Diversity of Enterovirus genotypes and recombinant strains circulating in pediatric patients with acute gastroenteritis

ความหลากหลายของสายพันธุ์และสายพันธุ์ลูกผสมของไวรัสเอนเทอโรที่แพร่กระจายในผู้ป่วยเด็กที่มีอาการกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลัน

Name: Zhenfeng Xie

ThaSH: Intestines -- Inflammation

LCSH: Enteroviruses

LCSH: Enterovirus diseases

LCSH: Recombinant viruses

LCSH: Intestines -- Inflammation

Abstract: Enteroviruses (EVs) have been increasingly recognized as potential causative pathogens of acute gastroenteritis (AGE) in infants and young children worldwide. In the past decade, a number of different EV genotypes have been identified in AGE patients and EV prevalence has remarkably increased. Recombination is a common phenomenon and plays a crucial role in the evolution of EVs, significantly contributing to their adaptability, spread, and increase in virulence. Monitoring the EV epidemiology and identifying the circulating EV recombinants in pediatric patients are essential for better understanding the emergence of novel EV lineages and their epidemiological significance. This study aimed to investigate the epidemiological patterns and molecular characteristics of EV infections in children admitted to the hospitals with AGE in Chiang Mai, Thailand, from 2019 to 2022. Additionally, the study characterized and identified potential EV recombinant strains in the EV-infected cases during the period 2013–2020. A total of 1,148 stool samples collected from children hospitalized with AGE were screened for the presence of EVs using reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). The overall prevalence of EV in AGE patients was 8.8% (101 out of 1148 cases). Among the EV-positive cases, 68.3% of cases were solely infected with EV, suggesting that EV plays a potential role in AGE. The highest prevalence of EV infection was observed in 2019 at 11.7%, but a significant decline occurred during the post-COVID-19 pandemic, with infection rates dropped to 9.6% in 2020 and declined further to 5.4% and 5.5% in 2021 and 2022, respectively. The seasonal distribution of EV infections showed a significant peak during the rainy season (July to October), which aligns with the typical seasonal pattern of EV transmission in tropical regions. Genotyping and phylogenetic analysis of the EV strains detected in this study revealed that the most prevalent species was EV-A (37.5%), followed by EV-B (32.3%), EV-C (29.2%), and EV-D (1.0%). Among 25 EV genotypes detected, coxsackievirus A2 (CVA2) (13.5%), CVB2 (7.3%), and CVA24 (5.2%) were the most predominant genotypes. Interestingly, in 2019, CVA2 emerged as the predominant genotype and exhibited a unique evolution pattern in the phylogenetic tree. To investigate the molecular epidemiology, evolutionary dynamics, and recombination characteristics of the detected CVA2 strains, whole genome of 19 CVA2 strains detected in AGE patients in Chiang Mai, Thailand from 2013 to 2022 were amplified and sequenced. The full-length genome sequences of these CVA2 were analyzed in comparison with those of the reference sequences available in the GenBank database. Phylogenetic analysis of full-length VP1 region demonstrated that 15 out of 19 CVA2 strains detected in this study formed a novel lineage, designated as subgenotype C5. Other 4 CVA2 strains clustered with the reference strains previously known as subgenotype C1. Whole-genome sequence recombination analysis indicated that these CVA2 subgenotype C5 were intertypic recombinant strains of CVA2 and CVA10 in the P1 structural region and P2–P3 non-structural region, respectively. The recombination breakpoints were identified in the 2B gene within the P2 region of all CVA2 recombinant strains. Four CVA2 subgenotype C1 strains were non-recombinant strains. Amino acid mutation analysis of whole genome sequence of CVA2 recombinant strains showed that mutation of A61S in the VP3 gene and R136K in the 3D (RdRp) gene were identified in all CVA2 recombinant strains detected in this study. In addition, the S45G mutation in the RdRp gene was found to be potentially associated with the emergence of CVA2 recombinant strains circulating from 2019 to 2022. Notably, CVA2 non-recombinant strains detected before 2019, except for CMH-ST077-17, did not contain the S45G mutation in their genomes. In conclusion, this study revealed high divergence of EV genotypes circulating in pediatric patients with AGE in Chiang Mai, Thailand during 2019–2022 and the emergence of novel CVA2 subgenotype C5 recombinant strains containing specific amino acid mutations. These findings enhance understanding of the epidemiology, molecular characteristics, evolution, and genetic relationship of EV strains circulating in AGE patients and emphasize the importance of continued monitoring the prevalence, diversity, and emergence of novel EV strains associated with AGE.

Abstract: ไวรัสเอนเทอโรเป็นเชื้อไวรัสที่พบบ่อยว่าเป็นสาเหตุที่อาจทำให้เกิดโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันในเด็กทารกและเด็กเล็กทั่วโลก ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาเชื้อไวรัสเอนเทอโรหลากหลายสายพันธุ์ถูกตรวจพบในผู้ป่วยโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันและความชุกในการตรวจพบเชื้อไวรัสก็เพิ่มมากขึ้น การแลกเปลี่ยนท่อนยีนภายในสารพันธุกรรม (recombination) ของไวรัสเอนเทอโรเป็นปรากฎการณ์ที่พบได้บ่อยและมีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของไวรัส ทำให้ไวรัสมีความสามารถในการปรับตัว แพร่กระจาย และเพิ่มความรุนแรงในการก่อโรคได้ การศึกษาระบาดวิทยาและตรวจหาไวรัสเอนเทอโรสายพันธุ์ลูกผสม (recombinant strains) ที่แพร่ระบาดในผู้ป่วยเด็กเป็นสิ่งสำคัญที่ช่วยให้เกิดความเข้าใจการอุบัติขึ้นของไวรัสเอนเทอโรสายพันธุ์ใหม่มากขึ้น การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาระบาดวิทยาและคุณลักษณะเฉพาะในระดับโมเลกุลของเชื้อไวรัสเอนเทอโรที่พบในเด็กที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลด้วยโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันในจังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทยตั้งแต่ปี พ.ศ. 2562 ถึง 2565 นอกจากนี้ การศึกษานี้ยังตรวจพิสูจน์คุณลักษณะเฉพาะของเชื้อไวรัสเอนเทอโรสายพันธุ์ลูกผสมที่ตรวจพบในผู้ป่วยที่ติดเชื้อไวรัสเอนเทอโรในช่วงปี พ.ศ. 2555 ถึง 2565 อีกด้วย ตัวอย่างอุจจาระทั้งหมดจำนวน 1,148 ตัวอย่างที่เก็บจากเด็กที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลด้วยโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันถูกนำมาตรวจหาสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัสเอนเทอโรโดยอาศัยเทคนิค reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) พบอัตราการติดเชื้อไวรัสเอนเทอโรโดยรวมอยู่ที่ร้อยละ 8.8 ในตัวอย่างที่ให้ผลบวกนี้พบการติดเชื้อไวรัสเอนเทอโรอย่างเดียวคิดเป็นร้อยละ 68.3 ซึ่งบ่งชี้ว่าเชื้อไวรัสชนิดนี้มีบทบาทสำคัญต่อการก่อโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลัน พบอัตราการติดเชื้อไวรัสเอนเทอโรสูงสุดในปี พ.ศ. 2562 คิดเป็นร้อยละ 11.7 แต่พบว่าอัตราการติดเชื้อนั้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังการแพร่ระบาดของโรคโควิด-19 โดยอัตราการติดเชื้อลดลงเหลือ 9.6% ในปีพ.ศ. 2563 และลดลงต่อเนื่องในปีพ.ศ. 2564 และ 2565 เหลือเพียงร้อยละ 5.4 และ 5.5 ตามลำดับ การติดเชื้อไวรัสเอนเทอโรพบได้สูงสุดในช่วงฤดูฝน (เดือนกรกฎาคมถึงตุลาคม) ซึ่งสอดคล้องกับของการแพร่กระจายของเชื้อไวรัสเอนเทอโรที่พบในพื้นที่ที่มีภูมิอากาศแบบร้อนชื้น การศึกษาสายพันธุ์และวิวัฒนาการของเชื้อไวรัสเอนเทอโรโดยการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ทางไฟโลเจเนติก (Phylogenetic analysis) พบว่าไวรัสเอนเทอโรสปีชีส์ที่แพร่ระบาดมากที่สุดคือ สปีชีส์เอ (EV-A) พบร้อยละ 37.5 ตามด้วย EV-B ร้อยละ 32.3 EV-C ร้อยละ 29.2 และ EV-D ร้อยละ 1.0 การศึกษานี้ตรวจพบไวรัสเอนเทอโรจำนวน 25 สายพันธุ์ โดยไวรัสที่พบบ่อย ได้แก่ ไวรัสคอกซากี เอ 2 (CVA2) ร้อยละ 13.5 ไวรัสคอกซากี บี 2 (CVB2) ร้อยละ 7.3 และไวรัสคอกซากี เอ 24 (CVA24) ร้อยละ 5.2 เป็นที่น่าสนใจว่าในปี พ.ศ. 2562 ได้มีการตรวจพบไวรัสคอกซากี เอ 2 สูงที่สุดและไวรัสเหล่านี้มีรูปแบบการวิวัฒนาการที่จำเพาะเมื่อวิเคราะห์ทางไฟโลเจเนติก ดังนั้นเพื่อทำการศึกษาระบาดวิทยาในระดับโมเลกุล การเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ และลักษณะสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ของไวรัสคอกซากี เอ 2 จึงได้ทำการเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมเต็มความยาว (whole genome) ของไวรัสคอกซากี เอ 2 ที่ถูกตรวจพบในผู้ป่วยโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันในจังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทยตั้งแต่ปี พ.