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북미 대륙간 확산 후 A(H5N1) 인플루엔자 바이러스의 급속한 진화
Nature Communications 14권, 기사 번호: 3082(2023) 이 기사 인용
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계통군 2.3.4.4b의 고병원성 조류 인플루엔자 A(H5N1) 바이러스는 2021년 아시아, 유럽, 아프리카 전역의 야생 조류와 가금류 사이에서 폭발적인 지리적 확장을 겪었습니다. 2021년 말까지 북미에서는 2.3.4.4b개의 바이러스가 발견되었으며, 이는 대륙간 확산이 더욱 심화되었음을 의미합니다. 여기에서 우리는 계통군 2.3.4.4b의 서쪽 이동이 북미 야생 조류에서 순환하는 바이러스의 재분류로 빠르게 이어져 리보핵산단백질 유전자의 다양한 조합이 획득되었음을 보여줍니다. 이러한 재배열체 A(H5N1) 바이러스는 유전형 및 표현형이 다양하며, 많은 바이러스가 포유동물에서 심각한 신경학적 침범을 동반하는 심각한 질병을 유발합니다. 현재 A(H5N1) 2.3.4.4b 바이러스 계통의 중추신경계를 재배열하고 표적으로 삼는 경향은 대륙 내에서 바이러스의 확산과 진화에 맞서 싸우고 잠재적인 인플루엔자 대유행의 영향을 완화하기 위한 공동 계획을 보장합니다. 유사한 A(H5N1) 재배열체에서 유래합니다.
1996년 중국 남부에서 고병원성 A/Goose/Guangdong/1/1996(GsGD) A(H5N1) 인플루엔자 바이러스가 발견된 것은 지리적 확장과 수축을 특징으로 하는 25년 간의 바이러스 진화에 앞서 상당한 경제적 손실과 수십억 마리의 가금류 개체수 감소1. 시간이 지남에 따라 GsGD H5 계통의 바이러스는 여러 가지 일시적이고 계통발생적으로 구별되는 헤마글루티닌(HA) 클레이드2로 진화했습니다. 바이러스 재분류에 의해 유발된 유전자형 전환은 일반적으로 산발적으로 발생했지만 이러한 사건은 다양한 뉴라미니다제(NA), 가장 일반적으로 N1, N6 또는 N8을 보유하는 A(H5Nx) 바이러스를 생성하는 계통군 2.3.4.4에서 빈도가 증가하면서 발생했습니다. GsGD H5 계통의 지리적 확산은 역동적이지만, 계통군 2.3.4.4b 바이러스는 2020년 이후 지속적으로 확장되었습니다. 2022년 2월 이전 4개월 동안 아시아, 유럽 및 아프리카의 30개 국가 또는 영토에서 이 바이러스가 발견되었다고 보고했습니다. 새들의 무리3. 이러한 2.3.4.4b 발병의 대부분은 A(H5N1) 바이러스에 의해 발생했지만, 인간 감염과 관련된 중국의 A(H5N6) 발병은 예외입니다. 주목할 만한 점은 계통 2.3.4.4h의 A(H5N6) 바이러스가 이전에 중국 가금류에서 가장 지배적인 계통이었으며 인간 감염도 유발했다는 것입니다4.
2021년 12월 캐나다 동부 지역의 가금류와 갈매기에서 A(H5N1) 바이러스가 발견되었습니다. 원인이 되는 바이러스는 그 해 봄에 유럽에서 확인된 2.3.4.4b 바이러스와 밀접한 관련이 있었습니다5. GsGD H5 계열 바이러스가 아메리카 대륙의 조류에서 발견된 것은 이번이 두 번째였습니다. 첫 번째 발생은 감염된 새가 베링 해협을 건너 태평양 이동 경로로 진입한 2014년이었습니다. 2021년 뉴펀들랜드에서 처음 발견된 후, 감염된 야생 조류가 미국 남대서양 주6와 그 이후 곧 미국의 다른 여러 지역에서 보고되었습니다. 이 연구의 목적은 2.3.4.4b 바이러스가 북미(NAm) 전역에 퍼지면서 유전적 및 표현형 진화 과정을 이해하는 것이었습니다. 우리는 서쪽으로의 대륙간 2.3.4.4b 확장으로 인해 NAm 야생 조류 바이러스가 재분류되어 다양한 리보핵단백질 유전자 혼합물을 갖는 재분류체가 생성되었음을 입증합니다. 생성된 바이러스는 증가된 바이러스 복제 속도 및 활성화 pH를 포함하여 뚜렷한 시험관 내 표현형을 가지지만 가장 우려되는 점은 포유류 동물 모델에서 극적인 신경학적 관련으로 심각한 질병 결과를 유발한다는 것입니다.
