Deteksi Virus Influenza Zoonosis dan Influenza Hewan yang Resistan
terhadap Oseltamivir Menggunakan Tes Resistensi Antiviral Influenza Cepat
RINGKASAN
Mutasi pada neuraminidase (NA) virus influenza yang
menyebabkan berkurangnya kerentanan terhadap NAI inhibitor (NAI) oseltamivir
dapat terjadi secara alami atau setelah pengobatan antivirus. Saat ini, deteksi
menggunakan uji penghambatan NA tradisional atau pengurutan gen untuk
mengidentifikasi penanda yang diketahui terkait dengan pengurangan penghambatan
oleh oseltamivir. Kedua metode itu melelahkan dan membutuhkan personel
terlatih. Influenza antiviral resistance
test (iART), sistem prototipe yang dikembangkan oleh Becton, Dickinson and
Company hanya untuk penggunaan penelitian, menawarkan metode cepat dan
sederhana untuk mengidentifikasi virus semacam itu. Studi ini menyelidiki
penerapan iART pada virus influenza A yang diisolasi dari inang non-manusia
dengan berbagai subtipe NA (N1-N9).
1. INTRODUKSI
Virus zoonosis dan influenza hewan A merupakan ancaman yang
signifikan bagi kesehatan masyarakat; mereka dapat menyebabkan penyakit parah
pada manusia dengan sedikit perlindungan yang diberikan oleh vaksinasi musiman
karena perbedaan antigenik.[1] NAI secara rutin digunakan untuk mengobati
individu yang terinfeksi virus influenza, terlepas dari subtipenya, dan
oseltamivir adalah terapi anti-influenza yang paling sering diresepkan.
Resistensi antivirus dapat muncul di alam atau setelah pengobatan dengan NAI
melalui perubahan permukaan antigen NA yang mempengaruhi pengikatan neuraminidase inhibitor (NAI). Perubahan
tersebut dapat menyebabkan resistensi terhadap satu atau lebih NAI.[2]
Sementara analisis urutan gen NA sering digunakan untuk
menyaring virus untuk penanda resistensi yang sudah ada, analisis genetik tidak
dapat mengidentifikasi virus yang membawa penanda molekuler baru, atau menilai
tingkat kerentanan yang berkurang. Dengan demikian, uji NAI fenotipik biasanya
digunakan untuk menilai kerentanan virus terhadap NAI.[3] Dalam uji ini, virus diencerkan ke tingkat
aktivitas NA yang ditargetkan dan diuji terhadap NAI yang diencerkan secara
serial untuk menentukan IC50, konsentrasi obat yang diperlukan untuk
menghambat 50% dari aktivitas NA.
Untuk melaporkan hasil virus influenza A
musiman, perubahan lipatan virus uji dihitung dengan membandingkan nilai IC50
referensi, baik median spesifik subtipe atau IC50 virus kontrol yang
tidak memiliki perubahan NA.[4] Namun,
pendekatan ini tidak dapat dengan mudah diterapkan untuk pengujian dan
pelaporan kerentanan virus influenza non-musiman terhadap NAI karena kesulitan
memperoleh dan menguji sejumlah besar dari setiap subtipe yang berbeda dan
berbagai garis keturunan genetik dalam setiap subtipe. Selain itu, hasil NAI memerlukan
interpretasi yang hati-hati, karena korelasi laboratorium dari resistensi yang
relevan secara klinis belum ditetapkan, kecuali untuk virus yang membawa N1 NA
dengan substitusi H275Y.[5] Infeksi yang
disebabkan oleh virus yang menunjukkan fenotipe penghambatan berkurang (RI)
atau fenotipe penghambatan sangat berkurang (HRI) mungkin lebih sulit
dikendalikan dengan intervensi terapeutik, yang dapat menyebabkan penyakit
berkepanjangan dan pelepasan virus.[6]
Tes sederhana dan cepat yang dapat digunakan oleh laboratorium
surveilans, dan dalam pengaturan klinis diperlukan untuk mendeteksi virus
dengan kerentanan yang berkurang terhadap NAI. Seperti dilaporkan sebelumnya,
prototipe tes resistensi antiviral influenza (iART), yang dikembangkan oleh BD Technologies (BARDA Contract
HHSO100201300008C), mampu mendeteksi secara fenotip virus influenza musiman
yang menampilkan RI/HRI oleh oseltamivir.[7] Pengujian ini membandingkan aktivitas sialidase
spesifik influenza (NA) dengan dan tanpa konsentrasi obat tunggal, hanya membutuhkan
1 jam, dan tidak memerlukan pelatihan ekstensif untuk melakukannya. Di sini,
kami menyajikan temuan serupa untuk virus influenza manusia zoonosis dan
influenza hewan.
