Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1037410.32607/20758251-2017-9-3-48-54ReviewsОбзорыResearch ArticlePredicting the Evolutionary Variability of the Influenza A VirusПрогнозирование эволюционной изменчивости вируса гриппа АTimofeevaT. A.ТимофееваT. A.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruAsatryanM. N.АсатрянM. Н.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruAltsteinA. D.АльтштейнA. Д.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruNarodiskyB. S.НародицкийБ. С.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruGintsburgA. L.ГинцбургA. Л.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruKaverinN. V.КаверинН. В.
Russian Federation
timofeeva.tatyana@inbox.ruFederal State Budgetary Institution «N.F. Gamaleya FRCEM» of the Ministry of Health of the Russian Federation«ФНИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России1509201793VOL 9, NO3 (2017)ТОМ 9, №3 (2017)485417012020Copyright ©; 2017, Timofeeva T.A., Asatryan M.N., Altstein A.D., Narodisky B.S., Gintsburg A.L., Kaverin N.V.Copyright ©; 2017, Тимофеева T.A., Асатрян M.Н., Альтштейн A.Д., Народицкий Б.С., Гинцбург A.Л., Каверин Н.В.2017Timofeeva T.A., Asatryan M.N., Altstein A.D., Narodisky B.S., Gintsburg A.L., Kaverin N.V.Тимофеева T.A., Асатрян M.Н., Альтштейн A.Д., Народицкий Б.С., Гинцбург A.Л., Каверин Н.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10374

The influenza A virus remains one of the most common and dangerous human health concerns due to its rapid evolutionary dynamics. Since the evolutionary changes of influenza A viruses can be traced in real time, the last decade has seen a surge in research on influenza A viruses due to an increase in experimental data (selection of escape mutants followed by examination of their phenotypic characteristics and generation of viruses with desired mutations using reverse genetics). Moreover, the advances in our understanding are also attributable to the development of new computational methods based on a phylogenetic analysis of influenza virus strains and mathematical (integro-differential equations, statistical methods, probability-theory-based methods) and simulation modeling. Continuously evolving highly pathogenic influenza A viruses are a serious health concern which necessitates a coupling of theoretical and experimental approaches to predict the evolutionary trends of the influenza A virus, with a focus on the H5 subtype.

Из-за своей быстрой эволюционной изменчивости вирус гриппа А остается одним из наиболее распространенных и опасных возбудителей инфекционных заболеваний человека. Изучение эволюции вирусов гриппа А, которую можно наблюдать буквально в реальном времени, за последние годы испытало подъем благодаря накоплению экспериментальных данных (селекция эскейп-мутантов с последующим изучением их фенотипических характеристик, конструирование вирусов c заданными мутациями при помощи методов обратной генетики), появлению новых теоретических подходов, в основе которых лежит построение и анализ филогенетических деревьев штаммов вирусов гриппа, а также системному сочетанию известных математических методов (системы интегро-дифференциальных уравнений, статистические методы, методы теории вероятности) и имитационного моделирования. Длительная циркуляция высокопатогенных вирусов гриппа А вызывает серьезные опасения в отношении появления пандемически опасных вариантов, поэтому возникает необходимость в применении теоретических и экспериментальных методов для прогнозирования эволюционной изменчивости и вирусов подтипа Н5.

