Assessing antigenic drift and phylogeny of influenza A (H1N1) pdm09 virus in Kenya using HA1 sub-unit of the hemagglutinin gene

• DOI: 10.1371/journal.pone.0228029
• Publication Date: 2020-02-11T13:36:41Z
• Authors: Silvanos Opanda; Wallace Bulimo; George Gachara; Christopher Ekuttan; Evans Amukoye
• Keywords: Clade; Antigenic drift; Epidemiology; Hemagglutinin Glycoproteins, Influenza Virus; Prediction of Peptide-MHC Binding Affinity; Gene; Subclade; Hemagglutination assay; Influenza A Virus, H1N1 Subtype; Antigens, Viral; Phylogeny; 0303 health sciences; Ecology; Influenza vaccine; Q; H1N1; R; Life Sciences; Virus; 3. Good health; Phylogenetics; Influenza Vaccines; Influenza A virus; Antigen; Medicine; Anatomy; Titer; Research Article; 570; Science; Immunology; World Health Organization; 03 medical and health sciences; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Virology; Health Sciences; Epidemiology and Pathogenesis of Respiratory Viral Infections; Genetics; Humans; Amino Acid Sequence; Molecular Biology; Biology; Sequence Homology, Amino Acid; FOS: Clinical medicine; Strain (injury); Kenya; Protein Subunits; FOS: Biological sciences; Hemagglutinin (influenza); Influenza Virus Research and Epidemiology

El virus de la influenza A (H1N1) pdm09 surgió en América del Norte en 2009 y se ha establecido como una cepa estacional en humanos. Después de una estasis antigénica de aproximadamente seis años, surgieron nuevas variantes antigénicamente distintas del virus a nivel mundial en 2016, lo que requirió un cambio en la formulación de la vacuna por primera vez en 2017. En este documento, analizamos treinta y ocho secuencias de HA de cepas de influenza A (H1N1) pdm09 aisladas en Kenia durante las temporadas 2015–2018, para evaluar sus propiedades antigénicas y moleculares en función de la subunidad HA1. Nuestros análisis revelaron que las cepas A (H1N1) pdm09 que circulaban en Kenia durante este periodo pertenecían al clado genético 6B, subclado 6B.1 y 6B.2. Los aislados kenianos de 2015 y 2016 difirieron de la cepa de vacuna A/California/07/2009 en nueve y catorce sitios antigénicos en el HA1, respectivamente. Además, los aislados en 2017 y 2018 variaron correspondientemente de la cepa de vacuna A/Michigan/45/2015 en tres y quince sitios antigénicos. La eficacia de la vacuna prevista de A/California/07/2009 contra las cepas kenianas 2015/2016 se estimó en un 32,4%, mientras que A/Michigan/45/2015 mostró una eficacia de la vacuna estimada del 39,6% - 41,8% y del 32,4% - 42,1% contra las cepas kenianas 2017 y 2018, respectivamente. El ensayo de inhibición de la hemaglutinación (HAI) con antisuero de referencia posterior a la infección de hurón mostró que los títulos para los aislados de Kenia 2015/2016 fueron 2-8 veces más bajos en comparación con la cepa de la vacuna. En general, nuestros resultados sugieren que los virus A (H1N1) pdm09 que circularon en Kenia durante las temporadas de influenza 2015/2016 fueron variantes antigénicas de las cepas de vacuna recomendadas, lo que denota una eficacia de la vacuna subóptima. Además, los datos generados apuntan a una rápida evolución del virus de la influenza A (H1N1) pdm09 en la era pospandémica reciente, lo que subraya la necesidad de una vigilancia sostenida junto con análisis moleculares y antigénicos, para informar la actualización adecuada y oportuna de la vacuna contra la influenza.<br/>Le virus grippal A (H1N1) pdm09 est apparu en Amérique du Nord en 2009 et a été établi comme une souche saisonnière chez l'homme. Après une stase antigénique d'environ six ans, de nouvelles variantes antigéniquement distinctes du virus ont émergé à l'échelle mondiale en 2016, nécessitant un changement dans la formulation du vaccin pour la première fois en 2017. Ici, nous avons analysé trente-huit séquences HA de souches de grippe A (H1N1) pdm09 isolées au Kenya au cours des saisons 2015–2018, afin d'évaluer leurs propriétés antigéniques et moléculaires basées sur la sous-unité HA1. Nos analyses ont révélé que les souches A (H1N1) pdm09 qui circulaient au Kenya durant cette période appartenaient au clade génétique 6B, sous-clade 6B.1 et 6B.2. Les isolats kényans 2015 et 2016 différaient de la souche vaccinale A/California/07/2009 à neuf et quatorze sites antigéniques dans l'HA1 respectivement. De plus, ceux isolés en 2017 et 2018 variaient de manière correspondante de la souche vaccinale A/Michigan/45/2015 à trois et quinze sites antigéniques. L'efficacité vaccinale prévue de A/California/07/2009 contre les souches kényanes 2015/2016 a été estimée à 32,4 %, tandis que A/Michigan/45/2015 a montré des efficacités vaccinales estimées de 39,6 % à 41,8 % et de 32,4 % à 42,1 % contre les souches kényanes 2017 et 2018, respectivement. Le test d'inhibition de l'hémagglutination (HAI) utilisant l'antisérum de référence post-infection du furet a montré que les titres des isolats kényans 2015/2016 étaient 2 à 8 fois plus faibles que ceux de la souche vaccinale. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que les virus A (H1N1) pdm09 qui ont circulé au Kenya pendant les saisons grippales 2015/2016 étaient des variantes antigéniques des souches vaccinales recommandées, dénotant une efficacité vaccinale sous-optimale. De plus, les données générées indiquent un virus de la grippe A (H1N1) pdm09 en évolution rapide au cours de la récente ère post-pandémique, soulignant la nécessité d'une surveillance soutenue associée à des analyses moléculaires et antigéniques, afin d'informer la mise à jour appropriée et opportune du vaccin antigrippal.<br/>Influenza A (H1N1) pdm09 virus emerged in North America in 2009 and has been established as a seasonal strain in humans. After an antigenic stasis of about six years, new antigenically distinct variants of the virus emerged globally in 2016 necessitating a change in the vaccine formulation for the first time in 2017. Herein, we analyzed thirty-eight HA sequences of influenza A (H1N1) pdm09 strains isolated in Kenya during 2015–2018 seasons, to evaluate their antigenic and molecular properties based on the HA1 sub-unit. Our analyses revealed that the A (H1N1) pdm09 strains that circulated in Kenya during this period belonged to genetic clade 6B, subclade 6B.1 and 6B.2. The Kenyan 2015 and 2016 isolates differed from the vaccine strain A/California/07/2009 at nine and fourteen antigenic sites in the HA1 respectively. Further, those isolated in 2017 and 2018 correspondingly varied from A/Michigan/45/2015 vaccine strain at three and fifteen antigenic sites. The predicted vaccine efficacy of A/California/07/2009 against Kenyan 2015/2016 was estimated to be 32.4% while A/Michigan/45/2015 showed estimated vaccine efficacies of 39.6% - 41.8% and 32.4% - 42.1% against Kenyan 2017 and 2018 strains, respectively. Hemagglutination-inhibition (HAI) assay using ferret post-infection reference antiserum showed that the titers for the Kenyan 2015/2016 isolates were 2–8-fold lower compared to the vaccine strain. Overall, our results suggest the A (H1N1) pdm09 viruses that circulated in Kenya during 2015/2016 influenza seasons were antigenic variants of the recommended vaccine strains, denoting sub-optimal vaccine efficacy. Additionally, data generated point to a swiftly evolving influenza A (H1N1) pdm09 virus in recent post pandemic era, underscoring the need for sustained surveillance coupled with molecular and antigenic analyses, to inform appropriate and timely influenza vaccine update.<br/>ظهر فيروس الأنفلونزا A (H1N1) pdm09 في أمريكا الشمالية في عام 2009 وتم تأسيسه كسلالة موسمية لدى البشر. بعد ركود مستضدي لمدة ست سنوات تقريبًا، ظهرت أنواع جديدة متميزة من الفيروس على مستوى العالم في عام 2016 مما استلزم تغييرًا في تركيبة اللقاح لأول مرة في عام 2017. هنا، قمنا بتحليل ثمانية وثلاثين تسلسل HA من سلالات الأنفلونزا A (H1N1) pdm09 المعزولة في كينيا خلال مواسم 2015–2018، لتقييم خصائصها المستضدية والجزيئية بناءً على الوحدة الفرعية HA1. كشفت تحليلاتنا أن سلالات A (H1N1) pdm09 التي انتشرت في كينيا خلال هذه الفترة تنتمي إلى الفرع الوراثي 6B، الفرع الفرعي 6B.1 و 6B.2. اختلفت عزلات 2015 و 2016 الكينية عن سلالة اللقاح A/California/07/2009 في تسعة وأربعة عشر موقعًا مستضديًا في HA1 على التوالي. علاوة على ذلك، اختلفت تلك المعزولة في عامي 2017 و 2018 عن سلالة اللقاح A/Michigan/45/2015 في ثلاثة وخمسة عشر موقعًا مستضدًا. قدرت فعالية اللقاح المتوقعة لـ A/California/07/2009 ضد السلالات الكينية 2015/2016 بنسبة 32.4 ٪ بينما أظهرت A/Michigan/45/2015 فعالية لقاح تقدر بنسبة 39.6 ٪ - 41.8 ٪ و 32.4 ٪ - 42.1 ٪ ضد السلالات الكينية 2017 و 2018 على التوالي. أظهر اختبار تثبيط التراص الدموي (HAI) باستخدام مصل مضاد مرجعي بعد العدوى أن عيار عزلات 2015/2016 الكينية كان أقل بمقدار 2-8 أضعاف مقارنة بسلالة اللقاح. بشكل عام، تشير نتائجنا إلى أن فيروسات A (H1N1) pdm09 التي انتشرت في كينيا خلال مواسم الأنفلونزا 2015/2016 كانت متغيرات مستضدية لسلالات اللقاح الموصى بها، مما يدل على فعالية اللقاح دون المستوى الأمثل. بالإضافة إلى ذلك، تشير البيانات التي تم إنشاؤها إلى فيروس الأنفلونزا A (H1N1) pdm09 سريع التطور في حقبة ما بعد الوباء الأخيرة، مما يؤكد الحاجة إلى المراقبة المستمرة إلى جانب التحليلات الجزيئية والمستضدية، لإبلاغ تحديث لقاح الأنفلونزا المناسب وفي الوقت المناسب.<br/>