manusia daripada virus pendahulunya G1.

Tabel 1.

Tingkat seropositif virus influenza pada pekerja babi (SW) dan populasi rumah tangga biasa (CHP)

Kami lebih lanjut menyelidiki hubungan tahun pengumpulan usia, usia, atau jenis kelamin dengan seroprevalensi virus G4 EA H1N1 reassortant. Dalam kelompok pekerja babi, tingkat seropositif virus G4 EA H1N1 masing-masing adalah 6,7%, 11,7%, dan 11,7% dari tahun 2016, 2017, dan 2018 ( Lampiran SI , Tabel S8 ). Perlu dicatat bahwa peserta yang berusia 18 tahun hingga 35 tahun memiliki tingkat seropositif 20,5% (9/44) terhadap virus G4 EA H1N1 SW / SD / 1207/16, yang memiliki rasio odds yang meningkat (OR = 3,2, 95% CI [1,3 hingga 7,7], P <0 a="" dengan="" dibandingkan="" href="https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=id&prev=search&pto=aue&rurl=translate.google.com&sl=en&sp=nmt4&u=https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1921186117/-/DCSupplemental&usg=ALkJrhiGUFZNaYasB67HSGTz-EQkDJzjqw" kelompok="" lainnya="" nbsp="" target="_blank" umur="">Lampiran SI , Tabel S8

 ). Untuk faktor gender, tidak ada perbedaan yang signifikan secara statistik dalam seroprevalensi virus yang diuji menurut jenis kelamin yang diamati ( P> 0,05). Hasil ini menunjukkan bahwa pekerja babi dewasa muda membawa risiko infeksi yang lebih tinggi dengan virus EA H1N1 reassortant G4.

Diskusi

Babi dapat secara mandiri memfasilitasi asal-usul strain IAV pandemik manusia ( 2 , 7 ). Dengan demikian, pemantauan sistematis terus menerus dan penilaian potensi risiko virus influenza yang muncul pada babi diperlukan untuk peringatan dini pandemi di masa depan ( 28). Dalam penelitian ini, berdasarkan pengawasan IAV yang luas pada babi dari tahun 2011 hingga 2018, kami mengidentifikasi dan mengkarakterisasi SIV reassortant dominan (G4) yang berasal dari reassortment EA sebelumnya, pdm / 09, dan virus TR. Virus G4 H1N1 mampu mengikat SAα2,6Gal-linked reseptor mirip manusia, bereplikasi dengan baik di sel epitel saluran napas manusia, dan ditransmisikan dengan aerosol di antara musang; mereka secara antigen berbeda dari virus pdm / 09 H1N1. Yang menjadi perhatian adalah bahwa pengawasan serologis menunjukkan virus EA H1N1 G4 reasortan menunjukkan peningkatan infektivitas pada manusia, terutama untuk orang dewasa muda yang terpapar pada babi, yang meningkatkan peluang adaptasi virus pada manusia.

Virus EA H1N1 telah beredar pada babi di Eropa dan Asia selama beberapa dekade ( 29 ⇓ - 31 ). Pada tahun 2001, virus EA ditemukan di Hong Kong dan secara bertahap menjadi dominan di Cina daratan ( 9 ⇓ - 11 ). Di sini, kami juga menemukan bahwa virus "murni" EA H1N1 dari G1 dominan dalam populasi babi dari 2011 hingga 2013. Namun, sejak 2014, G4 dan G5 virus EA H1N1 yang diganti secara bertahap menggantikan virus EA H1N1 prototipikal, dan, saat ini, G4 virus adalah genotipe dominan tunggal yang beredar di Cina. Pengawasan dari babi ternak dengan gejala pernapasan telah menunjukkan bahwa tingkat isolasi meningkat tajam setelah 2014, dan meningkat dari tahun ke tahun ( Lampiran SI , Gambar. S2). Yang lain juga melaporkan infeksi virus EA H1N1 reassortant seperti G4 pada babi ternak ( 16 , 18 ). Ciri khas virus G4 adalah bahwa gen vRNP dan M berasal dari virus pdm / 09, dan gen NS berasal dari virus TR, menunjukkan bahwa konstelasi gen ini memiliki keunggulan kompetitif yang berbeda pada babi. Semua bukti ini menunjukkan bahwa virus G4 EA H1N1 merupakan masalah yang berkembang di peternakan babi, dan meluasnya sirkulasi virus G4 pada babi secara tak terelakkan meningkatkan paparannya terhadap manusia. Sejauh ini, total lima kasus manusia dari infeksi SIV seperti EA telah dilaporkan di Cina ( 21 ⇓ - 23 , 32 , 33). Tiga kasus pertama adalah anak-anak di bawah usia 3 tahun, tetapi dua kasus terbaru, yang dilaporkan pada tahun 2016 dan 2019, masing-masing berusia 46 dan 9 tahun. Analisis genetik menunjukkan bahwa dua kasus terakhir disebabkan oleh virus EA H1N1 mirip G4. Survei epidemiologis menemukan bahwa kedua pasien memiliki tetangga yang memelihara babi, menunjukkan bahwa virus G4 EA dapat menularkan dari babi ke manusia, dan menyebabkan infeksi parah dan bahkan kematian ( 22 , 23 ). Oleh karena itu, perlu untuk memperkuat upaya surveilans virus E4 G4 di antara populasi babi dan manusia.

