Genetyczna różnorodność HIV

1
Genetyczna różnorodność HIV
Jedną z głównych cech charakterystycznych dla ludzkich wirusów upośledzenia odporności jest ich niezwykła
zmienność genetyczna. Jest ona wynikiem dużej ilości błędów popełnianych przez odwrotną transkryptazę podczas
przepisywania materiału genetycznego z wirusowego RNA na DNA, a także szybkiej wymiany wirusów w organizmie osoby
zakażonej 1 , 2 , 3 .
Pierwsze
próby
klasyfikacji
sekwencji
HIV-1
polegały
na
podzieleniu
ich
na
szczepy
europejskie/północnoamerykańskie i afrykańskie 4 . Wraz z poznawaniem nowych sekwencji wirusów pochodzących z różnych
regionów geograficznych okazało się, że taki podział jest zbyt zawężony. Początkowo analizowano fragmenty sekwencji genów
env oraz gag, obecnie dostępne są informacje o pełnych genomach coraz większej ilości wirusów izolowanych w różnych
stronach świata. Ich analiza filogenetyczna wykazała, iż HIV-1 można podzielić przynajmniej na trzy różne grupy:
•
M (od angielskiego major lub mainstream),
•
O (od angielskiego outlier lub outgroup) oraz
•
N (nie- M i nie- O, lub nowy) 5 .
Grupa M, główna, obejmuje większość szczepów HIV-1 powodujących epidemię AIDS na świecie.
Wirusy grupy O wykazują tylko 50% podobieństwa do izolatów grupy M w obrębie genu env, znajdowano je dotąd
przede wszystkim w Kamerunie i krajach ościennych 6 , 7 . Infekcję HIV-1 grupy O potwierdzono u norweskiego marynarza, który
zmarł w roku 1976 8 .
Wirusy grupy N znaleziono dotąd w niewielu przypadkach 9 .
W grupie głównej M wyodrębniono 9 podtypów wirusa: A – D, F – H, J i K. Podtypy różnią się między sobą sekwencją
aminokwasów env w 25 – 47%, zaś zmienność gag wewnątrz podtypu wynosi 20 - 24%5. Podtyp opisywany początkowo jako I
okazał się być szczepem rekombinowanym, składającym się z trzech podtypów wirusa 10 , szczepem rekombinowanym okazał się
także podtyp określany wcześniej jako E.
Prototypowy szczep północno-amerykański / europejski, został określony jako „B”5.
Podtyp F podzielony został dalej na pod-podtypy F1, F2 i F3, jednak po późniejszej analizie F3 został nazwany „K” 11 .
Wykazano, iż także w obrębie podtypu A wyodrębnić można pod-podtypy A1 i A2 12 .
Grupy i podtypy HIV-1 różnią się geografią występowania.
Wśród krążących w świecie podtypów HIV-1 najczęstszym jest subtyp C 13 .
W Europie, Australii oraz Ameryce Północnej i Południowej dominuje podtyp B, pojawiają się także inne podtypy
należące do grupy M oraz szczepy należące do grupy O, natomiast w południowo wschodniej Azji i w Indiach rozpowszechnia się
szybko podtyp C. Podtyp D występuje w Afryce Środkowej i Wschodniej, F w Ameryce Południowej, G w Afryce Zachodniej i
Ho DD, Neumann AU, Perelson AS i wsp. Rapid turnover of plasma virions and CD4 lymphocytes in HIV-1 infection. Nature 1995;123-26.
Mansky LM, Temin HM. Lower in vivo mutation rate of human immunodeficiency virus type 1 than that predicted from the fidelity of purified reverse
transcriptase. J Virol 1995;5:244-52.
3 Preston BD, Poiesz BJ, Loeb LA. Fidelity of HIV-1 reverse transcriptase. Science 1998;242:1168-71.
4 Li W-H, Tanimura M, Sharp PM. Rates and dates of divergence between AIDS virus nucleotide sequences. Mol Biol Evol 1988;5513-30.
5 Robertson DL, Anderson JP, Brada JA i wsp. HIV-w1 nomenclature proposal. Science 2000;288:55-6.
6 Charneau P, Borman AM, D. Quillent D i wsp. Isolation and envelope sequence of a highly divergent HIV-1 isolate: definition of a new HIV-1 group. Virology
1994;205:247-253
7 Gürtler LG, Hauser PH, Berle J i wsp. A new subtype of human immunodeficiency virus type 1 (MVP-1850) from Cameroon. J Virol 1994;68:1581-5.
