CC BY
35
ВИРУС ГРИППАА В ПРИБРЕЖНЫХ БИОЦЕНОЗАХ ЗАПАДНОЙ АРКТИКИ
А.В. Сыроешкин, М.М. Азова
Кафедра биологии и общей генетики Медицинский факультет Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8, Москва, Россия, 117198
Т.В. Гребенникова, Д.С. Аканина
Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского РАМН ул. Гамалеи, 16, Москва, Россия, 123060
М.В. Колесников
Государственный океанографический институт Росгидромета Кропоткинский пер., 6, Москва, Россия, 119034
В.Б. Лапшин
Физический факультет Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Воробьевы горы, Москва, Россия, 119991
В результате экспедиции в Западную Арктику, организованной Государственным океанографическим институтом (ГОИН), на Кольском побережье Баренцева моря обнаружен вирус гриппа А (подтип Н5).
Вирусы гриппа являются представителями семейства Orthomyxoviridae, впервые были выделены от человека в 1933 г. Наибольшее разнообразие представляет вирус гриппа типа А, который классифицируется на подтипы на основании антигенных особенностей молекул поверхностных гликопротеинов: гемагглютинина (НА) и нейраминидазы (NA). На сегодняшний день выделено 15 подтипов гемагглютинина (Н1—Н15) и 9 подтипов нейраминидазы (N1—N9). К вирусам этого типа восприимчивы многие виды животных (домашние и дикие птицы, китообразные, ластоногие, лошади, свиньи). Среди домашних и диких птиц гриппом болеют представители 12 отрядов, но основным резервуаром вирусов являются перелетные водоплавающие птицы. Ежегодно проводимые в России исследования показали, что в среднем 3,5—5,7% птиц оказываются инфицированными различными типами вирусов, хотя в отдельные годы частота встречаемости зараженных птиц может значительно возрастать. Вирусы содержатся в слюне и фекалиях зараженных птиц. Инфицирование осуществляется в основном фекально-оральным путем при контакте птиц с контаминированным материалом [4].
Однако при более детальном рассмотрении природных очагов гриппа интересен вопрос о циркуляции возбудителя в водных экосистемах [1, 2]. Есть данные, согласно которым вирусы гриппа способны длительно сохраняться в воде
(вирион гриппа способен сохраняться в воде, при +22 °С — до месяца, а при +4 °С и ниже — в течение более длительного времени (6—8 месяцев)) [6]. При замерзании водоемов лед становится абиотическим резервуаром вирусов гриппа. При таянии льдов вирусы высвобождаются и заражают возвращающихся с зимовки птиц, обеспечивая, таким образом, реассортацию между вирусами предыдущего года и штаммами, приобретенными во время пребывания птиц на юге, что способствует быстрому распространению реассортантных вариантов вируса [9].
Более того, благодаря исследованиям последних лет установлено, что водная поверхность — мощный источник аэрозолей, играющих значительную роль в переносе загрязнителей в атмосферу. Загрязняющие вещества, попадающие в воду, концентрируются на границах вода—дно и вода—воздух. Обогащение поверхностного микрослоя токсикантами приводит к концентрированию в нем ряда веществ. В свою очередь, аэрозоли, образующиеся из поверхностного микрослоя, также оказываются обогащенными многокомпонентной смесью токсических соединений. Таким образом, перемещение загрязняющих веществ по пути «объемная вода — поверхностный микрослой — аэрозоль — органы дыхания» обеспечивает проникновение загрязняющих веществ в организм человека и животных. Вирусы также способны распространяться в составе аэрозолей. Обнаружено, что низкая относительная влажность (20—35%) способствует трансмиссии вируса. При низкой влажности воздуха вода быстро испаряется, и диаметр капелек в аэрозоле становится менее 5 мкм, что позволяет им, не оседая, дольше находиться в воздухе, а следовательно, увеличивается вероятность трансмиссии заключенных в капельках вирусных частиц. Однако при изучении формирования аэрозолей и их загрязнения недостаточно внимания уделяется накоплению в них биотоксинов и вирусов. Возможно, что насыщение аэрозолей вирусами вносит немалый вклад в возникновение и распространение ряда заболеваний (в том числе и гриппа) среди населения прибрежных районов [3, 5, 8].
Возможности перемещения вирусов гриппа, а также некоторых токсикантов из поверхностного микрослоя в морской аэрозоль были более детально изучены в экспедициях, организованных Государственным океанографическим институтом в 2007 г.: на Баренцевом море (заповедник «Семь островов») и в Байдарацкой губе Карского моря (Ямальский берег).
