Здоровье животных имеет жизненно важное значение для глобального благосостояния, экономического развития, продовольственной безопасности и качества продуктов питания.
Однако вирусы животных представляют собой значительную угрозу, вызывая болезни домашнего и дикого скота, экономические трудности и зоонозные заболевания, которые могут пересекать видовые барьеры и угрожать здоровью человека. Тяжелый острый респираторный синдром (SARS), птичий грипп A (H5N1) и коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) служат ярким напоминанием об этих рисках.
Для борьбы с этими вирусными врагами срочно необходимы надежные стратегии. Точная диагностика вирусных инфекций и разработка эффективных вакцин являются важнейшими компонентами таких стратегий. В данном обзоре рассматриваются вопросы разработки новых диагностических методов для различных вирусов животных, а также достижения в разработке вакцин с использованием различных технологий. Обзор включает 23 статьи, из которых 11 посвящены разработке, оценке и применению диагностических методов. Остальные 12 статей посвящены разработке и оценке вакцин.
Диагностика вирусных инфекций у животных
Традиционно диагностика вирусных инфекций у животных основывалась на клинических признаках, патологии, обнаружении антигенов и антител. Клинические признаки и патологоанатомические данные у инфицированных вирусами животных очень изменчивы из-за факторов вируса и хозяина, и их часто путают с другими заболеваниями животных. Хорошо зарекомендовавшие себя лабораторные методы, такие как выделение вируса, полимеразная цепная реакция в реальном времени (RT-PCR) и иммуноферментный анализ (ELISA), повысили точность диагностики.
Последние достижения позволили продвинуться на шаг вперед, предлагая более быстрые и эффективные методы. Так, Yu et al. разработали иммунохроматографическую полоску из коллоидного золота (GICG) с усиленным сигналом по принципу сэндвича с двумя антителами и систему усиления сигнала на основе ферментов для выявления парвовируса крупного рогатого скота (BPV). Чувствительность полосок GICG с усиленным сигналом оказалась в 10 раз выше, чем у традиционных полосок GICG.
Liu, Sheng et al. разработали чувствительный и специфичный количественный ПЦР-анализ в реальном времени на основе TaqMan для выявления нового цирковируса норки (MiCV).
Li, Liu et al. создали моноклональные антитела против капсидного белка утиного цирковируса и исследовали возможность их применения для выявления нативного вирусного антигена.
Li, Wang et al. разработали количественный ПЦР-анализ с моноазидом пропидия для эффективной дискриминации инфекционного и инактивированного вируса африканской чумы свиней (ASFV). Его интеграция в рутинную диагностику может значительно улучшить интерпретацию положительных результатов ASFV, что приведет к повышению точности выявления инфицированных случаев.
Мультиплексные ПЦР-анализы значительно повышают производительность диагностики за счет одновременного выявления нескольких патогенов в одной реакции. Такой подход имеет ряд преимуществ: снижение затрат, минимальные требования к образцам и более быстрое время выполнения. Ren, Zu et al. разработали мультиплексный анализ ПЦР в реальном времени с использованием зондов TaqMan для одновременного выявления вируса эпидемической диареи свиней (PEDV), ротавируса свиней (PoRV) и дельтакоронавируса свиней (PDCoV) - важных вирусов диареи в стадах свиней. Ожидается, что этот метод внесет значительный вклад в предотвращение и контроль распространения инфекционных заболеваний, а также поможет в проведении эпидемиологических расследований.
Yan et al. разработали двойную полимеразную цепную реакцию с использованием наночастиц (Nano-PCR) для одновременного обнаружения кошачьего калицивируса (FCV) и кошачьего герпесвируса типа I (FHV-I). Анализ показал высокую специфичность и чувствительность при исследовании клинических образцов кошачьих инфекций верхних дыхательных путей.
Секвенирование следующего поколения (NGS) произвело революцию в вирусной диагностике. Оно позволяет идентифицировать ранее неизвестные или некультивируемые вирусы, что является значительным прогрессом по сравнению с традиционными методами. В рамках данной темы исследования Goraichuk et al. разработали превосходный метод с использованием ДНКзы для удаления рибосомальной РНК (рРНК) хозяина перед подготовкой библиотеки. Этот метод значительно повышает чувствительность и точность обнаружения вирусов в клинических образцах с помощью NGS. Их анализ 28S рРНК RT-qPCR послужил ценной основой для разработки этих стратегий истощения РНК хозяина. Кроме того, машинное обучение, основанное на современных вычислительных технологиях, стало мощным инструментом для анализа данных и диагностики заболеваний.