Pandemi terjadi ketika IAV dengan antigen permukaan HA baru siap melakukan penularan dari manusia ke manusia. Genotipe G4 dari SIVs reassortant, diidentifikasi dalam penelitian ini, memiliki semua ciri penting dari virus pandemi kandidat. Virus G4 memiliki antigenisitas yang berbeda dari virus influenza manusia saat ini. Mirip dengan virus pdm / 09, virus G4 secara istimewa mengikat reseptor SAα2,6Gal mirip manusia dan mentransmisikan secara efektif dalam model ferret. Virus G4 juga menunjukkan peningkatan patogenisitas, berdasarkan penelitian ferret saat ini dan laporan lain pada tikus ( 18 , 34 , 35). Investigasi serologis terbatas menemukan bahwa populasi umum, yang memiliki sedikit kesempatan untuk menghubungi babi, tidak memiliki antibodi terhadap virus G4, tetapi populasi dewasa yang terpapar babi menunjukkan peningkatan seroprevalensi (10,4%, 35/338), yang selanjutnya mendukung hipotesis kami tentang virus G4 penularan dari babi ke manusia. Sangat mengkhawatirkan bahwa infeksi manusia pada virus G4 akan semakin meningkatkan adaptasi manusia dan meningkatkan risiko pandemi manusia.

Singkatnya, virus G4 EA H1N1 memiliki semua ciri penting menjadi sangat beradaptasi untuk menginfeksi manusia. Mengontrol virus G4 EA H1N1 yang menyerang babi dan memonitor populasi babi yang bekerja harus segera diimplementasikan.

BAHAN DAN METODE

Semua penelitian hewan telah disetujui oleh Asosiasi Sains dan Teknologi Beijing (ID persetujuan SYXK, Beijing, 2007-0023) dan dilakukan sesuai dengan pedoman Kesejahteraan dan Etika Hewan Laboratorium Beijing, sebagaimana dikeluarkan oleh Komite Administrasi Beijing Hewan Laboratorium, dan sesuai dengan pedoman Komite Perawatan dan Penggunaan Hewan Institut Pertanian China (CAU) (ID: SKLAB-B-2010-003) yang disetujui oleh Komite Kesejahteraan Hewan CAU. Semua percobaan dengan virus hidup dilakukan di fasilitas level 2 biosafety di CAU.

Metode terperinci untuk penelitian ini disediakan dalam Lampiran SI .

Ketersediaan Data.

Urutan yang dihasilkan dalam penelitian ini telah disimpan dalam database GenBank (nomor akses tercantum dalam Lampiran SI , Tabel S3 ).

