 |
Reptilian and avian reoviruses: diversity, evolution and classification
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
108727 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Farkas, Szilvia |
| Title in Hungarian |
Hüllő és madár reovírusok: diverzitás, evolúció és klasszifikáció |
| Title in English |
Reptilian and avian reoviruses: diversity, evolution and classification |
| Keywords in Hungarian |
reovírus, RT-PCR, új generációs szekvenálás, filogenetikai elemzés, molekuláris evolúció, reverz genetika |
| Keywords in English |
reovirus, RT-PCR, high-throughput sequencing, phylogenetic analysis, molecular evolution, reverz genetics |
| Discipline |
| Epidemiology, veterinary microbiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Institute for Veterinary Medical Research (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Bálint, Ádám
Bányai, Krisztián
Borzák, Réka
Dandár, Eszter
Gál, János
Haraminé Papp, Hajnalka
Kugler, Renáta
Szentpáli-Gavallér, Katalin
Tóth-Ihász, Katalin
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2018-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
27.960 |
| FTE (full time equivalent) |
15.84 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A Sauropsidák a magzatburkos gerincesek (Amniota) egy csoportját alkotják, melybe a hüllők és madarak tartoznak. A sauropsid reovírus elnevezés nem egy létező kategóriája a vírus rendszertannak, azonban indokolt összevonni a madár és hüllő reovirusokat egy összehasonlító elemzésbe, azzal a célkitűzéssel, hogy feltárjuk az Orthoreovírus nemzetség sokféleségét, megértsük az evolúcióját, és hatékonyabban leírjuk a rendszertanát.
A tanulmány főbb céljai a következők:
(i)) Több tucat hazai és külföldi mintából izolált hüllő és madár orthoreovírus genetikai szerkezetének meghatározása, szerkezeti tulajdonságainak és génállományának megismerése.
(ii) A hüllő és madár reovírusok filogenetikájának és molekuláris evolúciójának számítógépes modellezése az orthoreovírusok evolúciós stratégiájának és mechanizmusainak felderítése céljából.
(iii) Sejttenyészeteken végzett kísérletek célja a főbb evolúciós mechanizmusok azonosítása és a vad-típusú törzseken végzett járványtani kutatások eredményeinek szimulálása.
(iv) Javaslat egy új genotipizálási rendszer kialakítására, mely alkalmas az egyes törzsek jellemzésére és reasszortációval kapcsolatos általános és szokatlan evolúciós mechanizmusok azonosítása.
(v) A jelenlegi rendszertan és besorolás frissítése.
(vi) Már bevezetett vagy új reverz genetikai rendszerek kialakítása reovírusok genomikájának és diverztitásának tanulmányozása céljából.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A felhalmozott adatok nagymértékben hozzájárulnának a hüllő és madár reovírusok életciklusával kapcsolatos számos felderítetlen kérdés megválaszolásához. Valósak-e az egyes gének kódoló régióiban számítógépes elemzésekkel megállapított kisebb ORF-ek? Milyen hatása lehet a gazdafaj-váltásnak a genomra: a kiegyensúlyozott GC tartalom tolódik el az AU gazdagság felé vagy a kodon használatban következnek be változások? Hogyan befolyásolja az UTR szekvenciákban bekövetkező változás a replikációt és a virion összeépülésének hatékonyságát? Vannak-e olyan megőrzött gén konstellációk melyek kitérnek a reasszortációs mechanizmusok elől, működnek-e olyan mechanizmusok, melyek segítik az egyes fehérjék konfigurációjának megőrzését?