Liu, Zhou et al. объединили машинное обучение с анализом причинно-следственных связей для выявления общих механизмов между COVID-19 и острым инфарктом миокарда (ОИМ). Они использовали 20 основных алгоритмов машинного обучения, чтобы создать мощный диагностический предиктор. Этот метод позволяет оценить риск развития ОИМ у конкретного пациента с COVID-19. Эти результаты дают новое представление о связи COVID-19 и ОИМ, прокладывая путь для будущих достижений в области профилактической, персонализированной и точной медицины.
Несколько исследований в рамках этого обзора были посвящены применению диагностики в области здоровья животных. Sánchez-Morales et al. использовали суррогатный ИФА-набор для анализа сыворотки крови случайно отобранных животных в ретроспективном исследовании SARS-CoV-2. Результаты исследования свидетельствуют о более высокой восприимчивости к инфекции у кошек по сравнению с собаками. Кроме того, исследование выявило значительно повышенный риск заражения домашних животных, живущих в тесном контакте с инфицированными владельцами, по сравнению с животными, содержащимися в приютах с ограниченным общением с людьми.
Uddin et al. использовали изолированную изотермическую ПЦР (iiPCR) наряду с традиционной ПЦР и выделением вируса для обнаружения вируса кожной болезни Лумпи (LSDV) в образцах тканей от больного крупного рогатого скота. Этот подход позволил выяснить потенциальный источник циркулирующего штамма LSDV и определить инактивированный антиген LSDV в качестве перспективного кандидата на вакцину.
Magouz et al. исследовали распространенность вариантов собачьего парвовируса-2 (CPV-2) среди собак в Египте. В их исследовании использовались ПЦР и полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (RFLP) с последующим секвенированием VP2 в образцах от клинически инфицированных собак. Результаты подтвердили широкое распространение CPV-2 в египетской популяции собак, что подчеркивает необходимость постоянного мониторинга. Полученные данные могут способствовать ранней и точной диагностике заболевания, что в конечном итоге поможет в разработке новых стратегий вакцинации.
Разработка вакцин для животных
Учитывая отсутствие противовирусных препаратов широкого спектра действия, вакцинация остается важнейшим инструментом профилактики и борьбы с вирусными инфекциями у животных. Вакцины для животных не только помогают бороться с болезнями животных-компаньонов, но и обеспечивают безопасность продуктов питания, поддерживая здоровое поголовье скота.
В зависимости от типов технологий, используемых для производства антигенов и создания вакцин, существует четыре типа вакцин для животных:
(i) тип I (цельный вирус): инактивированные, убитые,
(ii) тип II (цельный вирус): модифицированный живой аттенуированный, модифицированный на основе обратной генетики,
(iii) тип III (фракция/компонент): субъединицы, вирусоподобные частицы, генетическая ДНК или РНК, убитые рекомбинантные векторы,
(iv) тип IV (фракция/компонент): рекомбинантные вирусные векторы, экспрессирующие антигены.
Было создано множество традиционных вакцин типов I и II для животных-компаньонов и домашнего скота. В данном обзоре освещаются достижения в разработке вакцин типа I и II.
Shin et al. продемонстрировали, что инактивированная вакцина против ящура (FMD) с адъювантом из глицирризиновой кислоты вызывает мощный врожденный и адаптивный иммунный ответ против ящура у мышей и свиней.
Cao et al. использовали систему трансформации-ассоциированной рекомбинации (TAR) на основе дрожжей для генной инженерии вируса инфекционного перитонита кошек с целью разработки вакцины.
Xu et al. успешно создали перспективные кандидаты в вакцины из живого аттенуированного вируса псевдорабиса (PRV), используя подход к деоптимизации кодонов. Одна из вакцин продемонстрировала хорошую безопасность и высокий уровень нейтрализации вируса у поросят, что делает ее потенциальным решением против вариантов PRV.