2. PERBANDINGAN iART
DENGAN NAI ASSAY
Untuk memverifikasi kemampuan iART untuk secara efisien mendeteksi
aktivitas enzimatik NA dan penghambatan oleh oseltamivir dari berbagai subtipe
(N1 hingga N9), telah dilakukan pengujian terhadap berbagai virus influenza manusia
zoonosis dan influenza hewan. Pengujian ini
dilakukan termasuk terhaap virus (n = 45) yang diisolasi dari burung liar,
unggas, kucing domestik, dan infeksi manusia zoonosis yang disebarkan dalam sel
MDCK atau telur ayam yang dibuahi (Tabel 1). Analisis sekuens NA tidak
mengidentifikasi penanda resistansi terhadap oseltamivir yang diketahui atau
dicurigai (Tabel S1). Virus diuji menggunakan uji NAI dan iART berbasis
fluoresensi, seperti yang dijelaskan sebelumnya.[4] Semua isolat virus ditemukan rentan terhadap
penghambatan oleh oseltamivir dalam uji iART (faktor-R ≤0,70). Dalam uji NAI,
semua nilai IC50 yang dihitung berada dalam rentang
nanomolar/subnanomolar; beberapa perbedaan antara subtipe diamati, seperti yang
diharapkan, dengan nilai IC50 terbesar diamati untuk virus N8 dan
terendah untuk virus N2 (Tabel 1). Median IC50 untuk semua subtipe
(dihitung menggunakan IC50 rata-rata untuk setiap subtipe)
ditentukan menjadi 0,48 nmol/L (Tabel S2).
Menggunakan median IC50, perubahan kelipatan
dihitung untuk setiap isolat. Seperti yang diharapkan, semua virus yang diuji
ditentukan secara normal dihambat (NI) oleh oseltamivir, dan, oleh karena itu,
rentan terhadap obat ini, sesuai dengan kriteria yang diterapkan oleh Kelompok
Kerja Ahli tentang Kerentanan Antiviral untuk Sistem Pengawasan dan Respon
Influenza Global WHO [5] (peningkatan <10 kali lipat dibandingkan dengan
median IC50). Data dari uji standar emas NAI menunjukkan korelasi
yang baik dengan hasil yang diperoleh dengan menggunakan iART, memverifikasi
kemampuan tes untuk mendeteksi aktivitas enzim NA dan penghambatan oleh
oseltamivir untuk virus influenza non-musiman.
Tabel 1. Virus Influenza zoonosis dan Avian Influenza subtipe
N1-N9 neuraminidase (NA) dan aktivitas NA inhibitor (NAI)
a. Posisi substitusi asam amino NA ditunjukkan menggunakan
penomoran lurus dan penomoran subtipe N2.
b. Diuji menggunakan uji NAI berbasis fluoresensi standar
Pusat Pengendalian dan Pencegahan AS. Rata-rata dan standar deviasi (SD) dari
setidaknya tiga percobaan independen ditampilkan; perubahan kelipatan
menunjukkan peningkatan kelipatan nilai IC50 dari uji protein NA
rekombinan dibandingkan dengan nilai IC50 protein NA
A/Shanghai/2/2013.
c. Kriteria untuk menginterpretasikan hasil uji NAI
berdasarkan peningkatan kelipatan nilai IC50 dari uji NA
dibandingkan dengan protein NA tipe liar A/Shanghai/2/2013 Nilai IC50: inhibisi
normal (NI) <10 kali lipat, inhibisi berkurang ( RI) 10 hingga 100 kali
lipat, dan penghambatan sangat berkurang (HRI) >100 kali lipat.
d. Faktor-R: rasio intensitas sinyal chemiluminescent yang
dihasilkan oleh aktivitas NA virus pada substrat dengan dan tanpa inhibitor
(yaitu, oseltamivir karboksilat). Rata-rata dan standar deviasi faktor-R dari
tiga percobaan independen. Interpretasi faktor-R berdasarkan cutoff yang telah
ditentukan sebelumnya untuk influenza A (resistensi ≥0,70).
