Vakcinázással megelőzhető vírusos baromfi betegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálata  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
120201
típus K
Vezető kutató Bányai Krisztián
magyar cím Vakcinázással megelőzhető vírusos baromfi betegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálata
Angol cím Molecular epidemiology of vaccine preventable viral diseases in poultry
magyar kulcsszavak surveillance; újgenerációs szekvenálás; teljes genom szekvenálás; filogenetikai elemzés
angol kulcsszavak surveillance; next generation sequencing; whole genome sequencing; phylogenetic analysis
megadott besorolás
Állatorvos-tudomány (Komplex Környezettudományi Kollégium)100 %
Ortelius tudományág: Kórokozó vírusok állatokban
zsűri Növénytermesztés, állattenyésztés
Kutatóhely Állatorvos-tudományi Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont)
résztvevők Ari Eszter
Bálint Ádám
Farkas Szilvia
Forró Barbara
Gellért Ákos
Kugler Renáta
Magyar Tibor
Marton Szilvia
Szalay Dóra
Szentpáli-Gavallér Katalin
Thuma Ákos
projekt kezdete 2016-10-01
projekt vége 2020-12-31
aktuális összeg (MFt) 43.920
FTE (kutatóév egyenérték) 11.96
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A benyújtott kutatási tervben egy rutin, NGS-alapú, vírusok kimutatására és jellemzésére alkalmas megközelítést kínálunk, melyet a vakcinázással megelőzhető vírusos baromfibetegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálataiban szeretnénk alkalmazni. A pályázat három fő pilléren nyugszik:

1. NGS-alapú teljes genom szekvenálások optimalizálása különféle baromfi vírusokra. A laboratóriumi munkán kívül megfelelő szekvencia adatbázis (úm. vírus genomok és virulencia markerek) létrehozása és frissítése is a célok között szerepel;
2. Teljes genomszekvenciák generálásával a baromfivírusok genetikai diverzitásának feltárása. Ez a célkitűzés a múltban történt és a jövőbeli vírusjárványokból és vakcinázási balesetekből kimutatott vírusok jellemzését foglalja magába annak érdekében, hogy a hagyományos módszerekkel nem azonosítható genomi változásokat is azonosítani lehessen, ideértve azokat is, amelyek nyomon követésére ezideig nem volt lehetőség;
3. Ex vivo és in vivo fertőzési kísérletek végrehajtása a megfigyelt járványügyi helyzet jobb megértése 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 fertőző betegségek surveillance-ének egyik fontos, laboratóriumi módszerekre épülő eleme a molekuláris epidemiológiai vizsgálat, amit a múltban kis áteresztőképességű technikák (pl. RFLP, kapilláris szekvenálás) segítségével végeztek. A különféle NGS platformok bevezetésével a kinyerhető szekvenciaadatok mennyisége nagyságrendekkel megnőtt. Noha ez a módszertani megközelítés jelenleg a legkorszerűbb a vírusok jellemzésére, számos kérdés továbbra is megválaszolatlan.

Gyakorlati szempontból a leglényegesebb kérdések közé tartozik, hogy vajon az új szekvenálási technológiák könnyedén adaptálhatóak-e bármely vírus vizsgálatához, lehetséges-e az NGS-t az állatorvosi diagnosztika mindennapi rutinjába beilleszteni, és ha igen, miként lehet a mélyszekvenálás eredményeit és a teljes genomszekvencia adatokat a leghatékonyabban a járványkitörések időben történő megoldásának szolgálatába helyezni?

Tudományos szempontból a következő kérdésekre keressük a válaszokat. Cirkulálnak-e újabb baromfivírusok Magyarországon vakcinázott állományokban? Van-e interakció az élő vakcina törzsek és a vad típusú törzsek között? Ha igen, annak mely formái képesek a leghatékonyabban módosítani a vakcinázás hatékonyságát? A vakcinázás minden esetben törzs szelekcióval jár?