Материалы и методы исследования. Пробоотбор поверхностного микрослоя (ПМС) проводили при помощи сетки Гаррета (толщина слоя ~ 1 мм) и капиллярным пробоотборником (толщина слоя — 0,2 мм). Извлечение отобранной жидкости осуществлялось с помощью сжатого воздуха.
Морские аэрозоли собирали на аналитические фильтры АФА-РМП-3 с помощью устройства, изготовленного в ГОИН, позволяющего проводить отбор проб на три фильтра одновременно. Средняя скорость пробоотбора составляла 16,0 ± ± 0,1 м3/час. Отбор проб атмосферного аэрозоля осуществлялся на ходу судна в необходимых направлениях относительно ветра посредством принудительной прокачки воздуха через фильтры, установленные на форштевне судна. Времен-
ной интервал между постановкой и снятием фильтров составлял от 1 ч 16 мин. до 4 ч 40 мин. Определение морского источника генерации аэрозолей проводили по данным относительных элементных профилей, комбинации численных и объемных размерных спектров и присутствия представителей гетеротрофного бакте-риопланктона.
Все пробы запаковывались в герметичную тару и замораживались при температуре —18 °С. Транспортировка проб проводилась в сумке-холодильнике. До момента обработки пробы хранились в морозильной камере при температуре -20 °С.
Определение размерных спектров частиц взвешенного вещества и аэрозолей проводилось с помощью лазерного малоуглового измерителя дисперсности («Malvern 3600 Ec» или ИДЛ-1, «Кластер-1» производства ГОИН-ИКХХВ).
Молекулярно-биологические методы детекции гетеротрофного бактерио-планктона и нуклеопротеидных частиц в образцах ПМС, аэрозолей и биоматериале. Для того, чтобы выявить биологические объекты был подобран современный метод исследования — метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Данный метод позволяет определять следовые количества нуклеиновых кислот как в различных образцах живых организмов, так и в пробах из окружающей среды. Исследования как наших, так и зарубежных исследователей показывают, что в воде, особенно в поверхностном микрослое, содержится множество различных организмов, вплоть до микобактерий или вирусов. Хорошо известно, что до 40% биомассы бактериопланктона составляют представители рода Mycobacteria.
Цель исследования — попытка выявить представителей этого рода Myco-bacteria в пробах ПМС и морских аэрозолей. Для исследования наличия нукле-протеидных частиц использовали тест-систему для определения вируса гриппа А методом ПЦР [7]. Результаты ПЦР регистрировали после проведения электрофореза ДНК в агарозном геле, содержащем бромистый этидий.
Результаты и обсуждение. Проведенные экспедиционные исследования были поисковыми. Необходимо было обнаружить птичьи базары, расположенные над бухтами с ограниченым водообменом в заповеднике «Семь островов», а затем доставить к этим бухтам пробоотборные устройства. Работы на побережье Байда-рацкой губы длились более двух месяцев — период наибольшей концентрации перелетных птиц (гусиных).
Экспедиция в Баренцевом море проходила на гидрографическом судне ГС 440, принадлежащем гидрографической службе Северного военно-морского флота Российской Федерации. Район проведения работ — юго-восточная часть Баренцева моря. Маршрут движения судна пролегал вдоль Кольского полуострова: Мурманск — м. Чебрай — о. Малый Олений — м. Териберский — о-ва Гаври-ловские — о. Большой Олений — о-ва Семь Островов. Экспедиция в Карском море проходила на НИС «Иван Петров» Росгидромета и на береговой станции ГОИН на побережье полуострова Ямал. Район проведения работ — Байдарацкая губа. Маршрут движения судна: Архангельск — о. Колгуев — о. Вайгач — Байд-рацкая губа.
Задачей экспедиций являлся отбор проб морской воды, поверхностного микрослоя и морского аэрозоля в местах массового скопления птиц для определения содержания в них гетротрофных бактерий и ортомиксовирусов.
За время экспедиции в Баренцевом море сделано 10 станций, отобраны и проанализированы 52 пробы, законсервированы 60 проб. За время экспедиции в Карском море сделано по 17 станций на 2 разрезах с повторами в разные месяцы, отобрано 68 проб. Все пробы проанализированы на предмет содержания гетеротрофных бактерий и ортомиксовирусов.