8 Jonassen TO, Stebene-Johansen K, Berg ES i wsp. Sequence analysis of HIV-1 group O from Norwegian patients infected in the 1960s. Virology 1997;231:43-7.
9 Simon F, Mauclere P, Roques P i wsp. Identification of a new human immunodeficiency virus type 1 distinct from group M and group O. Nat Med
1998;4:1032-1037
10 An isolate of human immunodeficiency virus type 1 originally classified as subtype I represents a complex mosaic comprising three different group M subtypes
(A, G, and I). J Virol 1998;72:10234-41.
11 Triques K, Bourgeois A, Vidal N i wsp. Near full-length genome sequencing of divergent African HIV type subtype F viruses leads to the identification of a
new type HIV type 1 designated K. AIDS Res Hum Retroviruses 2000;16:139:51.
12 Gao F, Vidas N, Li Y i wsp. Evidence of two distinct subtypes within the HIV-1 subtype A radiation. AIDS Res Hum Retroviruses 2001;17:675-88.
13 Rodenburg CM, Li Y, Trask SA i wsp. Near full-length and reference sequences for subtype C isolates of HIV type 1 from three different continents. AIDS Res
Hum Retroviruses 2001;17:1610-8.
1
2
krajowe centrum ds. AIDS
22
Środkowej, a H tylko w Afryce Środkowej. Jeden z pierwszych izolatów podtypu J otrzymano w Szwecji od pacjenta
pochodzącego z Afryki, natomiast podtyp K zidentyfikowano w Kamerunie 14 .
W początkach lat dziewięćdziesiątych zaczęto się zajmować zjawiskiem rekombinacji wśród retrowirusów, a kilka lat
później wykazano jej istnienie wśród wirusów HIV-1 należących do różnych podtypów 15 . Rekombinacje wymagają
równoczesnego zakażenia komórki dwoma różnymi prowirusami, co umożliwia włączenie do wirionu transkryptów RNA
każdego z nich. Po kolejnym zakażeniu nowej komórki odwrotna transkryptaza tworzy nową sekwencję retrowirusowego DNA,
będącego rekombinacją między dwoma genomami rodzicielskimi 16 . Obecnie wiadomo, iż rekombinacja jest względnie częstym
zjawiskiem zachodzącym między różnymi szczepami HIV-110.
Pierwszy przypadek rekombinacji między podtypami BF wirusa zaobserwowano roku 1994 w Brazylii, u dwóch
partnerów seksualnych 17 .
Zaproponowano, by takie wirusy określać jako krążące postacie rekombinowane (ang. circulating recombinant forms
– CRF), których numeracja będzie zgodna z kolejnością identyfikacji (np. CRF01), a dalsza część nazwy zawierać będzie
informacje o wchodzących w ich skład podtypach wirusa (np. CRF01_AE)10. Sklasyfikowano dotąd kilkanaście takich postaci, co
z pewnością nie wyczerpuje ich liczebności.
W roku 1996 analiza pełnych genomów izolatów wirusa krążących w Afryce Środkowej i Tajlandii wskazała, iż jest to
postać rekombinowana, później nazwana CRF01_AE 18 . Występowanie większości krążących postaci rekombinowanych
udokumentowano w epidemiach lokalnych, ograniczonych do pewnych obszarów geograficznych. Na przykład szczepy
CRF03_AB odpowiedzialne są za eksplozję zakażeń HIV wśród osób przyjmujących narkotyki w iniekcjach w Kaliningradzie
(Rosja) 19 . Natomiast CRF01_AE i CRF02_AG powodują dużą ilość zakażeń HIV na całym świecie i odgrywają znaczącą rolę w
globalnej epidemii, przede wszystkim w południowo-wschodniej Azji i Afryce, przenoszone są także na inne kontynenty. W
ocenie rozprzestrzenienia na świecie podtypów HIV-1 w roku 2000 Osmanov i wsp. 20 wykazali, iż krążące postacie
rekombinowane stanowiły w analizowanej próbie ponad 18% szczepów HIV, a wśród nich CRF01_AE (3,6%), CRF02_AG (5,3%)
i CRF03_AB (1,0%). CRF02_AG powoduje około 31% zakażeń w Afryce Zachodniej, CRF01_AE – 63% zakażeń w Azji
Południowo-Wschodniej i 24% w Azji Wschodniej i krajach Pacyfiku15.