Untuk memverifikasi bahwa iART dapat mendeteksi penurunan
kerentanan terhadap oseltamivir dari virus unggas dan zoonosis, sembilan isolat
virus dengan substitusi asam amino NA yang diketahui memengaruhi kerentanan
oseltamivir diuji dengan uji NAI dan iART (Tabel 2). Nilai IC50 yang
dihitung dibandingkan dengan virus kontrol yang tidak memiliki substitusi NA,
serta nilai median IC50 yang dihitung di atas. Perhitungan perubahan
lipatan IC50 median diperlukan ketika virus tipe liar yang cocok
tidak tersedia atau virus dengan urutan NA yang tidak diketahui diuji. Metode
perubahan kelipatan tidak mengubah interpretasi delapan dari sembilan virus
(Tabel 2).
Satu isolat (Tabel 2, klon 1 A/Vietnam/HN30408/2005)
diinterpretasikan memiliki RI menggunakan perubahan kelipatan yang ditentukan
dengan virus kontrol IC50, penghambatan normal (NI) menggunakan
perubahan lipatan yang ditentukan dengan median IC50, dan R -faktor
yang berada di bawah ambang batas yang ditetapkan sebelumnya sebesar 0,70 (0,57).
Dua virus (Tabel 2, A/Ohio/88/2012 dan A/Taiwan/1/2013 clone 3) diuji sebagai
RI oleh NAI dengan faktor R di iART mendekati ambang batas (0,62, 0,66). Enam
virus lain yang memiliki fenotipe RI atau HRI dengan uji NAI menunjukkan
faktor-R di atas ambang batas ≥0,70 dalam uji iART.
Tabel 2. Virus zoonosis dan flu burung A dengan substitusi
neuraminidase (NA) memberikan (sangat) pengurangan penghambatan oleh
oseltamivir
a. Posisi substitusi asam amino NA ditunjukkan menggunakan
penomoran lurus dan penomoran subtipe N2.
b. Diuji menggunakan uji NAI berbasis fluoresensi standar
Pusat Pengendalian dan Pencegahan AS. Rata-rata dan standar deviasi (SD) dari
setidaknya tiga percobaan independen ditampilkan; perubahan lipatan menunjukkan
peningkatan lipat nilai IC50 dari virus uji dibandingkan dengan
nilai IC50 virus kontrol (untuk virus yang tidak memiliki substitusi
asam amino) dan menggunakan median IC50 dari semua subtipe.
c. Kriteria untuk menginterpretasikan hasil uji NAI
berdasarkan peningkatan IC50 kali lipat dibandingkan dengan virus
kontrol/nilai median IC50: penghambatan normal (NI) <10 kali
lipat, penghambatan berkurang (RI) 10 hingga 100 kali lipat, dan penghambatan
sangat berkurang (HRI) >100 kali lipat.
d. Faktor-R: rasio intensitas sinyal chemiluminescent yang
dihasilkan oleh aktivitas NA virus dengan dan tanpa inhibitor (yaitu,
oseltamivir karboksilat). Interpretasi faktor-R berdasarkan cutoff yang telah
ditentukan sebelumnya untuk influenza A (resistensi ≥0,70).
Berbagai faktor-R diamati, yang berkorelasi dengan rentang
perbedaan lipatan yang ditentukan oleh uji NAI (Gambar S1). Virus dengan faktor
R tertinggi (yaitu >4,0) juga diidentifikasi memiliki HRI dengan uji NAI.
