1. はじめに
豚流行性下痢症 (PED) は、豚流行性下痢ウイルス (PEDV) によって引き起こされる重篤で伝染性の高い豚の腸疾患で、水様性下痢と極度の脱水症状を引き起こします。注目すべきことに、PEDVは、乳酸原性免疫を持たない新生児子豚の死亡率を最大100％引き起こす可能性がある [1,2,3]。 PEDV は、ポジティブセンスのエンベロープ構造を持つコロナウイルス科の一本鎖 RNA ウイルスです。 [4]。 PEDV のゲノムは長さ約 28 kb で、2 つのレプリカーゼ ポリタンパク質、すなわちオープン リーディング フレーム (ORF) 1a と ORF1b が含まれています。 4 つの構造タンパク質、すなわちスパイク (S)、エンベロープ (E)、膜 (M)、およびヌクレオカプシド (N) タンパク質。 ORF3によってコードされる1つのアクセサリータンパク質 [4].PEDV は、コード化された各遺伝子 (ORF1a、ORF1b、ORF3、または N) に基づいて分類でき、通常は S 遺伝子が系統解析と分類の基礎として使用されます。 [4]。 S タンパク質の遺伝的多様性に基づいて、PEDV は 2 つの異なるグループ、つまり古典的 G1 グループと変異型 G2 グループに分類できます。 [4,5]。一般に、G1 グループはサブグループ、つまり最初に同定された古典的 G1a グループ (CV777、SM98、および毒性 DR13) と G1b グループ (JS2008、SM-D、および JS-2/2015) で構成され、G2 グループは変異サブグループ G2a (GD-1、AJ1102、および PEDV JS-A) と G2b で構成されます。 (AH2012、GD-B、および GDS25) [6]。現在の分類によれば、古典的な G1a および G1b サブグループは INDEL 命名法に含まれていますが、G2 グループは通常、非 INDEL とみなされます。 [5]。 S-INDEL グループには、2013 年に米国で出現した S 遺伝子の欠失と挿入が含まれており、現在は G1c (OH851、USA/Ioa106/2013、および MYZ-1/JPN/2013) サブグループとして分類されています。 [5,7]。さらに、G2c (PEDV-LYG、GDS21、NH-TA2020) および G2d (CH/SCMY/2018、GS2022、および HNJZ-27) サブグループが 2015 年から 2023 年に報告されました。 [6,8,9]コロナウイルスのSタンパク質は、抗体の産生、受容体との相互作用、ウイルス膜と細胞膜の融合において重要な役割を果たします。 [10]。 S タンパク質の細胞外ドメインは S1 サブユニットと S2 サブユニットで構成され、S1 はさらに N 末端ドメインと C 末端ドメイン (S1-NTD および S1-CTD) で構成されます。 [11]。 PEDV の S1-CTD は、ウイルス侵入時にアミノペプチダーゼ N (APN) と相互作用することが示唆されています。 [12]。しかし、最近の研究では、PEDV 受容体としての APN の機能的役割にはさらなる検証が必要であり、別の侵入経路が存在する可能性があることが示されています。したがって、APN は PEDV の決定的な受容体ではなく、推定上の受容体であると考えられるべきです。 [12]。 S2 領域は、ウイルスエンベロープと宿主細胞膜の融合を開始する際に重要な役割を果たします。 [11]。注目すべきことに、最近の系統発生学的アプローチは、サブグループベースの分類からクラスターまたは系統に基づくより洗練された分析に移行しており、ウイルスの進化と疫学を理解するための解像度が向上しています。この系統に基づく分類により、各変異体の遺伝的関係と循環している PEDV サブグループの伝播パターンについてのより深い洞察が得られ、より的を絞ったワクチン開発と疾病管理戦略が促進されます。 [13].PEDV は、1970 年代後半に英国とベルギーで最初に報告され、その後多くのヨーロッパ諸国で発生が報告されました。アジアでは、PEDV は 1983 年に日本で初めて発見されました。それ以来、中国はPEDVの進化のホットスポットとなり、ウイルスは韓国とタイの養豚場で広く検出されている [14,15,16]。 PED はこれらの国の大部分で蔓延していますが、以前の研究では、養豚産業に対する PED の影響が 2010 年まで大きくならなかったことが示唆されています。 [17]。さらに、研究によると、当時の韓国では PED の毒性が比較的低く、養豚経営への悪影響は最小限に抑えられていたことが示されています。 [10,18]変異型 PEDV の流行は 2010 年に始まり、米国で最初に報告された症例は 2013 年 4 月に発生し、その後ウイルスは全米に急速に広がりました。 [19]。米国およびアジアのさまざまな国での発生はすぐに報告され、乳を飲んでいる子豚の死亡率は 100% にも達しました。 2013年末以来、G2bに分類されるPEDVの新たな高病原性変異株が、重度の下痢を引き起こし、韓国の子豚の高い死亡率と関連していることが示されている。 [20,21]。 2013 年から 2017 年にかけて、メキシコで S-INDEL PEDV サブグループが出現しました。 [22]。 2014 年から 2016 年にかけて、G2a および S-INDEL サブグループがコロンビアで蔓延しました。 [23]。ヨーロッパの株の中では、ドイツ、イタリア、ポルトガルで散発的な症例が報告されており、2015年にポルトガルで確認された流行も含まれています。 [24]。 2018年から2019年にかけて、COE中和エピトープの変異を伴うPEDV抗体（G2bサブグループ）がベトナムで検出されました。 [25].PEDV は依然として世界的に蔓延しており、変異がよく観察されています。韓国では、S遺伝子の欠失や挿入を含む遺伝的変異が2022年までサブグループで一貫して確認されている [26]。ヨーロッパの状況に関しては、アジアに比べて発生は散発的ですが、最近の概観により、ヨーロッパで流行しているPEDVの現在の疫学的状況と系統学的特徴が明らかになりました。 [2]。さらに、包括的なレビューは、PEDV がもたらす現在進行中の世界的脅威を強調し、その分子進化と地理的広がりについて議論しています。 [27]現在、G2b サブグループは韓国で流行している PEDV の主な流行遺伝子型を表しており、不活化または弱毒化 G2b 由来製剤を含む従来のワクチンプラットフォームが引き続き疾病制御の主要手段となっています。世界中で複数の変異体が出現しているが、韓国で行われた系統解析では主に循環サブグループを 4 つの主要なサブグループ (G1a、G1b、G2a、および G2b) に分類しており、新たな遺伝子型の多様性についてはさらに調査されていません。 [26,28,29]。対照的に、隣国の中国は、G1c、G1d、G2c、G2d サブグループを含む組換え PEDV 変異株を監視するための監視枠組みを拡大しており、一部の韓国分離株は G2c クラスターに再分類されています。 [6,30]。
このような組換えサブグループの出現は、これまでの国境を越えたウイルス導入で観察されたパターンを反映しており、韓国に潜在的なリスクをもたらしている。このことは、新規変異種に対する有効性が依然として不透明なG2bベースのワクチンへの継続的な依存に関して重大な疑問を提起している。したがって、韓国におけるPEDVの進化の軌跡を再評価し、将来のワクチン設計に情報を提供するために、包括的な分子調査が緊急に必要とされている。この研究では、バイオインフォマティクスのアプローチを使用して、以前にG2bと指定されていたPEDVサブグループの遺伝子型分類を再評価し、それらが現在の分類パラダイムではまだ説明されていない分岐系統または新興系統を表すかどうかを判断することを目的としました。
4. ディスカッション
この研究では、韓国で分離された PEDV サブグループを、世界的に出現しているサブグループと比較して調査しました。 G1a、G1b、G2a、および G2b を含む以前の参照サブグループを使用して構築された系統樹により、韓国からのすべての PEDV 分離株が G2b サブグループとして分類されることが明らかになりました。ただし、この論文では、G1c、G1d、G2c、および G2d サブグループが含まれる場合、韓国の PEDV 分離株は PEDV の独立した G2e サブグループに分類されました (図1）。この研究では、この異なるクラスターを暫定的に「G2e」サブグループとして指定します。この命名法は、確立された G2a ～ G2d サブグループとは系統発生的に異なる韓国の新興組換え分離株を分類するために提案されており、それによって現在の世界的な分類枠組みを拡張します。韓国で分離されたサンプルサブグループは G2 組換えサブグループとして分類され、精製された系統樹で 6 つのクラスターを形成しました。 PEDV の G2e サブグループとして分類された分離株が潜在的な組換えを示すかどうかを調べるために、CNU-22S11 との類似性分析を実施しました。類似性解析の結果、GD-1株、CHN-SC2021株と比較して配列の先頭位置では高い類似性が示されたが、CH/HNBR/01/2021株と比較すると中間位置では逆のパターンが観察された。これは、サンプリングされたサブグループ間での潜在的な組換えイベントの可能性を示します。次に、組換え検出プログラムを用いて組換えの可能性を確認しました。