Influenza A virusphylogenetic treesescape mutantscomputational toolscomputational modelingphenotypic characteristicsreverse geneticsвирус гриппа Афилогенетические деревьяэскейп-мутантыматематические методыматематическое моделированиефенотипические характеристикиобратная генетика[1] Smith W., Andrewes C.H., Laidlaw P.P. // Lancet. 1933, P.66-68[2] Smith W., Andrewes C.H., Laidlaw P.P. // Br. J. Exp. Pathol. 1935, V.16, P.291-302[3] Shope R.E. // J. Exp. Med. 1931, V.54, P.373-385[4] Shope R.E. // J. Exp. Med. 1934, V.62, P.49-61[5] Donina S.A., Naydikhin A.N., Rudenko L.G. // Allergology and Immunology. 2000, №1, P.114[6] Cox R.J., Brokstad K.A., Ogra P. // Scand. J. Immunol. 2004, V.59, №1, P.1-15[7] Askonas B.A., McMichael A.J., Webster R.G. // Basic and Applied Influenza Research. / Ed. Beare A.S. Boca Raton, FL: CRC Press, 1982, P.159-188[8] Naydikhin A.N., Losev I.V. // Problems of Virology. 2015, V.60, P.11-16[9] Both G.W., Sleigh M.J., Cox N.J., Kendal A.P. // Virology Journal 1978, V.75, P.4886-4890[10] Lamb R.A., Krug R.M. // Orthomyxoviridae. Fields virology. Section 2, Specific Virus Families / Eds B.N. Fields and D.M. Knipe. Lippincott, Williams, Wilkins, 2001, P.1091-1137[11] Steinhauser D.A., Holland J.J. // Annu. Rev. Microbiol. 1987, V.41, P.409-433[12] Khatchikian D., Orlich M., Rott R. // Virology 1982, V.122, P.38-47[13] Webster R.G., Govorkova E.A. // Ann. N.Y. Acad. Sci. 2014, V.1323, P.115-139[14] Strelkowa N., Lassig M. // Genetics. 2012, V.192, P.671-682[15] Shih A.C.C., Hsiao T.C., Ho M.S., Li W.H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007, V.104, P.6283-6288[16] Neher R.A., Bedford T. // Bioinformatics. 2015. V. 31(21). 2015, V.31(21), P.3546-3548[17] Kryazhimskiy S., Dushoff J., Bazykin G.A., Plotkin J.B. // Plos Genet. 2011, V.7, e101301[18] Neverov A.D., Kryazhimskiy S., Plotkin J.B., Bazykin G.A. // Plos Genet. 2015, V.11(8), e1005404[19] // url www.ncbi.nim.nih.gov/genome/FLU[20] Luksza M., Lassig M. // Nature 2014, V.507, P.57-74[21] Webster R.G., Laver W.G. // Virology 1981, V.104, P.139-148[22] Wilson I.A., Skehel J.J., Wiley D.C. // Nature 1981, V.289, P.366-373[23] Skehel J.J., Stevens D.J., Daniels R.S., Douglas A.R., Knossow M., Wilson I.A., Wiley C.D. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984, V.81, P.1779-1783[24] Caton A.J., Browlee G.G., Yewdell J.W., Gerhard W. // Cell. 1982, V.31, P.417-427[25] Rudneva I., Ignatieva A., Timofeeva T., Shilov A., Kushch A., Masalova O., Klimova R., Bovin N., Mochalova L., Kaverin N. // Virus Res. 2012, V.166, P.61-67[26] Kaverin N.V., Rudneva I.A., Timofeeva T.A., Ignatieva A.V. // Problems of Virology 2012, PtApp. 1, P.148-158[27] Tsuchiya E., Sugawara K., Hongo S., Matsuzaki Y., Muraki Y., Li Z.N., Nakamura K. // J. Gen. Virol. 2001, V.82, P.2475-2484[28] Wiley D.C., Wilson I.A., Skehel J.J. // Nature 1981, V.289, P.373-378[29] Kaverin N.V., Rudneva I.A., Ilyushina N.A., Varich N.L., Lipatov A.S., Smirnov Y.A., Govorkova E.A., Gitelman A.K., Lvov D.K., Webster R.G. // J. Gen. Virol. 2002, V.83, P.2497-2505[30] Kaverin N.V., Rudneva I.A., Govorkova E.A., Timofeeva T.A., Shilov A.A., Kochergin-Nikitsky K.S., Krylov P.S., Webster R.G. // Virology Journal 2007, V.81, P.12911-12917[31] Rudneva I.A., Kushch A.A., Masalova O.V., Timofeeva T.A., Klimova R.R., Shilov A.A., Ignatieva A.V., Krylov P.S., Kaverin N.V. // Viral Immunol. 2010, V.23, №2, P.181-187[32] Kaverin N.V., Rudneva I.A., Ilyushina N.A., Lipatov A.S., Krauss S., Webster R.G. // Virology Journal 2004, V.78, №1, P.240-249[33] Schmeiser F., Vasudevan A., Verma S., Wang W., Alvarado E., Weiss C., Autokorale V., Maseda G., Weir J.P. // PloS One. 2015, V.10(1), e0117108[34] Rudneva I.A., Timofeeva T.A., Ignatieva A.V., Shilov A.A., Ilyushina N.A. // Arch. Virol. 2016, V.161, P.3515-3520[35] Rudneva I.A., Timofeeva T.A., Ignatieva A.V., Shilov A.A., Krylov P.S., Ilyushina N.A., Kaverin N.V. // Virology 2013, V.447, P.233-239[36] Kaverin N.V., Rudneva I.A., Timofeeva T.A., Ignatieva A.V., Shilov A.A., Bovin N.V., Ilyushina N.A. // Virus Res. 2015, V.210, P.81-89[37] // Centers for Disease Control and Prevention (CDC) MMWR Morb. Mortal Wkly Rep. 1997. 1997, V.46(50), P.1204-1207[38] Matrosovich M., Zhou N., Kawaoka Y., Webster R. // Virology Journal 1999, V.73, P.1146-1155[39] Imai M., Watanabe T., Hatta M., Das S.C., Ozawa M., Shinya K., Zhong G., Hanson A., Katsura H., Watanabe S. // Nature 2012, V.486, №7403, P.420-428[40] Russell C.A., Fonville J.M., Brown A.E., Burke D.E., Smith D.L., James S.L., Herfst S., van Boheemen S., Linster M., Schrauwen E.J. // Science. 2012, V.336, P.1541-1547[41] Zhang Z.W., Liu T., Zeng J., Chen Y.E., Yuan M., Zhang D.W., Zhu F., Yuan S. // Infectious of Poverty. 2015, V.4, №50, P.2-9[42] Hanson A., Imai M., Hatta M., McBride R., Imai H., Taft A., Zhong G., Watanabe T., Suzuki Y., Neumann G. // Virology Journal 2016, V.90, №6, P.2981-2992[43] Plotch S.J., Bouloy M., Krug R.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979, V.76, P.1618-1622[44] Taft A.S., Ozawa M., Fitch A., Depasse J.V., Halfmann P.J., Hill-Batorski L., Hatta M., Fridrich T.C., Lopes T.J.S., Maher E.A. // Nat. Commun. 2015, V.6, №7491, P.1-12[45] Varich N.L., Sadykova G.K., Prilipov A.G., Kochergin-Nikitsky K.S., Kushch A.A., Masalova O.V., Klimova R.R., Gitelman A.K., Kaverin N.V. // Viral Immunol. 2011, V.24, №2, P.1-7[46] Varich N.L., Sadykova G.K., Prilipov A.G., Kochergin-Nikitsky K.S., Webster R.G., Kaverin N.V. // Arch. Virology. 2014, V.159, P.1493-1497