Virus dengan RI atau nilai perubahan lipat mendekati batas 10 kali lipat
memiliki faktor R mendekati ambang 0,70. Hasil ini menunjukkan bahwa setiap
virus yang dilaporkan resisten dengan iART akan memiliki RI/HRI dengan NAI. Virus
yang tidak resisten, terutama yang memiliki faktor R tinggi, juga menunjukkan
beberapa penghambatan yang berkurang oleh oseltamivir. Dengan pengujian lebih
lanjut dan penyempurnaan ambang faktor R, iART mungkin dapat membedakan antara
virus RI dan HRI di masa mendatang. Sebagai alternatif, setiap spesimen dengan
faktor R di atas 0,50 dapat ditandai untuk analisis urutan dan pengujian
tambahan dalam pengujian NAI. Tak satu pun dari virus tipe liar yang
ditunjukkan pada Tabel 1 atau virus musiman yang dilaporkan sebelumnya akan
ditandai sebagai berpotensi mengurangi kerentanan menggunakan ambang batas yang
lebih rendah untuk virus tipe A.[7]
3. PROTEIN N9
REKOMBINAN DENGAN PENANDA RI/HRI YANG DIKETAHUI OLEH OSELTAMIVIR
Substitusi asam amino yang diketahui mengurangi kerentanan
terhadap oseltamivir E119V, I222K/R, H274Y, R292K, dan R371K (penomoran N2)
telah terdeteksi pada virus NA A(H7N9) yang diisolasi dari manusia.8 Selain
itu, I222T terdeteksi pada Virus A(H7N9) diisolasi dari primata non-manusia
setelah pengobatan oseltamivir.9 Untuk menentukan apakah iART mampu
mengidentifikasi NA dengan perubahan ini sebagai resisten terhadap oseltamivir,
masing-masing protein rekombinan N9 (rN9) dihasilkan menggunakan A/Shanghai/
2/2013 NA sebagai tulang punggung, seperti yang dijelaskan sebelumnya.10
Penggunaan protein rekombinan memungkinkan pengujian perubahan asam amino yang
mengurangi aktivitas enzimatik selain mengurangi kerentanan terhadap NAI,
termasuk R292K (R289K dalam penomoran lurus N9), yang paling sering
diidentifikasi Perubahan NA terdeteksi pada kasus manusia H7N9. Faktor-R dari
protein rN9 yang membawa substitusi E119V, I222K/R, H274Y, R292K, atau R371K
mengkategorikannya sebagai resisten terhadap oseltamivir dan berkorelasi dengan
hasil uji NAI (Tabel 3).
Kisaran faktor-R juga berkorelasi dengan kisaran nilai IC50
(Gambar S1); semua rN9 dengan faktor-R di atas 2,0 diidentifikasi memiliki HRI
dengan uji NAI. Protein rN9 dengan I222T diidentifikasi sebagai tidak resisten
oleh iART. Dalam uji NAI, perubahan lipatan yang diberikan oleh substitusi ini
berada di bawah ambang batas 10, yang selanjutnya menegaskan korelasi antara
kedua uji tersebut.
Tabel 3. Protein neuraminidase (NA) rekombinan
A/Shanghai/2/2013 (H7N9) dengan substitusi yang memberikan penghambatan
(sangat) berkurang oleh oseltamivir
a. Posisi substitusi asam amino NA ditunjukkan menggunakan
penomoran lurus dan penomoran subtipe N2.
b. Diuji menggunakan uji NAI berbasis fluoresensi standar
Pusat Pengendalian dan Pencegahan AS. Rata-rata dan standar deviasi (SD) dari
setidaknya tiga percobaan independen ditampilkan; perubahan lipatan menunjukkan
peningkatan lipat nilai IC50 dari uji protein NA rekombinan
dibandingkan dengan nilai IC50 protein NA A/Shanghai/2/2013.
c. Kriteria untuk menginterpretasikan hasil uji NAI
berdasarkan peningkatan lipat nilai IC50 dari uji NA dibandingkan dengan protein
NA tipe liar A/Shanghai/2/2013 Nilai IC50: inhibisi normal (NI)
<10 kali lipat, inhibisi tereduksi (RI ) 10 hingga 100 kali lipat, dan
penghambatan sangat berkurang (HRI) >100 kali lipat.
d. R-faktor: rasio intensitas sinyal chemiluminescent yang
dihasilkan oleh aktivitas NA virus pada substrat dengan dan tanpa inhibitor
(yaitu, karboksilat oseltamivir). Rata-rata dan standar deviasi faktor-R dari
tiga percobaan independen. Interpretasi faktor-R berdasarkan cutoff yang telah
ditentukan sebelumnya untuk influenza A (resistensi ≥0,70).