Referesi

1.     ↵

1.      Y. Kawaoka, 

2.     S. Krauss, 

3.     R. G. Webster

, Avian-to-human transmission of the PB1 gene of influenza A viruses in the 1957 and 1968 pandemics. J. Virol. 63, 4603–4608 (1989).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

2.     ↵

1.      G. J. Smith et al.

, Origins and evolutionary genomics of the 2009 swine-origin H1N1 influenza A epidemic. Nature 459, 1122–1125 (2009).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

3.     ↵

1.      W. Ma, 

2.     R. E. Kahn, 

3.     J. A. Richt

, The pig as a mixing vessel for influenza viruses: Human and veterinary implications. J. Mol. Genet. Med. 3, 158–166 (2008).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

4.     ↵

1.      T. Ito et al.

, Molecular basis for the generation in pigs of influenza A viruses with pandemic potential. J. Virol. 72, 7367–7373 (1998).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

5.     ↵

1.      Y. Shi, 

2.     Y. Wu, 

3.     W. Zhang, 

4.     J. Qi, 

5.     G. F. Gao

, Enabling the “host jump”: Structural determinants of receptor-binding specificity in influenza A viruses. Nat. Rev. Microbiol. 12, 822–831 (2014).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

6.     ↵

1.      F. S. Dawood et al.; Novel Swine-Origin Influenza A (H1N1) Virus Investigation Team

, Emergence of a novel swine-origin influenza A (H1N1) virus in humans. N. Engl. J. Med. 360, 2605–2615 (2009).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

7.     ↵

1.      R. J. Garten et al.

, Antigenic and genetic characteristics of swine-origin 2009 A(H1N1) influenza viruses circulating in humans. Science 325, 197–201 (2009).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

8.     ↵

1.      Y. Guan et al.

, The emergence of pandemic influenza viruses. Protein Cell 1, 9–13 (2010).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

9.     ↵

1.      D. Vijaykrishna et al.

, Long-term evolution and transmission dynamics of swine influenza A virus. Nature 473, 519–522 (2011).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

10.            ↵

1.      H. Yang et al.

, Prevalence, genetics, and transmissibility in ferrets of Eurasian avian-like H1N1 swine influenza viruses. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 113, 392–397 (2016).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

11.            ↵

1.      J. Liu et al.

, Emergence of European avian influenza virus-like H1N1 swine influenza A viruses in China. J. Clin. Microbiol. 47, 2643–2646 (2009).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

12.            ↵

1.      H. M. Weingartl et al.

, Genetic and pathobiologic characterization of pandemic H1N1 2009 influenza viruses from a naturally infected swine herd. J. Virol. 84, 2245–2256 (2010).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

13.            ↵

1.      A. Pereda et al.

, Pandemic (H1N1) 2009 outbreak on pig farm, Argentina. Emerg. Infect. Dis. 16, 304–307 (2010).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

14.            ↵

1.      H. Liang et al.

, Expansion of genotypic diversity and establishment of 2009 H1N1 pandemic-origin internal genes in pigs in China. J. Virol. 88, 10864–10874 (2014).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

15.            ↵

1.      H. Zhu et al.

, Novel reassortment of Eurasian avian-like and pandemic/2009 influenza viruses in swine: Infectious potential for humans. J. Virol. 85, 10432–10439 (2011).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

16.            ↵

1.      P. He et al.

, Novel triple-reassortant influenza viruses in pigs, Guangxi, China. Emerg. Microbes Infect. 7, 85 (2018).

Google Scholar

17.            ↵

1.      Y.-F. Sun et al.

, Novel triple-reassortant H1N1 swine influenza viruses in pigs in Tianjin, Northern China. Vet. Microbiol. 183, 85–91 (2016).

Google Scholar

18.            ↵

1.      Z. Cao et al.

, Continuous evolution of influenza A viruses of swine from 2013 to 2015 in Guangdong, China. PLoS One 14, e0217607 (2019).

Google Scholar

19.            ↵

1.      S. J. Watson et al.; ESNIP3 Consortium

, Molecular epidemiology and evolution of influenza viruses circulating within European swine between 2009 and 2013. J. Virol. 89, 9920–9931 (2015).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

20.            ↵

1.      D. Vijaykrishna et al.

, Reassortment of pandemic H1N1/2009 influenza A virus in swine. Science 328, 1529 (2010).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

21.            ↵

1.      W. Zhu et al.

, Reassortant Eurasian avian-like influenza A(H1N1) virus from a severely ill child, Hunan province, China, 2015. Emerg. Infect. Dis. 22, 1930–1936 (2016).

CrossRefGoogle Scholar

22.            ↵

1.      J.-F. Xie et al.

, Emergence of Eurasian avian-like swine influenza A (H1N1) virus from an adult case in Fujian province, China. Virol. Sin. 33, 282–286 (2018).