W początkach XXI wieku zidentyfikowano CRF12_BF w Argentynie i Urugwaju 21 , a szczep ten i pokrewne mu
rekombinacje stanowią 65% zakażeń w Argentynie, jego obecność stwierdzono też w Boliwii, Chile i Hiszpanii 22 . CRF13_CPX
stwierdzono w Kamerunie 23 , CRF14_BG zidentyfikowano w południowo-zachodniej Hiszpanii (region Galicja), krążący wśród
osób przyjmujących środki odurzające w iniekcjach i będący pierwszą krążącą postacią rekombinowaną HIV, która pojawiła się
w Europie zachodniej 24 .
Zróżnicowanie genotypów wirusa nie jest jednakowe w poszczególnych regionach świata. Uważa się, iż im większa jest
różnorodność genetyczna HIV-1, tym prawdopodobnie dłużej występuje on w danym regionie geograficznym. Największe
zróżnicowanie genotypów HIV-1 stwierdzane jest w Afryce, przede wszystkim w Afryce Środkowej. W badaniach sekwencji env
V3 – V5, przeprowadzanych w roku 1997 przez Vidala i wsp. 25 na terenach Demokratycznej Republiki Konga wykazano, iż wśród
Rocques P, Menu E, Narwa R and the European Network On The Study of in Utero Transmission of HIV-1. An unusual HIV type 1 env sequence embedded
in a mosaic virus from Cameroon: identification of a new env clade. AIDS Res Hum Retroviruses 1999;15:1585-9.
15 Peters M. Recombinant HIV sequences: their role in the global epidemic. W: Human retroviruses and AIDS – 2000. Red. Kuiken C, McCutchan F, Fooley B i
wsp. Theoretical Biology and Biophysics Group. Los Alamos National Laboratory, USA, 2000, pp.I-39-54.
16 Hu WS. Temin HM. Retroviral recombination and reverse transcription. Science 1990;250:1227-33.
17 Sabino EC, Shaper EG, Morgało MG i wsp. Identification of human immunodeficiency virus type 1 envelope genes recombinant between subtypes B and F in
two epidemiologically linked individuals from Brazil. J Virol 1994;68:6340-6.
18 Gao F, Robertson DL, Morrisom SG i wsp. The heterosexual human immunodeficiency virus type epidemic in Thailand is caused by an intersubtype (A/E)
recombinant of African origin. J Virol 1996;70:7013-29.
19 Liitsola K ,. Tashkinova T, Laukkanen K i wsp. HIV-1 genetic subtype A/B recombinant strain causing an explosive epidemic in injecting drug users in
Kaliningrad. AIDS 1998;12:1907-1919
20 Osmanow S, Pattou C, Walker N i wsp., and the WHO-UNAIDS Network for HIV Isolation and Characterization. Estimated global distribution and
regional spread of HIV-1 genetic subtypes in the year 2000. J AIDS 2002;29:184-90.
16 Carr JK, Avila M, Gomez Carillon M i wsp. Diverse BF recombinant form have spread videly since the introduction of HIV-1 into South America. AIDS
20021;15:F41-7.
22 Najera R, Delgado E,Perez-Alvarez L, Thomson MM. Genetic recombination and its role in the development of the HIV-1 pandemic. AIDS 2002;16 (suppl
4):S3-16.
23 Zhang M, Wilbe K, Wolfe ND, Gaschen B, Carr JK, Leitner T HIV type 1 CRF13_cpx revisited: identification of a new sequence from Cameroon and signal for
subsubtype J2. AIDS Res Hum Retroviruses 2005;21:955-60.
24 Thomson MM, Delgado E, Manjon N i wsp. HIV-1 genetic diversity in Galicia, Spain: BG intersubtype recombinant viruses circualating among injecting
drug users. AIDS 2001;15:509-16.
25 Vidal N, Peeters M, Mulanga-Kabeya C i wsp. Unprecedented degree of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) group M genetic diversity in the
Democratic Republic of Congo suggests that the HIV-1 pandemic originated in Central Africa. J Virol 2000;74:10498-507.
14
krajowe centrum ds. AIDS
33
247 przebadanych próbek podtyp A stanowił 69%, podtypy C, D, H i G po 7 – 9%, podtypy F, J, K i CRF01_AE po 2 – 4%, zaś
podtyp B stwierdzono tylko w 1 przypadku. Badania te wskazują, iż epidemia HIV-1 trwa w tym regionie geograficznym wiele lat.
Descamps i wsp. 26 dokonali porównania wrażliwości na leki antyretrowirusowe wirusów należących do grupy O i
podtypu B grupy M. Izotaty z grupy O okazały się w pełni wrażliwe na nukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy, ale 6 z
10 izolatów wykazywało oporność na nienukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy, zaś IC50 dla ritonaviru było wyższe
dla grupy O, niż dla podtypu B z grupy M. Wskazuje to na konieczność dalszych badań nad wrażliwością na leki szczepów HIV
należących do różnych grup i podgrup.