4. UJI IART VS NAI DI
BAWAH KONDISI PH RENDAH (PH 5.3 VS 6.8)
Seperti disebutkan di atas, R292K adalah penanda NA yang
paling sering dilaporkan pada pasien yang diobati dengan oseltamivir yang
terinfeksi virus A(H7N9). Selain itu, perubahan ini juga dikenal untuk
mengurangi aktivitas enzimatik, membuat deteksi resistensi obat menjadi sulit
menggunakan uji NAI standar karena aktivitas yang tidak mencukupi untuk
pengujian atau aktivitas masking resistensi tipe liar.11 Sebelumnya dilaporkan
bahwa deteksi virus R292K dapat dilakukan ditingkatkan dengan pengujian NAI
pada pH asam.12 Untuk mengkonfirmasi temuan ini, pengujian dilakukan pada
isolat A(H7N9) flu burung yang sangat patogen, A/Taiwan/1/2017, yang mengandung
substitusi R292K.
Pada pH standar 6,8, uji NAI tidak dapat menguji isolat virus
ini karena aktivitas NA di bawah ambang batas yang diperlukan untuk pengujian
(Tabel 4). Namun, pada pH 5,3, virus ini memiliki aktivitas NA yang cukup dan
menampilkan fenotipe HRI. Khususnya, iART mampu mendeteksi resistansi yang
disebabkan oleh R292K, tanpa mengubah kondisi pH pengujian. Kami sebelumnya
menunjukkan bahwa spesimen klinis dapat diuji secara langsung oleh iART, bahkan
ketika aktivitas NA tidak cukup untuk pengujian oleh NAI. Hasil ini
mengkonfirmasi dan memperluas temuan tersebut dan menyarankan sensitivitas iART
yang lebih besar untuk mendeteksi resistensi pada virus NA aktivitas rendah.
Tabel 4. Hasil uji resistensi antiviral influenza (IART) vs
uji uji NAI pada pH rendah (pH 5,3)
a. N/A: Tidak tersedia karena tingkat aktivitas enzim NA
tidak mencukupi untuk pengujian.
b. Kriteria pelaporan hasil uji NAI berdasarkan peningkatan kelipatan
nilai IC50 virus uji dibandingkan dengan nilai IC50 virus kontrol
tanpa substitusi R292K: inhibisi normal (NI) <10 kali lipat, inhibisi
tereduksi (RI) 10 hingga 100 kali lipat, dan penghambatan sangat berkurang
(HRI) >100 kali lipat.
c. Faktor-R: rasio intensitas sinyal chemiluminescent yang
dihasilkan oleh aktivitas NA virus pada substrat dengan dan tanpa inhibitor
(yaitu, oseltamivir karboksilat). Rata-rata dan standar deviasi faktor-R dari
tiga percobaan independen. Interpretasi faktor-R berdasarkan cutoff yang telah
ditentukan sebelumnya untuk influenza A (resistensi ≥0,70).
Tes resistensi antivirus influenza adalah uji fenotipik yang
cepat dan sensitif untuk mendeteksi virus influenza dengan penghambatan yang
dikurangi oleh oseltamivir. Tidak seperti metode berbasis urutan, iART
memberikan data fenotipik yang berharga untuk identifikasi virus yang membawa
penanda molekuler yang diketahui dan tidak diketahui terkait dengan penurunan
kerentanan.
Ketika virus subtipe hewan dan zoonosis baru muncul, sangat
penting untuk menentukan fenotipe obatnya dengan cepat sehingga otoritas
kesehatan masyarakat dan dokter dapat menilai pilihan pengobatan dengan lebih
baik. iART saat ini tidak tersedia secara komersial, meskipun pengujian spesifik
influenza lainnya (QFlu Combo Test oleh Cellex) menggunakan prinsip deteksi
resistansi oseltamivir yang serupa. Ketersediaan iART di masa depan bergantung
pada permintaan tes perawatan untuk mendeteksi resistensi antivirus.