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!
Az újgenerációs szekvenálási módszerekkel végzett teljes vírusgenom-szekvenálások forradalmasították a virológiai kutatásokat, beleértve a vírusos betegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálatát is. Azonban az NGS alapú surveillance ma még nem elterjedt a baromfi vírusfertőzések járványügyi vizsgálatában. Úgy véljük, hogy ez a terület sokat profitálhatna a mélyszekvenálásra épülő molekuláris epidemiológiai vizsgálatokból, hiszen a baromfiágazat világszerte az agrártermelés egyik húzóágazata és a vírusos megbetegedések jelentősen befolyásolják termelés hatékonyságát. Emiatt az időben elvégzett és pontos diagnózis és törzs azonosítás kulcsfontosságú a megfelelő járványügyi megelőző és kontroll tevékenységek végrehajtása szempontjából. Alighanem ma az NGS-re épülő laboratóriumi megközelítés kínálja az egyetlen valóban hatékony megoldást arra, hogy azonosítani lehessen az új geno-/patotípusú vírustörzsek felbukkanását, felismerhetővé váljanak a vakcinázással kapcsolatban felmerülő evolúciós események, és részrehajlás nélkül azonosítani lehessen új vírustörzseket vagy ki lehessen mutatni akár sokszorosan kevert vírusfertőzéseket is.

Világszerte számos kutatócsoport felismerte már az NGS-ben rejlő lehetőségeket és használja azt molekuláris epidemiológiai vizsgálatok támogatására, molekuláris evolúciós kutatásokra vagy akár vírus taxonómiai kérdések tisztázására. Azonban a globálisan is fontos influenza vírus surveillance kivételével kevés olyan terület van, főleg az állatorvos-tudomány területén, ahol a módszert rutinszerűen alkalmaznák. Magyarországon a baromfivírusok genetikai vizsgálatával ma is számos kutatócsoportban (többek között a NÉBIH ÁDI, a SZIE Állatorvos-tudományi Kar, a CEVA-Phylaxia munkatársai is) magas színvonalon foglalkoznak, azonban legjobb tudomásunk szerint ezekben az intézményekben nincs meg a teljes laboratóriumi infrastruktúra a genom szekvenálosokon alapuló molekuláris epidemiológiai vizsgálatok elvégzéséhez, és egyelőre az NGS ilyen irányú alkalmazására sincs törekvés. Valójában, Magyarországon a mi kutatócsoport volt az első, amely a molekuláris epidemiológiai kutatásokba az NGS-t bevezette és használja azt ma is, például a madárinfluenza vírusok surveillance-ének támogatásában.

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 agrárgazdaság egyik húzóágazata a baromfitenyésztés, mely világviszonylatban (és magyarországi viszonylatban is) az éves hústermelés több mint egyharmadát biztosítja. A termelés hatékonyságát több tényező befolyásolja, beleértve a vírusok okozta megbetegedéseket. Rutinszerűen ma nagyjából 15-20 baromfivírussal szemben történik vakcinázás. A vakcinázásnak azonban lehetnek nem kívánatos hatásai is. Itt említhetjük például az új vírusvariánsok felbukkanását vagy egy-egy jól ismert vírus által kiváltott új betegségforma megjelenését is. Annak érdekében, hogy ezeket a jelentős, és a vírusok változékonyságával összefüggő eseményeket megérthessük és nyomon követhessük, gyors, hatékony és a kimutatott kórokozó minél pontosabb leírását lehetővé tevő laboratóriumi módszerekre van szükség. Pályázatunkban azt vállaljuk, hogy az ún. újgenerációs szekvenálási módszereket állítjuk az állatorvosi virológiai rutindiagnosztika és molekuláris járványtani vizsgálatok szolgálatába. Mindezt a tervezett módszertani fejlesztéseken túl több száz baromfivírus genetikai állományának feltérképezésével szeretnénk elérni. Végső soron vizsgálataink eredményei jól hasznosíthatóak lehetnek majd a célzott diagnosztikai módszerek fejlesztése területén, de fontos alapkutatási felismeréseket várunk a baromfivírusok evolúcióbiológiájának kutatása területén is.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the submitted research agenda we propose a routine, NGS-based virus detection and characterization approach to support virus monitoring in the area of vaccine preventable viral infections in poultry. The proposal is based on three pillars:

(i) To optimize NGS based whole genome sequencing for a variety of poultry viruses. In addition to the laboratory work, platforms suitable to construct an appropriate sequence database (e.g. on virus genomes, virulence markers) will be developed and periodically updated;
(ii) To explore poultry virus diversity using whole genome sequence data. This objective aims at characterizing virus strains from ongoing and past outbreaks and vaccine failure events in order to identify heterogeneity within genomic regions which are not targeted by conventional detection and strain characterization methods and whose importance had not been systematically investigated;
(iii) To better understand the observed epidemiological situations using ex vivo and in vivo models of infection.

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.
Molecular epidemiology is an important laboratory based support of infectious disease surveillance that has been traditionally accomplished by using low-throughput methods (e.g., RFLP or capillary sequencing). With the advent of NGS-based methods the output of sequencing runs has increased by magnitudes. Although this method is currently the most up-to-date approach in the genetic characterization of viruses, numerous questions remained to be answered.

From practical viewpoint the most relevant questions are still whether new sequencing technologies are readily adaptable in the investigation of any viral agents, is it possible to place NGS in daily routine in the field of veterinary diagnostics and virus strain characterization, and if so, given that timely actions may be critical in infectious disease outbreak management one need to know in which way can deep sequencing and whole genome sequence data be translated into the practice of disease control and prevention most effectively?

From scientific point of view there are also a number of intriguing questions. Are new poultry virus strains circulating in Hungary in immunized flocks? Is there interaction among live vaccine strains and field strains? If so, which forms of genetic interactions do most efficiently alter vaccine efficacy? Is there always strain selection due to vaccination?

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.
Whole genome sequencing by using various NGS platforms has revolutionized virology research, including the molecular epidemiology of viral diseases. However, the NGS based surveillance is barely utilized in poultry virus epidemiology. We feel that this area would benefit from a deep sequencing based molecular epidemiologic approach given that poultry industry is a leading sector of agriculture worldwide and virus infections heavily impact the production. Consequently, timely and accurate diagnosis and strain characterization is crucial to implement adequate preventive and control measures. In this respect, currently NGS is the single most robust and reliable approach to provide with relevant information about emergence of new geno-/pathotypes, to identify any possible vaccination related evolutionary events, and to detect unbiased viral diversity or multiple co-infections with different viruses.

Many research groups worldwide utilize NGS to support molecular epidemiologic investigation or collect information for their studies in the subjects of molecular evolution or virus taxonomy. However, with the exception of influenza virus surveillance which is globally a research priority due to the public health implications, few areas are known where this method is routinely used, especially in the veterinary field. Each year several studies are published on the characterization of poultry viruses from Hungary (e.g. from research groups at the NÉBIH ÁDI, the Veterinary Faculty of SIU and CEVA-Phylaxia), however, to the best of our knowledge in these institutions the laboratory infrastructure that would be suitable to perform NGS is missing and there is no significant effort to study molecular epidemiology of viral poultry diseases using whole genome sequence data. In fact, in Hungary our research team was the first to introduce NGS to support molecular epidemiological investigations and we continue to use it, for example, in the area of avian influenza virus surveillance.

