THE INVARIANT PATTERNS OF THE INTERNAL PROTEINS OF PANDEMIC INFLUENZA VIRUSES

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of the study was to find molecular recognition characteristics of pandemic strains of influenza A viruses and to find out whether avian strains are the probable cause of a new influenza pandemic. Computer analysis of the internal proteins (nucleoprotein, matrix protein M1 and M2 proteins polymerase complex PB1, PB2 and PA, non-structural protein NS2; because of the variability of the length the non-structural NS1 protein was excluded from the analysis) of influenza A virus pandemics in 1918 (H1N1), 1957 (H2N2), 1968 (H3N2), 1977 (H1N1) and 2009 (H1N1) strains was used for search of the invariant pattern primary structure. It was revealed that internal proteins of pandemic strains are characterized by the constancy of the number and positions of certain amino acids and the presence of extended invariant fragments. On the basis of these identified patterns of invariances in internal proteins it was possible to accurately identify pandemic strains in the control sample. Pandemic strains, divided by decades in their emergence and different composition of subtypes of hemagglutinin and neuraminidase (H1, H2, H3 and N1, N2), have strong relationship for their internal proteins, forming a special subset. This suggests that emergence of influenza A virus pandemic strains is related to convergence of their internal proteins to the detected pandemic invariants. To identify pandemic invariant patterns is enough to have the training set including strains of four pandemics (1918, 1957, 1968, 1977). Therefore the 2009–2010 pandemic influenza strain could be predicted at the earliest stage according to its genome and proteome sequencing. According to a comparative analysis, the internal proteins of avian strains H5N1 and H7N9, particularly their nucleoproteins, are not close to those of pandemic strains. This suggests that the threat of a new influenza pandemic, provoked by current circulating avian strains, is unlikely. Invariant patterns of pandemic strains can potentially be used to track pre-pandemic strains among circulating influenza A viruses and detect the formation of a possible trajectory of pandemic alert. 

About the authors

E. P. Kharchenko

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russian Federation

Author for correspondence.
Email: neuro.children@mail.ru

PhD, MD (Biology), Senior Researcher, Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation

References

  1. Киселев О.И. Геном пандемического вируса гриппа A/H1N1V-2009. СПб.–М.: Компания «Димитрейд График Групп», 2011. 163 с. [Kiselev O.I. Genom pandemicheskogo virusa grippa A/H1N1V-2009 [The genome of pandemic influenza viruis A/ H1N1V-2009]. St. Petersburg–Moscow: Dimitrade Grafic Group, 2011. 163 p.]
  2. Харченко Е.П. Иммуноэпитопный континуум белков и возможные его проявления // Российский иммунологический журнал. 2013. T. 7, № 16. C. 179–180 [Kharchenko E.P. Immune epitope continuum of the proteins and possible its applications. Rossiiskii immunologicheskii zhurnal = Russian Immunological Journal, 2013, vol. 7, no. 16, pp. 179–180. (In Russ.)]
  3. Bortz E., Westera L., Maamary J., Steel J., Albrecht R.A., Manicassamy B., Chase G., Martínez-Sobrido L., Schwemmle M., García-Sastre A. Hostand strain-specific regulation of influenza virus polymerase activity by interacting cellular proteins. MBio, 2011, vol. 2, no. 4, doi: 10.1128/mBio.00151-11
  4. Fouchier R.A.M., Kawaoka Y., Cardona C., Compans R.W., Garcí a-Sastre A., Govorkova E.A., Guan Y., Herfst S., Orenstein W.A., Peiris J.S., Perez D.R., Richt J.A., Russell C., Schultz-Cherry S.L., Smith D.J., Steel J., Tompkins S.M., Topham D.J., Treanor J.J., Tripp R.A., Webby R.J., Webster R.G. Gain-of-function experiments on H7N9. Science, 2013, vol. 341, pp. 612–613. doi: 10.1126/science.341.6146.612
  5. Herfst S., Schrauwen E.J.A., Linster M., Chutinimitkul S., de Wit E., Munster V.J., Sorrell E.M., Bestebroer T.M., Burke D.F., Smith D.J., Rimmelzwaan G.F., Osterhaus A.D., Fouchier R.A. Airborne transmission of influenza A/H5N1 virus between ferrets. Science, 2012, vol. 336, pp. 1534–1541. doi: 10.1126/science.1213362
  6. Imai M., Watanabe T., Hatta M., Das S.C., Ozawa M., Shinya K., Zhong G., Hanson A., Katsura H., Watanabe S., Li C., Kawakami E., Yamada S., Kiso M., Suzuki Y., Maher E.A., Neumann G., Kawaoka Y. Experimental adaptation of an influenza H5 haemagglutinin (HA) confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets. Nature, 2012, vol. 486, no. 7403, pp. 420–428. doi: 10.1038/nature10831
  7. Morens D.M. Editorial commentary: pandemic H5N1: receding risk or coming catastrophe? Clin. Infect. Dis., 2013, vol. 56, no. 9, pp. 1213–1215. doi: 10.1093/cid/cit051
  8. Morens D.M., Taubenberger J.K., Fauci A.S. H7N9 avian influenza A virus and the perpetual challenge of potential human pandemicity. MBio, 2013, vol. 4, no. 4. doi: 10.1128/mBio.00445-13
  9. Morens D.M., Taubenberger J.K. Pandemic influenza: certain uncertainties. Rev. Med. Virol., 2011, vol. 21, pp. 262–284. doi: 10.1002/rmv.689
  10. Morens D.M., Taubenberger J.K., Fauci A.S. Pandemic influenza viruses — hoping for the road not taken. N. Engl. J. Med., 2013, vol. 368, no. 25, pp. 2345–2348. doi: 10.1056/NEJMp1307009
  11. Russell R.J., Gamblin S.J., Haire L.F., Stevens D.J., Xiao B., Ha Y., Skehel J.J. H1 and H7 influenza haemagglutinin structures extend a structural classification of haemagglutinin subtypes. Virology, 2004, vol. 325, no. 2, pp. 287–296. doi: 10.1016/j.virol.2004.04.040
  12. Taubenberger J.K., Hultin J.V., Morens D.M. Discovery and characterization of the 1918 pandemic influenza virus in historical context. Antivir. Ther., 2007, vol. 12, no. 4, pp. 581–591.
  13. Taubenberger J.K., Baltimore D., Doherty P.C., Markel H., Morens D.M., Webster R.G., Wilson I.A. Reconstruction of the 1918 influenza virus: unexpected rewards from the past. MBio, 2012, vol. 3, no. 5. doi: 10.1128/mBio.00201-12
  14. Taubenberger J.K., Morens D.M. Influenza: the once and future pandemic. Public Health Rep., 2010, vol. 125 (suppl. 3), pp. 16–26.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Kharchenko E.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».