우리는 먼저 조류와 포유류에서 두 가지 초기 분리균의 병원성 및 전염 특성을 결정하기 위해 위험 평가를 수행했습니다. A/American wigeon/South Carolina/22-000345-001/2021(Wigeon/SC/21) 및 A/bald Eagle/Florida/W22-134-OP/2022(Eagle/FL/22)는 2021년 12월에 수집되었으며, 각각 2022년 2월(표 1). 처음에는 흰 레그혼 닭과 흰족제비가 사용되었는데, 둘 다 다양한 인플루엔자 바이러스에 감염되기 쉬우며 인플루엔자 위험 평가 파이프라인(IRAT, TIPRA)7, 8 중에서 중요한 동물 모델입니다. 흰족제비 전염을 조사했습니다. 순진한 닭을 접종된 새와 동일한 우리에 넣고 흰족제비를 접종된 닭으로부터 12인치 떨어진 별도의 우리에 보관했습니다(보충 그림 1A). 두 바이러스 모두 접종된 닭에서는 강력하게 복제되었지만 순진한 접촉 닭에게는 비효율적으로 전염되었습니다(보충 그림 1B). Wigeon/SC/21 또는 Eagle/FL/22를 직접 접종한 닭(바이러스당 n = 3)은 접종 후 48시간(hpi) 이내에 사망했습니다. Wigeon/SC/21 접종 닭과 짝을 이룬 접촉 닭 12마리 중 2마리는 바이러스를 배출하고 4 또는 7dpi에서 안락사 종점을 충족했으며, 추가로 배출되지 않은 접촉 2마리는 4 또는 10dpi에서 사망했습니다. Eagle/FL/22 접종 닭과 짝을 이룬 접촉 닭 12마리 중 3마리는 바이러스를 방출하고 접종 후 3~4일(dpi)에 안락사 종료점을 충족했습니다. 살아남은 네 번째 새에서 바이러스가 일시적으로 검출되었습니다 (보충 그림 1B). 감염된 닭에서 순진한 흰족제비로의 에어로졸 전염은 발견되지 않았으며(보조 그림 1C), 이는 조류-포유류 경계면에서의 전염 위험이 여전히 낮다는 것을 나타냅니다. 다음으로 우리는 접종된 흰족제비를 순진한 흰족제비와 동일한 케이지에 배치하여 흰족제비 간 접촉 전파를 평가했습니다. 접종된 흰족제비에서 순진한 직접 접촉 흰족제비로 바이러스가 전염되지 않았습니다(그림 1A 및 보충 표 4). 놀랍게도 두 바이러스 사이에는 직접 접종된 흰족제비의 질병 심각도에 극적인 차이가 있었습니다. 최근 보고에 따르면9, Wigeon/SC/21 감염으로 인해 경미한 질병이 발생했고 흰족제비는 살아남았습니다(그림 1B). Wigeon/SC/21 접종된 흰족제비 3마리 중 하나만 체중 감소를 보였고(그림 1C), 상부 호흡기관 바이러스 배출은 5 또는 7(n = 1 흰족제비) dpi까지 감지되었습니다(그림 1D). 대조적으로, Eagle/FL/22 접종은 빠른 체중 감소(그림 1C), 무기력 및 운동실조 및 뒷다리 마비를 포함한 심각한 신경학적 증상을 초래했습니다(보충 표 4). 7dpi까지 모든 Eagle/FL/22 접종된 흰족제비는 인도적 종말점에 도달했습니다(그림 1B).