További adatok szükségesek a Reoviridae család jelenlegi rendszertanának felülvizsgálatához, melynek egyik legfontosabb kérdése az egyes fajok közötti határvonalak és a besorolás feltételeinek megállapítása. Többek között megválaszolandó lenne, hogy az egyes vírus fajok eredete és az általuk kialakított klinikai kép egyet jelent-e a gén, illetve fehérje szekvencia azonosságával, valamint az életképes reasszortánsok kialakításának képességével? Egy másik kihívás egy új szerotipizálási rendszer létrehozása lenne, mivel a jelenlegi rendszer nem standardizált, a különböző megközelítésekből származó adatok hiányosak, egymással nem összehasonlíthatóak, így az egyes szerotípusokba való besorolás és a szerotípusok száma megkérdőjelezhető. Éppen ezért megvizsgálnánk, hogy valójában hány szerotípusa ismert a hüllő és madár reovírusoknak, van-e összefüggés az egyes szerotípusok és a neutralizáló antigének aminosav szekvenciája, valamint a peptid régiója között.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Jelenleg korlátozott számú teljes genom-szekvencia áll rendelkezésünkre, ezért több mint 100 orthoreovírus genom meghatározását és elemzését tűztük ki célul, melynek segítségével e tudományterület számos megválaszolatlan kérdésére szeretnénk választ kapni. Jelen pályázatunk a következő megfigyelésekkel szolgálna: (i) Hüllő és madár orthoreovírusok genom-szekvenciájának, diverzitásának és a különböző evolúciós mechanizmusok szerepének vizsgálata; (ii) A kodon használat és az egyes gének jellemző mutációs rátájának meghatározása információval szolgálna a vírusok evolúciójának genetikai hátterére és vírus-gazda ko-evolúciójára vonatkozóan; (iii) Megismerhetjük a gazdafaj-váltás és virulencia genetikai hátterét; (iv) Felülvizsgáljuk a jelenleg elfogadott rendszertant és a törzsek besorolását; (v) Vizsgáljuk a vakcinák alkalmazásának hatását a vad-típusú orthoreovírus törzsek evolúciójának és járványtanának vonatkozásában; (vi) Új fajokból történő vírus-izolálás, valamint mono-és oligoreasszortáns törzsek létrehozása bővítené információinkat az orthoreovírusok gazdafaj-specificitásával kapcsolatban; (vii) Vírus-izolálás beteg állatokból információval szolgálna az egyes vírus törzsek pathogenitásával kapcsolatban; (viii) A genom replikációjában és a virion összeépülésében szerepet játszó UTR-ek evolúciójának ismerete segít ezen szabályozó régiók szerepének jobb megismerésében. (ix) Az újonnan felhalmozott szekvencia adatok segítségével új, hatékony diagnosztikai és tipizáló rendszerek fejleszhetők ki; (x) A reverz genetikai rendszerek segítségével új lehetőségek nyílnának a pathogenezis, immunitás megértésében és az új-generációs vakcinák fejlesztésében; (xi) Hüllő és madár orthoreovírus törzsek referencia gyűjteményének létrehozása és fenntartása.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az utóbbi évtizedben az újonnan meghatározott vírus genom-szekvenciák száma ugrásszerűen megnövekedett, és ez igen nagy szerepet játszott a vírusok evolúciójának, életciklusának, a betegségek kórfejlődésének, az immunválasznak, a vírusok járványtanának és ökológiájának megértésében. Pályázatunkban hasonló célokat tűztünk ki a hüllő és madár reovírusokkal kapcsolatban. Annak ellenére, hogy a madár és hüllő reovírusok jelentős gazdasági károkat okozhatnak baromfi, illetve hüllő állományokban és új variánsaik megjelenése fenyegetheti a veszélyeztetett fajok megőrzési programjait, igen kevés adat áll rendelkezésünkre velük kapcsolatban, jellemzésük hiányos. A reovírusok számos olyan molekuláris mechanizmust kifejlesztettek, melyek segítik őket genetikai állományuk gyors megváltoztatásában, gazdafaj-váltásban és fenotípusuk módosításában. Pályázatunkban ezeket a mechanizmusokat is szeretnénk feltárni. Célul tűztük ki továbbá új reverz genetikai rendszerek létrehozását vagy a már kialakított rendszerek adaptálását annak érdekében, hogy további ismereteket szerezzünk a hüllő és madár reovírusokról, melyek lehetőséget biztosítanak állatorvosi alkalmazásra szánt új-generációs vagy vektor vakcinák fejlesztéséhez.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Sauropsida is a group of amniotes that includes reptiles and birds. However, the term sauropsid reovirus is a non-existing category in virus taxonomy, it is reasonable to include both reptilian and avian reoviruses in a comparative study with the objective to explore the diversity, understand the evolution and describe better the taxonomy of the genus Orthoreovirus.
