Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

ระบาดวิทยาอณูพันธุศาสตร์และการวิเคราะห์วิวัฒนาการของการติดเชื้อโรคโรตาไวรัสของมนุษย์ในประเทศไทย

Year (A.D.)

2021

Document Type

Thesis

First Advisor

Yong Poovorawan

Second Advisor

Sompong Vongpunsawad

Faculty/College

Graduate School (บัณฑิตวิทยาลัย)

Degree Name

Doctor of Philosophy

Degree Level

Doctoral Degree

Degree Discipline

Biomedical Sciences

DOI

10.58837/CHULA.THE.2021.18

Abstract

Rotavirus A (RVA) infection remains one of the major causes of viral diarrhea in young children worldwide. Despite the success of RVA vaccines including RotaTeq in significantly reducing morbidity and disease severity associated with hospitalization, national immunization against RVA have only just begun in Thailand in 2020. Consequently, possible RV vaccine shedding among pediatric vaccine recipients has not been rigorously documented here.The first part of my study was summarize the virology, disease burden, prevalence, distribution of genotypes and seasonality of RVs, and the current status of RV vaccination in Southeast Asia (Cambodia, Indonesia, Lao People’s Democratic Republic, Malaysia, Myanmar, Philippines, Singapore, Thailand, and Vietnam) from 2008 to 2018. According to the RV surveillance data for Southeast Asia, 40.78% of all diarrheal disease in children were caused by RV infection. Mortality was inversely related to socioeconomic status. The most predominant genotype distribution of RV changed from G1P[8] and G2P[4] into the rare and unusual genotypes G3P[8], G8P[8], and G9P[8]. Although the predominat strain has changed, but the seasonality of RV infection remains unchanged. Rotavirus vaccine is highly cost effective in Southeast Asia countries because the ratio between cost per disability-adjusted life years (DALY) averted and gross domestic product (GDP) per capita is less than one. For the second part of my project done during the coronavirus pandemic of 2020 and 2021, I received 257 diarrhea samples from four sentinel hospitals in Thailand. Only 25 samples (9.7%) tested positive for RVA and G3P[8] was the predominant genotype. Eight samples contained multiple RVA strains based on detailed sequence analysis of the VP7 and VP4 genes, of which two samples possessed RVA with genetic similarity to the vaccine strains in RotaTeq. Genome constellation of one sample (B8019) was consistent with G1P[8] vaccine strain reassortant. Another sample (B7711) contained G1, G2, G3, G4, P[5], and P[8] vaccine strains, as well as equine-G3P[4] wildtype RVA. Neither report of diarrhea from RVA infection after RotaTeq vaccination nor simultaneous shedding of vaccine-derived and wildtype RV infection has previously been described in Thailand. These results suggest the need for increased awareness of RVA-associated diarrhea following routine vaccination and demonstrate evidence of possible co-infection with wild-type RVA shortly after vaccination. Although rotavirus vaccines are available in many parts of the world and are effective in reducing the overall incidence of rotavirus infection, it remains a major cause of diarrhea in less-developed countries including Thailand. Among various RVA strains, the increasingly common genotype G3 (defined by the VP7 gene) has been identified in both humans and animals. Our previous epidemiological surveillance in Bangkok found several unusual non-vaccine-like G3 strains in patients with diarrhea. For the third part of my study, I sequenced and characterized the genomes of seven of these G3 strains, which formed combinations with genotypes P[4], P[6], P[9], and P[10] (defined by the VP4 gene). Interestingly, I identified a bat-like RVA strain with the genome constellation G3-P[10]-I3-R3-C3-M3-A9-N3-T3-E3-H6, which has not been previously reported in the literature. The amino acid residues deduced from the nucleotide sequences of our G3 strains differed at the antigenic epitopes to those of the VP7 capsid protein of the G3 strain in RotaTeq vaccine. Although it is not unusual for the segmented genomes of RVA to reassort and give rise to emerging novel strains, the atypical G3 strains I identified suggest possible animal-to-human RVA zoonotic spillover even in Bangkok. The fourth part of my project examined viral zoonosis because rotavirus infection can cause diarrhea in many animal species. A 2 year-old indoor female Siamese cat was ill with a mucus-bloody diarrhea and tested positive for rotavirus by real-time reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Subsequent conventional RT-PCR and nucleotide sequence analysis revealed a rotavirus G3P[9] genotype with the genome constellation G3-P[9]-I2-R2-C2-M2-A3-N2-T3-E3-H3. From phylogenetic analysis, the VP4, VP7, NSP1, NSP3, NSP4, and NSP5 genes were closely related to human/feline-like rotavirus, while VP1, VP2, VP3, VP6, and NSP2 genes were genetically closest to human bovine-like rotavirus. Although this G3P[9] strain was previously reported in Korea, which infected a 9 year-old girl (strain CAU-12-2-51) a decade ago, it has never been documented in Thailand and its emergence is enigmatic. In summary, my thesis research projects collectively advances our knowledge of an important vaccine-preventable virus with a major impact in improving the understanding of disease biology in Thailand and elsewhere around the world.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