ศ. 2556 ถึง 2565 จำนวนทั้งหมด 19 ตัวอย่าง และศึกษาลำดับของนิวคลีโอไทด์ของสารพันธุกรรมเต็มความยาวของไวรัสคอกซากี เอ 2 ที่ตรวจนี้พบเปรียบเทียบกับลำดับนิวคลีโอไทด์ของไวรัสอ้างอิงที่มีรายงานมาก่อนหน้านี้ในฐานข้อมูล GenBank การวิเคราะห์ไฟโลเจเนติกของสารพันธุกรรมในส่วนยีน VP1 เต็มความยาวพบว่าเชื้อไวรัสคอกซากี เอ 2 จำนวน 15 สายพันธุ์จากทั้งหมด 19 สายพันธุ์มีการจัดเรียงตัวอยู่ในกลุ่มใหม่นี้ ตั้งชื่อว่า สายพันธุ์ย่อย ซี 5 (subgenotype C5) ซึ่งเป็นสายพันธุ์ย่อยที่ไม่เคยมีรายงานมาก่อนหน้านี้ ส่วนไวรัสคอกซากี เอ 2 อีก 4 สายพันธุ์ที่เหลือถูกจัดกลุ่มอยู่ในสายพันธุ์ย่อย ซี 1 (subgenotype C1) ซึ่งเป็นสายพันธุ์ย่อยที่เคยมีผู้รายงานการค้นพบมาก่อน การศึกษาการเกิดรีคอมบีเนชั่น (recombination) ในสารพันธุกรรมเต็มความยาวของไวรัสคอกซากี เอ 2 สายพันธุ์ย่อย ซี 5 บ่งชี้ว่า ไวรัสเหล่านี้เป็นสายพันธุ์ลูกผสมระหว่างไวรัสคอกซากี เอ 2 และ เอ 10 โดยมียีนในส่วนที่กำหนดการสร้างโปรตีนโครงสร้าง P1 และยีนในส่วนที่กำหนดการสร้างโปรตีนอื่นที่ไม่ใช่โครงสร้าง P2-P3 ที่มาจากไวรัสคอกซากี เอ 2 และ เอ 10 ตามลำดับ และตำแหน่งที่เกิดการแลกเปลี่ยนท่อนยีนของเชื้อไวรัสนั้นอยู่ในยีน 2B ของส่วน P2 สำหรับไวรัสคอกซากี เอ 2 สายพันธุ์ย่อย ซี 1 พบว่าเป็นไวรัสสายพันธุ์ดั้งเดิมที่ไม่ได้เป็นสายพันธุ์รีคอมบีแนนท์ การศึกษาการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนในสารพันธุกรรมเต็มความยาวพบการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโน A16S ที่อยู่ในยีน VP3 และ R136K ที่อยู่ในยีน 3D (RdRp) ของไวรัสคอกซากี เอ 2 ที่เป็นสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ทุกตัวที่ตรวจพบในการศึกษาในครั้งนี้ นอกจากนี้ยังพบว่าการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโน S45G ที่อยู่ในยีน RdRp อาจจะเกี่ยวข้องกับการอุบัติใหม่ของไวรัสคอกซากี เอ 2 ที่เป็นสายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ที่แพร่ระบาดในช่วงปีพ.ศ. 2562 ถึง 2565 ซึ่งเป็นที่น่าสังเกตว่าไวรัสคอกซากี เอ 2 ที่ถูกตรวจพบก่อนปี พ.ศ. 2562 ที่เป็นไวรัสดั้งเดิม ยกเว้น CMH-ST077-17 ไม่มีการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโน S45G นี้ โดยสรุป การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายของสายพันธุ์เชื้อไวรัสเอนเทอโรที่แพร่ระบาดในผู้ป่วยเด็กโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลันในจังหวัดเชียงใหม่ของประเทศไทยในช่วงปี พ.ศ. 2562 ถึง 2565 และการอุบัติของไวรัสคอกซากี เอ 2 สายพันธุ์ย่อย ซี 5 ที่เป็นไวรัสลูกผสมที่มีการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนที่จำเพาะในหลายตำแหน่ง ข้อมูลการค้นพบเหล่านี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจทางด้านระบาดวิทยา คุณลักษณะเฉพาะในระดับโมเลกุล การเปลี่ยนแปลงทางด้านวิวัฒนาการและความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมของเชื้อไวรัสเอนเทอโรที่แพร่ระบาดในผู้ป่วยเด็กโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบเฉียบพลัน และเน้นย้ำให้ตระหนักถึงความสำคัญของการตรวจติดตามความชุก ความหลากหลายของสายพันธุ์และการอุบัติใหม่ของไวรัสเอนเทอโรสายพันธุ์ใหม่ๆ ที่อาจเกี่ยวข้องกับโรคกระเพาะอาหารและลำไส้อักเสบแบบเฉียบพลันอย่างต่อเนื่อง

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Kattareeya Kumthip

Role: Advisor

Name: Niwat Maneekarn

Role: Advisor

Name: Pattara Khamrin

Role: Advisor

Created: 2024

Modified: 2025-04-03

Issued: 2024-12-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Microbiology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	640751021.pdf	1.38 MB

ใช้เวลา

0.026273 วินาที