Все большее количество рационально сконструированных вакцин типов III и IV разрабатывается и выходит на рынок. В данном обзоре представлены семь статей, посвященных достижениям в области этих типов вакцин. Zhang Y. et al. исследовали Bacillus subtilis (B. subtilis, грамположительная бактерия, безопасная и нетоксичная для человека и животных) в качестве вектора для разработки пероральной вакцины против бешенства. Они сконструировали рекомбинантную B. subtilis, экспрессирующую G-белок вируса бешенства. Результаты показали, что рекомбинантные штаммы B. subtilis обладают отличной иммуногенностью и могут стать новыми кандидатами на пероральную вакцину для профилактики и борьбы с бешенством диких животных.
Ren, Madera et al. предложили оптимизированный метод выделения высококачественной вирусной ДНК из крупных ДНК-вирусов и создания рекомбинантных вакцин PRV, что упрощает разработку вакцин.
Zhang H. et al. разработали вакцину на основе дрожжей, экспрессирующую белки гемагглютинина (HA) гриппа из штаммов H5N8, H7N9 и H9N2. Эта пероральная вакцина, введенная цыплятам, показала свою эффективность в усилении мультисистемного иммунного ответа против гриппа H9N2. Полученные результаты свидетельствуют о том, что пероральные мультивалентные вакцины против гриппа птиц на основе дрожжей представляют собой привлекательную стратегию обновления защитных функций хозяина через перестройку мультисистемного иммунного гомеостаза.
Zhao et al. определили белок PRV gD в качестве потенциального кандидата в вакцины. Полученные ими данные свидетельствуют о том, что он может быть эффективным средством защиты животных от инфекции PRV.
Hou et al. разработали мультиэпитопную вакцину, направленную против вируса эпидемической диареи свиней (PEDV) и дельтакоронавируса свиней (PDCoV).
Zhou et al. идентифицировали В-клеточный эпитоп в Senecavirus A (SVA), который может быть использован для разработки маркерной вакцины против этого заболевания.
Fan et al. идентифицировали гены L11L и L7L в геноме ASFV как факторы вирулентности. Удаление этих генов ослабило вирус, что указывает на потенциальные мишени для будущих вакцин.
Этот обзор также подчеркивает важность оценки эффективности вакцин против циркулирующих вирусов. Mosad et al. исследовали генетическое разнообразие между штаммами ортовируса птиц (ARV), циркулирующими в Египте, и текущим вакцинным штаммом. Они обнаружили значительные генетические и белковые различия, что указывает на необходимость создания новой вакцины из штаммов ARV, выделенных на местном уровне.
Аналогичным образом, Yang et al. изучили перекрестную защиту между различными генотипами кошачьего калицивируса. Используя анализ перекрестной нейтрализации и испытания in vivo, они определили штамм DL39 как перспективного кандидата с широким спектром защиты от различных генотипов FCV.
Заключение и перспективы на будущее
Данный обзор посвящен последним достижениям в диагностике и профилактике вирусных инфекций у животных. В нем представлен целый ряд диагностических инструментов, начиная с устоявшихся методов, таких как ИФА и ПЦР, и заканчивая передовыми методами, такими как нано-ПЦР, NGS и машинное обучение. Разработка вакцин также занимает центральное место, при этом изучаются как традиционные инактивированные вакцины, так и передовые субъединичные и рекомбинантные векторные методы. Эти достижения позволяют ветеринарам и чиновникам здравоохранения защищать здоровье животных и людей.
Заглядывая в будущее, можно сказать, что борьба с вирусами животных - это постоянная битва. Непрерывное совершенствование диагностических инструментов по-прежнему имеет решающее значение. В будущем тестирование на местах даст быстрые результаты, что потенциально изменит ветеринарное здравоохранение за счет более быстрого и целенаправленного вмешательства. Аналогичным образом, исследования в области универсальных вакцин с широким спектром защиты обладают огромным потенциалом, особенно в условиях появления новых вирусов и антигенных вариаций.
Расширение международного сотрудничества и обмена информацией может значительно ускорить разработку вакцин. Кроме того, насущной необходимостью является улучшение выявления патогенов в дикой природе. Нам нужны надежные инструменты для диагностики возникающих и вновь появляющихся заболеваний, угрожающих исчезающим видам или представляющих зоонозный риск. Это включает разработку инновационных, неинвазивных методов отбора проб, использование новых технологий для всесторонней характеристики патогенов, а также совершенствование стратегий анализа данных и эпиднадзора. Оставаясь на переднем крае научных достижений и поощряя постоянные инновации, мы можем значительно улучшить здоровье животных и людей.