Google Scholar

23.            ↵

1.      X. Li et al.

, Human infection with a novel reassortant Eurasian-avian lineage swine H1N1 virus in northern China. Emerg. Microbes Infect. 8, 1535–1545 (2019).

Google Scholar

24.            ↵

1.      T. K. Anderson et al.

, A phylogeny-based global nomenclature system and automated annotation tool for H1 hemagglutinin genes from swine influenza A viruses. MSphere 1, e00275-16 (2016).

Google Scholar

25.            ↵

1.      R. J. Connor, 

2.     Y. Kawaoka, 

3.     R. G. Webster, 

4.     J. C. Paulson

, Receptor specificity in human, avian, and equine H2 and H3 influenza virus isolates. Virology 205, 17–23 (1994).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

26.            ↵

1.      M. Matrosovich et al.

, Early alterations of the receptor-binding properties of H1, H2, and H3 avian influenza virus hemagglutinins after their introduction into mammals. J. Virol. 74, 8502–8512 (2000).

Abstract/FREE Full TextGoogle Scholar

27.            ↵

1.      J. A. Maher, 

2.     J. DeStefano

, The ferret: An animal model to study influenza virus. Lab Anim. (NY) 33, 50–53 (2004).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

28.            ↵

1.      X.-H. Song et al.

, Serological surveillance of influenza A virus infection in swine populations in Fujian province, China: No evidence of naturally occurring H5N1 infection in pigs. Zoonoses Public Health 57, 291–298 (2010).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

29.            ↵

1.      M. Pensaert, 

2.     K. Ottis, 

3.     J. Vandeputte, 

4.     M. M. Kaplan, 

5.     P. A. Bachmann

, Evidence for the natural transmission of influenza A virus from wild ducks to swine and its potential importance for man. Bull. World Health Organ. 59, 75–78 (1981).

PubMedGoogle Scholar

30.            ↵

1.      C. Scholtissek, 

2.     H. Bürger, 

3.     P. A. Bachmann, 

4.     C. Hannoun

, Genetic relatedness of hemagglutinins of the H1 subtype of influenza A viruses isolated from swine and birds. Virology 129, 521–523 (1983).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

31.            ↵

1.      A. Krumbholz et al.

, Origin of the European avian-like swine influenza viruses. J. Gen. Virol. 95, 2372–2376 (2014).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

32.            ↵

1.      D.-Y. Wang et al.

, Human infection with Eurasian avian-like influenza A(H1N1) virus, China. Emerg. Infect. Dis. 19, 1709–1711 (2013).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

33.            ↵

1.      X. Qi et al.

, Antigenic and genetic characterization of a European avian-like H1N1 swine influenza virus from a boy in China in 2011. Arch. Virol. 158, 39–53 (2013).

CrossRefPubMedGoogle Scholar

34.            ↵

1.      G. Wang et al.

, Characterization of swine-origin H1N1 canine influenza viruses. Emerg. Microbes Infect. 8, 1017–1026 (2019).

Google Scholar

35.            ↵

1.      J. A. Pulit-Penaloza, 

2.     J. A. Belser, 

3.     T. M. Tumpey, 

4.     T. R. Maines

, Mammalian pathogenicity and transmissibility of a reassortant Eurasian avian-like A(H1N1v) influenza virus associated with human infection in China (2015). Virology 537, 31–35 (2019).

Sumber

Honglei Sun, Yihong Xiao,  View ORCID ProfileJiyu Liu, Dayan Wang, Fangtao Li, Chenxi Wang, Chong Li, Junda Zhu, Jingwei Song, Haoran Sun,  View ORCID ProfileZhimin Jiang, Litao Liu, Xin Zhang, Kai Wei, Dongjun Hou, Juan Pu, Yipeng Sun, Qi Tong, Yuhai Bi, Kin-Chow Chang, Sidang Liu,  View ORCID ProfileGeorge F. Gao, and Jinhua Liu.  2020.  Prevalent Eurasian avian-like H1N1 swine influenza virus with 2009 pandemic viral genes facilitating human infection.  PNAS first published June 29, 2020 https://doi.org/10.1073/pnas.1921186117.