Początkowo sądzono, iż niemożliwe są rekombinacje między grupami M i O, jednakże w roku 1999 udokumentowano
ich istnienie u dwóch różnych pacjentów z Kamerunu 27 , 28 .
Rekombinowane wirusy mogą wykazywać pewną wyższość nad szczepami od których pochodzą. Wykazano już, iż u
pacjentów leczonych lekami antyretrowirusowymi, rekombinacja między szczepami o różnej wrażliwości na leki powoduje
powstanie nowych wariantów o podwójnej oporności na leki 29 . W doświadczeniach in vitro, w których używano mysich i kocich
retrowirusów, wykazano, iż mieszane infekcje mogą generować powstawanie rekombinowanych wirusów o zmienionym
tropizmie tkankowym i patogenności10.
Duża częstość rekombinacji znajdowanych na obszarach, na których krąży wiele postaci genetycznych wirusa
powoduje, iż niekontrolowane używanie leków antyretrowirusowych może zwiększać pojawianie się i rozprzestrzenianie postaci
wirusa opornych na leki, generowanych poprzez rekombinację. Możliwe jest, iż rekombinacje mogą ułatwiać nabywanie mutacji
kompensujących utratę zdolności do szybkiego namnażania się, powodowaną przez mutacje powodujące oporność na leki
antyretrowirusowe17.
Poznanie dużej liczby rekombinowanych wirusów udowadnia, iż współzakażenie różnymi szczepami HIV-1 nie jest tak
rzadkie, jak początkowo sądzono. Podwójne infekcje różnymi podtypami opisywano w regionach, w których krąży równocześnie
wiele wariantów HIV-110.
Większość badań nad przebiegiem zakażenia HIV-1 pochodzi z krajów rozwiniętych, w których dominuje podtyp B. W
badaniach prowadzonych wśród kobiet sprzedających usługi seksualne w Senegalu wykazano obecność zakażeń podtypami A, C,
D i G, a w obserwacjach klinicznych stwierdzono, iż kobiety zakażone podtypami nie-A mają ponad 8-krotnie większe
prawdopodobieństwo postępu infekcji do AIDS, niż zakażone podtypem A 30 . W badaniach kobiet z Kenii potwierdzono
zakażenia HIV-1 należącym do tych samych podtypów, co w Senegalu, przy czym najwyższy poziom wiremii i najniższą liczbę
komórek CD4 stwierdzano u zakażonych podtypem C 31 . Także w badaniach prowadzonych w Ugandzie potwierdzono, iż
zakażenia podtypem A wirusa HIV-1 powoduje wolniejszy postęp zakażenia do AIDS, niż podtypem D 32 . Dane te sugerują, iż
podtypy HIV-1 mogą powodować różny przebieg zakażenia.
Aktualizacje informacji o genetycznym zróżnicowaniu HIV znaleźć można na anglojęzycznej stronie laboratorium z
Los Alamos, USA: www.lanl.gov.
Dorota Rogowska-Szadkowska
wrzesień 2006r.
26 Descamps D, Collin G, Letourneur F i wsp. Susceptibility of human immunodeficiency virus type 1 group O isolates to antiretroviral agents: in vitro
phenotypic and genotypic analyses. J. Virol 1997;71:8893-8898
27 Peters M, Liegeois F, Torimiro N i wsp. Characterization of highly replicative intergroup M/O recombinant HIV-1 virus isolated from a Cameroonian patient.
J Virol 1999;73:7368-75.
28 Takeisha J, Zekeng L, Ido E i wsp. Human immunodeficiency virus type 1 intergroup (M/O) recombination in Cameroon. J Virol 1997;73:6810-12.
29 Moutouh L, Corbeil J, Richman DD. Recombination leads to the rapid emergence of HIV-1 dually resistant mutants under selective drug pressure. Proc Natl
Acad Sci 1996;93:6106-11.
30 Kanki PJ, Hamel DJ, Sankale JL i wsp. Human immunodeficiency virus type 1 subtypes differ in disease progression. J Infect Dis 1999;179:68-73.
31 Neilson JR, John GC, Carr JK i wsp. Subtypes of human immunodeficiency virus type 1 and disease stage among women in Nairobi, Kenya. J Virol
1999;73:4393-403.
32 Kaleebu P, Ross A, Morgan D i wsp. Relationship between HIV-1 Env subtypes A and D and disease progression in a rural Ugandan cohort. AIDS
2001;15:293-9.
krajowe centrum ds. AIDS