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.
Poultry industry is a leading sector within agriculture, which produces over one third of meat worldwide (in Hungary as well). The production is influenced by various factors, including viral infectious diseases. Currently routine vaccination is performed against 15-20 different virus infections. Widespread vaccine use, however, may have some undesirable consequences. One need to mention, for example, the emergence of new virus variants or the appearance of new disease forms associated with well-known viruses. In order to understand and track such events which originate from the genetic variability of viruses, rapid and efficient laboratory tools are needed that enable detailed characterization of the causative agent. In our research grant proposal we aim at integrating the so called next generation sequencing methods in routine diagnostics of veterinary virology and molecular epidemiologic investigations. These objectives will be achieved by improvements of NGS related methods and by genetic characterization of several hundred virus strains. We believe that the results of our research will be useful in developing new diagnostic methods and will extend current knowledge about evolutionary biology of poultry viruses.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
Az újgenerációs szekvenálási (NGS) módszerekkel végzett teljes vírusgenom-elemzések forradalmasították a virológiai kutatásokat, beleértve a vírusos betegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálatát is. A benyújtott kutatási tervben egy rutin, NGS-alapú, vírusok kimutatására és jellemzésére alkalmas megközelítést kínáltunk, melyet a vakcinázással megelőzhető vírusos baromfibetegségek molekuláris epidemiológiai vizsgálataiban alkalmaztunk. A kutatási időszak elején a mintaelőkészítés (úm. vírus örökítőanyag dúsítása) jelentette a legfőbb módszertani kihívást. Alkalmas mintaelőkészítési módszereket találtunk 12 víruscsalád fontosabb képviselőinek vizsgálatára. A rendelkezésre álló törzsgyűjteményeknek köszönhetően érdemi molekuláris epidemiológiai felmérést is csaknem minden vizsgált víruscsoportnál el tudtunk végezni. Nagyszámú törzs (>100-100) genomját határoztuk meg több víruscsoport esetében (reovírusok, adenovírusok, coronavírusok). Ezeknél a vírusoknál hazai vírusizolátumokat tartalmazó gyűjtemények feldolgozása mellett lehetőségünk volt nemzetközi gyűjtésből származó törzseket is vizsgálni. E vírusokon kívül a megfelelő számú minta lehetővé tette több más víruscsoportnál is a mélyebb evolúciós folyamatok feltérképezését (orthomyxovírusok, paramyxovírusok, polyomavírusok, CRESS DNA vírusok). A tudomány számára új vírusokat (reovírusok) és ismert vírusok új genotípusait is azonosítottuk (adenovírusok, CRESS DNS vírusok, orthobunyavírusok, coronavírusok).
kutatási eredmények (angolul)
Whole genome sequencing by using various NGS platforms has revolutionized virology research, including the molecular epidemiology of viral diseases. In our research project we proposed a routine, NGS-based virus detection and characterization approach to support virus monitoring in the area of vaccine preventable viral infections in poultry. At the beginning of the project pre-analytical sample processing (i.e. enrichment of viral genomes) was the main methodological challenge. However, we found adequate solutions for 12 virus families. Thanks to the availability of two large virus isolate collections we had sufficient amount of viruses to perform molecular epidemiological studies for nearly all major virus groups represented in these strain collections. Large number of viral genomic sequences (>100-100) were determined for poultry reoviruses, adenoviruses and coronaviruses. In these collections international isolates were also represented. In addition, the number of strains in some additional virus families (orthomyxoviruses, paramyxoviruses, polyomaviruses, CRESS DNA viruses) permitted deeper epidemiologic analyses and understanding the major driving forces of molecular evolution. Viruses new to science (within reoviruses) and new genotypes of known viruses (within adenoviruses, CRESS DNA viruses, orthobunyaviruses, coronaviruses) were alike identified.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120201