Частицы нуклеопротеидов с нативной РНК и гетеротрофные бактерии с на-тивной ДНК обнаружены только в поверхностном микрослое. С точностью до предела обнаружения (200—400 молекул РНК в мл, 10-15 г ДНК в мл) эти частицы отсутствуют в объемной воде. Обнаружен захват нуклеопротеидов (размер — менее 5 нм) и микобактерий (размер одиночных клеток — до 5 мкм) в аэрозоль. Штаммы вируса гриппа подтипа Н7 обнаружены в заповеднике «Семь островов», штаммы вируса гриппа подтипа Н5 не выявлены ни у Кольского побережья, ни на Ямале.
Потепление Западной Арктики приводит к перестройкам водных биоценозов, в результате которых численности отдельных видов достигают аномальных величин. Это показано нами для Баренцева и Карского морей на примере гетеротрофного планктона. Из-за гиперконцентрирования ряда видов происходит усиление аэрозольной эмиссии биотоксинов (Marine Biotoxine programme), доходящей до острой токсичности морских аэрозолей. Снижение иммунитета прибрежных теплокровных является особенным фактором риска развития нового природного очага инфекционных заболеваний. На основании полученных данных были сформулированы условия формирования прибрежного очага инфекционных заболеваний нового типа:
1) массовое скопления птиц (например, птичьи базары);
2) ограниченный водообмен с открытой акваторией;
3) восприимчивость к аэрозольному заражению (для малых прибрежных водоемов — восприимчивость к пероральному заражению);
4) возможность длительного существования возбудителя во внешней среде, вне организма птицы.
Для вирусных инфекций последнее условие реализуется только при достаточно низких температурах, обеспечивающих малые скорости денатурации. Таким образом, условия в Западной Арктике обеспечивают возможность возникновения устойчивого природного очага гриппа.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Деева Э.Г., Еропкин М.Ю., Григорьева В.А. и др. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. — 2006. — № 1. — С. 81.
[2] Коренберг Э.И. Происхождение возбудителей природноочаговых болезней // Природа. —
2006. — № 10.
[3] Лапшин В.Б. и др. Токсичность морских аэрозолей как новая геоэкологическая и медико-географическая проблема // Сб. Морские аэрозоли. Токсичность, методы исследования. — М., 2005. — С. 12—25.
[4] Львов Д.К. и др. Экология и эволюция вирусов гриппа в России // Вопросы вирусологии. — 2004. — № 3. — С. 17—24.
[5] Сыроешкин А.В. и др. Химическое загрязнение восточной части Финского залива и проблема токсичности морских аэрозолей // Сб. Морские аэрозоли. Токсичность, методы исследования. — М., 2005. — С. 84—105.
[6] Brown J.D., Swayne D.E., Cooper R.J. et all. Persistence of H5 and H7 avian influenza viruses in water // Avian Dis. — 2007 Mar. — № 51 (1 Suppl). — P. 285—289.
[7] Kireev D.E., Akanina D.S., Grebennikova T.V. et al. Development of polymerase chain rection-based test systems for influenza A virus isolation and typing // Vopr. Virusol. — 2007. — V. 52. — № 4. — P. 17—22.
[8] Lowen A.C., Mubareka S., Steel J., Palese P. Influenza virus transmission is dependent on relative humidity and temperature // PloS Pathogens. — 2007 Oct. — V. 3. — P. 1470—76.
[9] Zhang G., Shohom D., Gilichinsky D. et al. Evidence of influenza virus RNA in Siberian in Siberian lake ice // J. Virol. — 2006 Dec. — № 80 (24). — P. 12229—12235.
INFLUENZA A VIRUSES IN COASTAL ECOSYSTEMS OF WEST ARCTIC
A.V. Syroeshkin, M.M. Azova
Department of Biolology and Genetics Medical faculty Peoples' Friendship University of Russia
M-Maklaya str., 8, Moscow, Russia, 117198
T.V. Grebennikova, D.S. Akanina
The Institute of Virology
Gamaleya str., 16, Moscow, Russia, 123060
M.V. Kolesnikov
State Oceanographic Institute
Kropotkinsky str., 6, Moscow, Russia, 119034
V.B. Lapshin
Faculty of Physics Lomonosov Moscow State University
Vorobyovi hills, Moscow, Russia, 119991
As a result of the expedition in the Western Arctic, organized by the State Oceanographic Institute, there was detected influenza virus A (subtype H5) on the Kola coast of the Barents Sea.