การติดเชื้อไวรัสโรต้า เอ ยังคงเป็นหนึ่งในสาเหตุสำคัญของการเกิดโรคอุจจาระร่วงที่มีสาเหตุจากเชื้อไวรัสในเด็กทั่วโลก แม้ว่าความสำเร็จของการใช้วัคซีนไวรัสโรต้า เอ ชนิดหยอด 3 ครั้ง อย่าง RotaTeq สามารถลดอัตราการเกิดโรคและลดความรุนแรงของโรคในการเข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลได้อย่างมีนัยสำคัญ สำหรับการสร้างเสริมภูมิคุ้มกันแห่งชาติต่อไวรัสโรต้าเพิ่งเริ่มต้นในประเทศไทยเมื่อปี พ.ศ. 2563 เพราะเหตุนี้จึงมีความเป็นไปได้ว่าการฉีดวัคซีนป้องกันไวรัสโรต้าในกลุ่มเด็กอาจยังไม่ได้มีการบันทึกข้อมูลอย่างจริงจัง. ในส่วนแรกของการศึกษานี้เป็นการสรุปข้อมูลเกี่ยวกับไวรัสวิทยา, ภาระโรค, ความชุก, การแพร่กระจายของสายพันธุ์และฤดูกาลการระบาดของเชื้อไวรัสโรต้า และสถานการณ์ปัจจุบันของการได้รับวัคซีนป้องกันไวรัสโรต้าในประเทศภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ (กัมพูชา, อินโดนิเซีย, สาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว, มาเลเซีย, พม่า, ฟิลิปปินส์, สิงคโปร์, ไทย, และเวียดนาม) ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2551 ถึง พ.ศ. 2561 ตามที่ข้อมูลการเฝ้าระวังของประเทศในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ พบว่าร้อยละ 40.78 ของโรคอุจจาระร่วงในเด็กมีสาเหตุมาจากการติดเชื้อไวรัสโรต้า อีกทั้งอัตราการเสียชีวิตมีค่าแปรผกผันกับสถานะทางเศรษฐกิจและสังคม โดยสายพันธุ์ที่พบมากที่สุดของเชื้อไวรัสโรต้ามีการเปลี่ยนแปลงจากสายพันธุ์ G1P[8] และ G2P[4] กลายเป็นสายพันธุ์ที่หายากและแตกต่างไปจากเดิมนั่นคือสายพันธุ์ G3P[8], G8P[8], และ G9P[8] แม้ว่าสายพันธุ์ที่พบบ่อยจะมีการเปลี่ยนแปลง แต่ฤดูกาลที่พบการติดเชื้อไวรัสโรต้ายังคงไม่เปลี่ยน อย่างไรก็ตาม วัคซีนป้องกันไวรัสโรต้ายังคงมีราคาสูงในประเทศภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้เนื่องจากอัตราส่วนระหว่างการสูญเสียปีสุขภาวะ (DALY) กับผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศ (GDP) ต่อคนน้อยกว่าหนึ่ง ในส่วนที่สองของการศึกษานี้ ทางผู้วิจัยได้ทำการศึกษาในช่วงสถานการณ์การแพร่ระบาดของเชื้อไวรัสโคโรนาในปี พ.