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
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 Research, 2018 Sep 15;257:57-62. doi: 10.1016/j.virusres.2018.09.001., 2018
Fehér E, Bálint Á, Marton S, Bali K, Belák S, Bányai K: Coding-complete genome sequencing suggests that Newcastle disease virus challenge strain Herts’33 (IVMP) may represent a distinct genotype, Archives of Virology, 2019
Palya V, Kovács EW, Marton S, Tatár-Kis T, Felföldi B, Forró B, Domán M, Bányai K: Novel Orthobunyavirus Causing Severe Kidney Disease in Broiler Chickens, Malaysia, 2014-2017, Emerging Infectious Diseases, 2019
Kaszab E, Lengyel G, Marton S, Dán Á, Bányai K, Fehér E: Occurrence and genetic diversity of CRESS DNA viruses in wild birds: a Hungarian study, Scientific Reports 2020; 10: 7036, 2020
Kaszab E, Marton S, Dán Á, Farsang A, Bálint Á, Bányai K, Fehér E: Molecular epidemiology and phylodynamics of goose hemorrhagic polyomavirus, Transboundary and Emerging Diseases, 2020
Mató T, Tatár-Kis T, Felföldi B, Jansson DS, Homonnay Z, Bányai K, Palya V: Occurrence and spread of a reassortant very virulent genotype of Infectious Bursal Disease Virus with altered VP2 amino acid profile and pathogenicity in some European co, Veterinary Microbiology 2020; 245: 108663, 2020
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 Research, 2018 Sep 15;257:57-62. doi: 10.1016/j.virusres.2018.09.001., 2018
Fehér E, Bálint Á, Marton S, Bali K, Belák S, Bányai K: Coding-complete genome sequencing suggests that Newcastle disease virus challenge strain Herts’33 (IVMP) may represent a distinct genotype, Archives of Virology, 2020;165:245-248. doi: 10.1007/s00705-019-04441-4, 2020
Kaszab E, Lengyel G, Marton S, Dán Á, Bányai K, Fehér E: Occurrence and genetic diversity of CRESS DNA viruses in wild birds: a Hungarian study, Scientific Reports 2020; 10: 7036. doi.org/10.1038/s41598-020-63795-x, 2020
Kaszab E, Marton S, Dán Á, Farsang A, Bálint Á, Bányai K, Fehér E: Molecular epidemiology and phylodynamics of goose hemorrhagic polyomavirus, Transboundary and Emerging Diseases, 2020;67:2602-2608. doi.org/10.1111/tbed.13608, 2020
Mató T, Tatár-Kis T, Felföldi B, Jansson DS, Homonnay Z, Bányai K, Palya V: Occurrence and spread of a reassortant very virulent genotype of Infectious Bursal Disease Virus with altered VP2 amino acid profile and pathogenicity in some European countries, Veterinary Microbiology 2020; 245: 108663. doi: 10.1016/j.vetmic.2020.108663, 2020
Kaszab E, Marton S, Erdélyi K, Bányai K, Fehér E.: Genomic evolution of avian polyomaviruses with a focus on budgerigar fledgling disease virus., Infection Genetics and Evolution, 2021;90,104762. doi.org/10.1016/j.meegid.2021.104762, 2021
Homonnay Z, Jakab S, Bali K, Kaszab E, Kiss I, Palya V, Bányai K.: Genome sequencing of a novel variant of Fowl adenovirus B reveals mosaicism in the pattern of homologous recombination events., Archives of Virology, doi.org/10.1007/s00705-021-04972-9, 2021
Farkas S, Varga-Kugler R, Ihász K, Marton S, Gál J, Palya V, Bányai K.: Genomic characterization of avian and neoavian orthoreoviruses detected in pheasants., Virus Research, doi.org/10.1016/j.virusres.2021.198349, 2021
Bali K, Bálint Á, Farsang A, Marton S, Nagy B, Kaszab E, Belák S, Palya V, Bányai K.: Recombination events shape the genomic evolution of infectious bronchitis virus in Europe, Viruses, in press, 2021
Kiss I, Homonnay ZG, Mató T, Bányai K, Palya V.: Research Note: An overview on distribution of fowl adenoviruses, Poultry Science, doi.org/10.1016/j.psj.2021.101052, 2021



vissza »