Abstract

Molecular genomic characterization of tick- and human-derived severe fever with thrombocytopenia syndrome viruses isolated in South Korea


Yun Seok-Min, Park Sun-Whan, Lee Won-Ja, Lee Joo-Yeon*
Division of Emerging Infectious Disease and Vector Research, Center for Infectious Diseases Research, National Institute of Health, KCDC
Park Su-Jin, Choi Young-Ki
College of Medicine and Medical Research Institute, Chungbuk National University

Background: Severe fever with thrombocytopenia syndrome (SFTS) is an emerging tick-borne viral disease caused by the SFTS virus (SFTSV). During entomological surveillance of SFTSV infection of Korean ticks collected in SFTS outbreak areas, we isolated one SFTS virus and designated KAGWT. In addition, we isolated three SFTSVs from patients with typical SFTS symptoms.
Methods/Results: In this study, we intended to report the complete genomic sequences of these isolates and compare the genetic and evolutionary characteristics between tick- and human-derived Korean SFTSV isolates. Genetic and phylogenetic analyses of these sequences revealed that the tick-derived Korean SFTSV strain was clustered into genotype B, the most prevalent genotype in South Korea, and was closely related to other SFTSV in the same group. Furthermore, our results show that at least four different genotypes of SFTSV strains are co-circulating in South Korea.
Conclusion: These findings provide information on regarding the molecular epidemiology, genetic diversity, and evolution of SFTSV in East Asia.

Keywords: Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus, Tick, Human, South Korea


들어가는 말

중증열성혈소판감소증후군(Severe fever with thrombocytopenia syndrome, SFTS)은 고열, 소화기 증상(구토, 설사, 구역질 등), 혈소판 감소, 백혈구 감소 등을 특징으로 하는 중증열성 바이러스성 질환으로, 2011년 중국에서 처음으로 보고된 이후 2013년에 일본 및 국내에서도 환자발생이 확인되었다[1-3]. 원인 병원체는 Bunyaviridae과 Phlebovirus속에 속하는 SFTS 바이러스로서, 음성가닥의 RNA를 유전자로 갖는데 이는 총 3개의 분절 (L, M, S)로 구성되어있다[1]. 전파 경로는 SFTS 바이러스에 감염된 참진드기 교상에 의한 감염이 일반적이지만, 혈액이나 체액을 통한 사람 간 전파도 보고되어있다[4]. 국내의 경우, 2013년 강원지역에서 SFTS에 의한 첫 사망환자가 보고된 후로, 2013년 36건, 2014년 55건, 2015년 79건, 2016년 165건이 발생하여 매년 환자가 증가하였으며, 치명률도 평균 22%로 확인되었다[5]. 이 글에서는 국내 서식 작은소피참진드기(Haemaphysalis longicornis) 및 SFTS 환자 혈청에서 분리된 SFTS 바이러스의 전체 유전자 염기서열 비교 분석을 통해 참진드기 및 사람 유래 SFTS 국내 분리주의 분자유전학적 특성에 대해 알아보고자 하였다.