データは、G2a サブグループに属する GD-1 株を副親として、G1d サブグループに属する CH/HNBR/01/2021 株を主親として、組み換えの可能性を示しています。分析されたサンプルサブグループは一貫した傾向を示し、以前はG2bとして特定されていた韓国からのPEDV分離株が組換え変異体を示す可能性があるという仮説を支持する証拠を提供しました。PEDV変異体が発生し続けるにつれて、PEDV分類はますます複雑かつ多様になってきています。組換え変異体の発生は中国で頻繁に報告されている [6]。豚コロナウイルスの国境を越えた伝播の歴史的な前例を考慮すると、これらの高病原性変異株が近隣諸国に広がり、この地域での新たな流行の出現を引き起こす可能性がある潜在的なリスクが存在します。 [31]。したがって、このような高リスク変異体の出現を予測および監視するには、継続的な分子監視と改良された分類システムが不可欠です。したがって、サブグループの包括的な調査と分類の枠組みは、高病原性ウイルスの感染経路を正確に予測し監視するために重要です。S タンパク質は、宿主が中和抗体を作成するよう誘発する可能性があります。 PEDV S 遺伝子では 6 つの中和エピトープ領域が同定されており、これには N 末端ドメイン S10 領域 (aa 19 ～ 220) が含まれます。 [37]、S1A (aa 435–485) [38]、コラゲナーゼ等価ドメイン (COE) (aa 435–485) [39]、SS2 (aa 748 – 755)、SS6 (aa 764 – 771) [40]、および C 末端エピトープ 2C10 (aa 1368–1374) [41]。重要なことに、我々の RDP5 分析により、S タンパク質のアミノ酸位置 500 ～ 1042 にわたる主要な組換えイベントが特定されました。この領域には、重要な中和エピトープ、特に COE ドメインと SS6 エピトープが含まれています。これは、G2e サブグループの出現が、単に点突然変異の蓄積によってではなく、組換えを介したこれらの重要な抗原決定基の交換によって引き起こされたことを示唆しています。これらの発見は、CNU-22S11を含む韓国で分離されたサブグループが修飾されたSタンパク質を有しており、これまでに分類されたG2a、G2c、およびG2bサブグループのものとは同一ではないことを示唆しています。これは、G2bベースのワクチンの適用にもかかわらず、韓国でPEDVが継続的に発生していることに関連している可能性がありますが、さらなる研究が必要です。
系統解析および組換え解析に加えて、抗原性の特徴のさらなる研究が必要です。詳細な残基ごとのエピトープマッピングは完全には解明されていないが、前述の組換え事象によって引き起こされるS1ドメインで観察された遺伝的多様性は、これらの変異体が古典的なG2bサブグループと比較して変化した抗原特性を有する可能性があることを示唆している。さらに、サブグループ CNU-22S11 および CNU-22S07 では、予測される N 結合型グリコシル化部位が変化しており、免疫認識に影響を与える可能性があります。これらの発見は、集合的に、韓国の新興サブグループにおける抗原変動が現在のG2bベースのワクチンの抗原性に影響を与える可能性があることを示しています。
この研究のデータは、現在韓国で流行している PEDV サブグループを正確に分類するのに貴重です。これらの発見は、PEDV に対する将来のワクチン株選択戦略に情報を提供する可能性がある基礎データを提供します。
この研究の限界は、2021年から2022年の期間の韓国分離株58株のみが分析されたことである。これらのシーケンスは最近の流行を表していますが、韓国における PEDV の進化のダイナミクスを完全には反映していない可能性があります。初期の期間 (2020 年以前) とより最近のサンプル (2023 ～ 2025 年) からの分離株を組み込むと、ウイルス進化のより包括的な概要が得られるでしょう。今後の研究には、結論の一般化可能性を高めるために、より広範な時間データセットが含まれる必要があります。
我々の分析は、PEDV サブグループの G2e サブグループが G2b 由来ワクチンによって誘発される免疫応答を回避している可能性があることを示唆していますが、これは仮説のままです。この研究では中和アッセイやアミノチャレンジ実験は行われませんでした。それにもかかわらず、以前の研究では、COE および SS6 エピトープの変異に関連する免疫回避が報告されています。 [39,40]。したがって、実験による検証が必要ではあるものの、免疫回避の可能性を考慮する必要があります。
#スパイク遺伝子解析に基づく韓国における豚流行性下痢ウイルス株の再分類および組換え解析