ศ. 2563 - 2564 โดยมีสิ่งส่งตรวจของผู้ป่วยโรคอุจจาระร่วงทั้งหมด 257 ตัวอย่างจากโรงพยาบาล 4 แห่งในประเทศไทย ผลการศึกษาพบว่า มีเพียง 25 ตัวอย่าง (ร้อยละ 9.7) เท่านั้นที่ให้ผลบวกต่อเชื้อไวรัสโรต้า เอ และพบว่าสายพันธุ์ G3P[8] เป็นสายพันธุ์ที่พบบ่อย และมี 8 ตัวอย่างจากตัวอย่างที่ให้ผลบวกทั้งหมด พบว่ามีความหลากหลายของเชื้อไวรัสโรต้าจากการวิเคราะห์ข้อมูลลำดับพันธุกรรมในส่วนของยีน VP7 และ VP4 โดยมี 2 ตัวอย่างที่ลำดับพันธุกรรมเหมือนกับสายพันธุ์วัคซีน ของ RotaTeq เมื่อวิเคราะห์กลุ่มลำดับพันธุกรรมทั้งหมดของเชื้อไวรัสโรต้าจากตัวอย่างหนึ่ง (B8019) พบว่าสอดคล้องกับ G1P[8] ของสายพันธุ์ตั้งต้นของวัคซีน เมื่อวิเคราะห์อีกตัวอย่างหนึ่ง (B7711) พบว่าประกอบด้วย G1, G2, G3, G4, P[5], และ P[8] เหมือนกับสายพันธุ์ในวัคซีน เช่นเดียวกับ G3P[4] สายพันธุ์ดั้งเดิมของเชื้อไวรัสโรต้า เอ ที่พบในม้าด้วย โดยก่อนหน้านี้ไม่มีการรายงานของผู้ป่วยโรคอุจจาระร่วงจากการติดเชื้อไวรัสโรต้า เอ ภายหลังได้รับวัคซีน RotaTeq ในประเทศไทย ผลการศึกษานี้จึงแสดงให้เห็นว่า จำเป็นต้องตระหนักให้มากขึ้นถึงโรคอุจจาระร่วงที่มีสาเหตุมาจากไวรัสโรต้า เอ ภายหลังจากการได้รับวัคซีนและการศึกษานี้ยังแสดงให้เห็นถึงโอกาสของการเกิดการติดเชื้อร่วมกับสายพันธุ์ดั้งเดิมของเชื้อไวรัสโรต้า เอ ภายหลังการได้รับวัคซีนไม่นาน แม้ว่าวัคซีนไวรัสโรต้าจะมีการนำมาใช้ในหลายประเทศทั่วโลกและมีประสิทธิภาพในการลดอุบัติการณ์โดยรวมของการติดเชื้อไวรัสโรต้า แต่เชื้อไวรัสนี้ยังคงเป็นสาเหตุหลักของการเกิดโรคอุจจาระร่วงในประเทศด้อยพัฒนารวมถึงในประเทศไทย นอกจากนี้ความหลากหลายของสายพันธุ์ของเชื้อไวรัสโรต้า เอ รวมถึงการเพิ่มขึ้นของสายพันธุ์ที่พบได้บ่อยอย่าง G3 (วิเคราะห์จากยีนส่วน VP7) ซึ่งพบได้ทั้งในคนและสัตว์ ในการศึกษานี้ได้มีการเฝ้าระวังการแพร่ระบาดในกรุงเทพมหานคร โดยพบสายพันธุ์ G3 ในผู้ป่วยที่มีอาการอุจจาระร่วงที่ไม่เหมือนสายพันธุ์วัคซีนและมีการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลายของลำดับพันธุกรรม ในการศึกษาส่วนที่สามของงานวิจัยนี้ ทางผู้วิจัยได้วิเคราะห์จีโนมทั้งหมด 7 ตัวอย่างของสายพันธุ์ G3 พบว่ามีการแลกเปลี่ยนจีโนไทป์ โดยมีการจับคู่กับ P[4], P[6], P[9], และ P[10] (วิเคราะห์สายพันธุ์จาก VP4) ที่น่าสนใจคือ ทางผู้วิจัยพบสายพันธุ์ไวรัสโรต้าที่มีความใกล้เคียงกับสายพันธุ์ที่พบในค้างคาวโดยการวิเคราะห์จากกลุ่มลำดับพันธุกรรม ซึ่งพบว่าเป็น G3-P[10]-I3-R3-C3-M3-A9-N3-T3-E3-H6 และไม่มีการรายงานมาก่อนหน้านี้ เมื่อวิเคราะห์ตำแหน่งกรดอะมิโนของสายพันธุ์ G3 พบว่ามีความแตกต่างกับตำแหน่ง antigenic epitopes ในส่วนของยีน VP7 ของสายพันธุ์วัคซีน G3 แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องผิดปกติที่จีโนมของไวรัสโรต้า เอ จะมีการจัดกลุ่มใหม่และก่อให้เกิดสายพันธุ์ใหม่ แต่สายพันธุ์ G3 ที่มีการเปลี่ยนแปลง ทางผู้วิจัยแสดงให้เห็นว่ามีโอกาสที่จะเกิดการติดต่อจากสัตว์สู่คนของเชื้อไวรัสโรต้ารวมถึงในกรุงเทพมหานครด้วย ในส่วนที่สี่ของการศึกษานี้เป็นการวิเคราะห์การเกิดโรคติดต่อระหว่างคนและสัตว์จากเชื้อไวรัส เนื่องจากการติดเชื้อไวรัสโรต้าเป็นสาเหตุของการเกิดโรคอุจจาระร่วงในสัตว์หลายชนิด ในการศึกษานี้พบว่าแมวเพศเมียสายพันธุ์วิเชียรมาศ เลี้ยงในอาคาร มีอาการถ่ายเป็นมูกเลือดและผลการทดสอบพบว่าให้ผลบวกต่อเชื้อไวรัสโรต้าด้วยวิธี real-time reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) ต่อมาได้ทำ conventional RT-PCR และวิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์พบว่ามีความใกล้เคียงกับเชื้อไวรัสโรต้าสายพันธุ์ G3P[9] และจำแนกกลุ่มจีโนมได้เป็น G3-P[9]-I2-R2-C2-M2-A3-N2-T3-E3-H3 เมื่อทำ phylogenetic analysis ของยีนส่วน VP4, VP7, NSP1, NSP3, NSP4, และ NSP5 พบว่ามีความใกล้เคียงกับเชื้อไวรัสโรต้าที่พบในคนและแมว ในขณะที่ยีน VP1, VP2, VP3, VP6, และ NSP2 มีความใกล้เคียงกับเชื้อไวรัสโรต้าที่พบในวัว แม้ว่าสายพันธุ์ G3P[9] นี้ จะมีการรายงานมาก่อนหน้านี้ในประเทศเกาหลี โดยพบการติดเชื้อในเด็กผู้หญิงอายุ 9 ปี (สายพันธุ์ CAU-12-2-51) เมื่อ 10 ปีที่แล้ว แต่ยังไม่เคยมีข้อมูลในประเทศไทยและยังคงเป็นสิ่งที่น่าสงสัย โดยสรุปงานวิจัยนี้ เป็นการเพิ่มเติมข้อมูลของความสำคัญในการใช้วัคซีนในการป้องกันการติดเชื้อไวรัสซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญในการพัฒนาเพื่อก่อให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคในประเทศไทยและอีกหลายพื้นที่ทั่วโลก

Download

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.