몸 말


본 연구에서는 사람과 진드기에서 유래된 국내 분리주 4주에 대한 유전자 정보를 분석하였다. 이중 인체 유래주 3주는 충북지역 SFTS 환자 혈청으로부터 분리되었으며(CB1, CB2, CB3), 진드기 유래 1주는 2013년 SFTS 환자발생지역(강원 삼척)에서 채집한 작은소피참진드기로부터 분리되었다(KAGWT) (Table 1)[6]. 이 바이러스에 대한 전체 유전자 정보 분석은 Sanger 방법을 통해 확인하였다. 이후 기존에 중국, 일본 및 국내에서 확인된 SFTS 바이러스와의 염기서열 및 계통 유연관계 분석, 분절 간 재조합 (reassortment) 여부를 분석하였다.
참진드기 및 사람 유래 국내 분리주의 전체 염기서열 확인 결과, 기존 phlebovirus 속에 속하는 바이러스들의 유전자 구성과 동일한 3개 유전자로 분절화 되어있음을 확인하였다. 즉, 6,368 nucleotides (nt) 크기의 L 분절, 3,378 nt 크기의 M 분절 및 1,746 nt 크기의 S 분절로 구성됨을 확인하였다. 또한 기존 bunyaviruses에 대한 연구 결과, 각 분절의 상보적인 시퀀스에 의해 형성되는 panhandle-like 구조는 tranion initiation, viral RNA replication/encapsidation 및 viral genome packaging에 있어서 중요한 역할을 한다고 알려졌는데[8], 이 연구를 통해 확인된 참진드기, 사람 유래 국내 분리주 및 기존 분리주에서도 이 부분의 염기서열은 비교적 잘 보존된 것을 확인할 수 있었다(Figure 1).
참진드기 유래 국내 분리주인 KAGWT주의 경우, 사람 유래 국내 분리주와의 염기서열(아미노산 서열) 비교 결과, L 분절은 95.9(99.3)～99.9(100)%, M 분절은 94.0(98.4)～99.8(99.8)%, S 분절은 94.9(98.3)～99.9(100)%의 염기서열(연역된 아미노산 서열) 상동성을 보였다. 특히, 국내 분리주 중 같은 지역(강원 삼척) SFTS 환자로부터 분리된 KAGWH3주와 가장 높은 상동성을 나타냈다(Table 2). 또한, 기존 SFTS 바이러스주와의 L, Gn, Gc, NSs, NP 단백질을 이루는 아미노산 서열 비교 결과, 참진드기 유래 국내 분리주에서만 나타나는 특정 아미노산 치환은 M 분절 내 Gn 단백질의 66번 위치에서 확인되었다(Alanine에서 Serine으로 치환, A66S). 아직까지 이 부위의 아미노산 치환과 SFTSV virulence, pathogenesis 등의 연관성에 관해서는 확인된 바는 없지만, M 분절이 관여하는 중화항체 유도, 바이러스 세포 침입(entry)에 필요한 수용체 결합 등에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이와 관련해서는 추가적인 연구가 필요하다.
기존 분리주와의 계통유연관계를 각 유전자 분절별로 분석한 결과, KAGWT주는 총 6가지 유전형 (A～F) 중 유전형 B에 속했고, 상동성 결과와 동일하게 같은 지역에서 분리된 사람 유래 분리주인 KAGWH3주와 높은 유연관계를 보였다. 그러나 국내 분리주에서의 분절 간 재조합(reassortment)은 확인되지 않았다(Figures 2∼4).
또한, 참진드기 유래 국내 분리주를 포함한 총 196주의 중국, 일본, 국내 분리주에 대한 유전형 분포를 분석한 결과, 중국에서는 6가지 유전형이 모두 분포하였으며, 그 중 유전형 F가 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 반면, 일본에서는 기존 확인된 재조합(reassortant) 1주(SPL087A)를 제외하고는 모두 유전형 B에 속함을 확인할 수 있었다.
국내의 경우, 이 연구 및 기존에 보고된 바이러스 총 14주에 대한 유전형 분포를 조사한 결과, 총 4가지 유전형(A, B, D, F)이 확인되었고, 그 중 대부분은 유전형 B에 속했으며, 예외적으로 사람 유래 분리주인 CB2 주가 유전형 A에 속함을 처음으로 확인하였다(Table 3). 그러나 이 연구에 이용된 국내 분리주의 수가 적은 제한점으로 인해 보다 정확한 국내 SFTS 유행 양상 파악을 위해서는 지속적인 감시 및 광범위한 분자유전학적 분석이 필요할 것으로 사료된다.


맺는 말

본 연구에서는 국내에서 처음으로 분리, 동정된 1주의 참진드기 유래 SFTS 바이러스(KAGWT)의 전체 염기서열을 확인하였고, 사람 유래 분리주와의 분자유전학적 특성을 비교, 분석하였다. 전체 염기서열을 기초로 한 유전자 염기서열 및 계통 유연관계 분석 결과, 참진드기 및 사람 유래 SFTS 바이러스간의 연관성을 확인할 수 있었고, 국내에는 적어도 4가지 유전형(A, B, D, F)이 분포함을 확인하였다. 이 연구 결과는 SFTS 바이러스의 분자역학, 유전학적 다양성에 대한 기초자료로써 백신 및 치료제 개발뿐만 아니라 공중보건학적 관리정책에 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

이 원고는 PLoS Neglected Tropical Diseases 2017;11(9):e0005893[9]에 게재된 논문을 요약, 재편집한 내용입니다.


참고문헌


1. Yu, X. J., et al. Fever with thrombocytopenia associated with a novel bunyavirus in China. N Engl J Med. 2011;364(16):1523-32.
2. Kim, K. H., et al. Severe fever with thrombocytopenia syndrome, South Korea, 2012. Emerg Infect Dis. 2013;19(11):1892-4.
3. Takahashi, T., et al. The first identification and retrospective study of severe fever with thrombocytopenia syndrome in Japan. J Infect Dis. 2014;209(6):816-27.
4. Gai, Z., et al. Person-to-person transmission of severe fever with thrombocytopenia syndrome bunyavirus through blood contact. Clin Infect Dis. 2012;54(2):249-52.
5. 질병관리본부, 감염병웹통계시스템, Available URL:http://www.is.kdca.go.kr/dstat/index.jsp.
6. Yun, S. M., et al. First isolation of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus from Haemaphysalis longicornis ticks collected in severe fever with thrombocytopenia syndrome outbreak areas in the Republic of Korea. Vector Borne Zoonotic Dis. 2016;16(1):66-70.
7. Fu, Y., et al. Phylogeographic analysis of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus from Zhoushan Islands, China: implication for transmission across the ocean. Sci Rep. 2016;6:19563.
8. Guu, T. S., et al. Bunyavirus: structure and replication. Adv Exp Med Biol. 2012;726:245-66.
9. Yun, S. M., et al. Molecular genomic characterization of tick- and human-derived severe fever with thrombocytopenia syndrome virus isolates from South Korea. PLoS Negl Trop Dis. 2017;11(9):e0005893.