The main objectives of this research project are as follows:
(i) To determine the genomic configurations of dozens of reptilian and avian orthoreoviruses and explore the structural features, including the gene content of these strains;
(ii) To perform computer based simulations of the phylogeny and molecular evolution to understand the evolutionary strategies and mechanisms of reptilian and avian orthoreoviruses;
(iii) To perform experiments in cell culture to identify major evolutionary mechanisms and simulate findings from epidemiologic surveys of field strains;
(iv) To generate and recommend a genotyping system that would be useful for strain description, and to identify common and unusual evolutionary mechanisms through reassortment;
(v) To update current classification and taxonomy;
(vi) To adapt existing or establish new reverse genetics systems aiding our objectives related to reovirus genomics and viral diversity studies.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The availability of large amount of genome sequence data may uncover several hidden features of the life cycle of reptile and avian orthoreoviruses. Are bioinformatics based predictions on the existence of minor ORFs in the coding regions of several genes correct? Is host switching associated with shift from the balanced GC content to AU rich genome or would such events influence the codon usage? How do changes in the UTR sequences influence the efficacy of packaging and replication? Are there conserved gene constellations avoiding reassortment and could some selective pressures operate to retain a particular protein configuration?
Further genome sequences are necessary to improve the taxonomy of Reoviridae. In this regard the most important question is the weight of various species demarcation criteria to define a particular species. Are species origin and clinical signs equivalent with gene/protein sequence identity and ability to form viable reassortants when a particular species is defined? Another challenge is the establishment of a serotyping system. Current schemes are not clearly definitive in this regard, and the number of serotypes is questionable due to lack of consistent and comparable data generated by various approaches. Therefore, we investigate how many serotypes within various clades of reptilian and avian reoviruses exist and can link serotype specificity to particular amino residues or peptide regions of the neutralization antigens?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The number of genome sequences of avian reovirus strains is very limited and only partial sequence data is available from reptilian reoviruses. Thus by determining and analyzing over 100 new orthoreovirus genomes we expect to obtain a large amount of information that may have novelty in this research area. This proposal is intended to provide new observations including: (i) The overall genomic sequence diversity and the weight of different evolutionary mechanisms within avian and reptilian orthoreoviruses; (ii) Determining codon usage and gene-specific differences in mutation rates may reveal the genetic background of evolutionary forces and basic information on virus-host co-evolution; (iii) Understanding the genetic background of host switching and virulence; (iv) Evaluating the currently accepted and used taxonomic and classification schemes; (v) Assessment of vaccine use on epidemiology and evolution of wild-type orthoreovirus strains; (vi) Isolation of strains from new species, and creation of mono- and oligoreassortant strains could extend our knowledge about host range restriction; (vii) Isolation of strains from diseased animals may reveal new associations of particular reovirus strains with disease; (viii) Assessment of the evolution of the UTRs, the key elements in genome packaging and replication will help understand the role of these regulatory elements; (ix) Large amount of new sequence data could help develop better molecular detection and typing assays; (x) Having a reverse genetics system will open the way to better understand pathogenesis, immunity and help design new generation reovirus vaccines; (xi) Compiling and maintaining a reference collection for reptilian and avian orthoreoviruses.