Meskipun uji NAI merupakan standar emas terus menjadi uji
pilihan untuk laboratorium surveilans, uji ini tidak praktis dan membutuhkan
personel yang sangat terlatih. iART menyediakan alternatif, metode sederhana
untuk mendeteksi virus yang resistan terhadap oseltamivir menggunakan perangkat
kecil dan portabel dengan perangkat lunak bawaan untuk interpretasi data. Virus
yang terdeteksi oleh iART dengan faktor R yang tinggi dapat ditandai untuk
analisis genetik dan evaluasi fenotipik yang komprehensif. Desain dan kemudahan
penggunaan ini memungkinkan pengujian kerentanan oseltamivir di lokasi yang
saat ini tidak dapat melakukan pengujian NAI.
DAFTAR PUSTAKA
1. Blanton
L, Wentworth DE, Alab N, et al. Update: influenza activity—United States and
Worldwide, May 21–September 23, 2017. Morb Mortal Wkly Rep. 2017; 6: 1043-1051.
2. Marjuki
H, Mishin VP, Chesnokov AP, et al. Characterization of drug-resistant influenza
A(H7N9) variants isolated from an oseltamivir-treated patient in Taiwan. J
Infect Dis. 2015; 211(2): 249-257.
3. Okomo-Adhiambo
M, Mishin VP, Sleeman K, et al. Standardizing the influenza neuraminidase
inhibition assay among United States public health laboratories conducting
virological surveillance. Antiviral Res. 2016; 128: 28-35.
4. Meetings
of the WHO working group on surveillance of influenza antiviral susceptibility
– Geneva, November 2011 and June 2012. Wkly Epidemiol Rec. 2012; 87(39):
369-374.
5. Nguyen
HT, Trujillo AA, Sheu TG, et al. Analysis of influenza viruses from patients
clinically suspected of infection with an oseltamivir resistant virus during
the 2009 pandemic in the United States. Antiviral Res. 2012; 93(3): 381-386.
6. Li
TC, Chan MC, Lee N. Clinical implications of antiviral resistance in influenza.
Viruses. 2015; 7(9): 4929-4944.
7. Gubareva
LV, Fallows E, Mishin VP, et al. Monitoring influenza virus susceptibility to
oseltamivir using a new rapid assay, iART. Eurosurveillance. 2017; 22(18):
30529.
8. Marjuki
H, Mishin VP, Chesnokov AP, et al. Neuraminidase mutations conferring
resistance to oseltamivir in influenza A(H7N9) viruses. J Virol. 2015; 89(10):
5419-5426.
9. Itoh
Y, Shichinohe S, Nakayama M, et al. Emergence of H7N9 influenza A virus
resistant to neuraminidase inhibitors in nonhuman primates. Antimicrob Agents
Chemother. 2015; 59(8): 4962-4973.
10 Gubareva LV, Sleeman K, Guo Z, et al.
Drug susceptibility evaluation of an influenza A(H7N9) virus by analyzing
recombinant neuraminidase proteins. J Infect Dis. 2017; 216 (suppl_4):
S566-S574.
11Gubareva LV, Robinson MJ, Bethell RC,
Webster RG. Catalytic and framework mutations in the neuraminidase active site
of influenza viruses that are resistant to 4-guanidino-Neu5Ac2en. J Virol.
1997; 71(5): 3385.
12.Sleeman K, Guo Z, Barnes J, Shaw M,
Stevens J, Gubareva LV. R292K substitution and drug susceptibility of influenza
A(H7N9) viruses. Emerg Infect Dis. 2013; 19(9): 1521-1524.
SUMBER:
Erin N. Hodges, Vasiliy P. Mishin, Juan De la Cruz, Zhu Guo, Ha T. Nguyen, Eric Fallows, James Stevens, David E. Wentworth, Charles Todd Davis, Larisa V. Gubareva. 2019. Detection of oseltamivir-resistant zoonotic and
animal influenza A viruses using the rapid influenza antiviral resistance test.
https;//doi.org/10.1111/irv.12661.