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The sharp increase in the number of newly determined virus genomes during the past decade has significantly contributed to our understanding of viral evolution, life cycle, pathogenesis, immunity, epidemiology and ecology of any virus taxa studied to date. Our grant proposal shares this same ambition for a group of viruses, which causes significant economic losses in poultry, and may threaten species conservation programs of endangered birds and reptiles trough emergence of new variants of strains. Despite their importance the genomes of avian and reptilian orthoreovirus strains are not systematically characterized. Reoviruses developed numerous molecular mechanisms to undergo rapid genetic changes, helping them to extend their host range and alter their phenotype. Quantification of these mechanisms will be carried out. Our plan to develop a new or adapt existing reverse genetics system will enable further understanding of the virology of sauropsid reoviruses and opens the way to develop new generation vaccines or viral vectors carrying heterologous antigens for immunization in veterinary use.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Banyai K, Borzak R, Ihasz K, Feher E, Dan A, Jakab F, Papp T, Hetzel U, Marschang RE, Farkas SL: Whole-genome sequencing of a green bush viper reovirus reveals a shared evolutionary history between reptilian and unusual mammalian orthoreoviruses., ARCH VIROL 159: 153-158, 2014 | | Dandár E, Farkas SL, Marton S, Oldal M, Jakab F, Mató T, Palya V, Bányai K: The complete genome sequence of a European goose reovirus strain, ARCH VIROL 159: 2165-2169, 2014 | | Dandár E, Huhtamo E, Farkas SL, Oldal M, Jakab F, Vapalahti O, Bányai K: Complete genome analysis identifies Tvärminne avian virus as a candidate new species within the genus Orthoreovirus, J GEN VIROL 95: 898-904, 2014 | | Farkas SL, Dandár E, Marton S, Fehér E, Oldal M, Jakab F, Mató T, Palya V, Bányai K: Detection of shared genes among Asian and European waterfowl reoviruses in the whole genome constellations, INFECT GENET EVOL &: 3, 2014 | | Ihász Katalin, Farkas L Szilvia, Lengyel György, Bányai Krisztián, Gál János: Orthoreovírusok előfordulásának és genetikai diverzitásának vizsgálata egzotikus hüllőfajokban Magyarországon, MAGYAR ÁLLATORVOSOK LAPJA 136: 247-252, 2014 | | Farkas SL, Dandár E, Marton S, Fehér E, Oldal M, Jakab F, Mató T, Palya V, Bányai K: Detection of shared genes among Asian and European waterfowl reoviruses in the whole genome constellations, INFECT GENET EVOL 2014 Dec;28:55-7. doi: 10.1016/j.meegid.2014.08.029., 2014 | | Kugler R, Dandár E, Fehér E, Jakab F, Mató T, Palya V, Bányai K, Farkas LS: Phylogenetic analysis of a novel reassortant orthoreovirus strain detected in partridge (Perdix perdix), VIRUS RES 215: 99-103, 2016 | | Kugler R, Marschang RE, Ihász K, Lengyel G, Jakab F, Bányai K, Farkas SL: Whole genome characterization of a chelonian orthoreovirus strain identifies significant genetic diversity and may classify reptile orthoreoviruses into distinct species, VIRUS RES 215: 94-98, 2016 | | Dandár E, Fehér E, Bálint Á, Kisfali P, Melegh B, Mató T, Kecskeméti S, Palya V, Bányai K, Farkas SL: Genome sequences of three turkey orthoreovirus strains isolated in Hungary, GENOME ANNOUNC. 3: (6) , 2015 | | Farkas SL, Marton S, Dandár E, Kugler R, Gál B, Jakab F, Bálint Á, Kecskeméti S, Bányai K: Lineage diversification, homo- and heterologous reassortment and recombination shape the evolution of chicken orthoreoviruses, SCI REP 6:, 2016 | | Farkas SL, Varga-Kugler R, Marton S, Lengyel G, Palya V, Bányai K: Genomic sequence and phylogenetic analyses of two novel orthoreovirus strains isolated from Pekin ducks in 2014 in Germany, VIRUS RES 257: pp. 57-62., 2018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
