Diversità genetica e antigenica dei rotavirus umani : studio dei meccanismi evolutivi e implicazioni ai fini diagnostici e vaccinali

Abstract

I rotavirus sono la causa più importante di gastroenterite e di decessi ad essa correlati nei bambini al di sotto di 5 anni d’età, specialmente nei paesi in via di sviluppo. Nei paesi industrializzati, dove la mortalità è bassa e la morbilità è molto elevata, l’impatto dell’infezione da rotavirus sulla salute pubblica si ripercuote principalmente sui costi sanitari. Tra i numerosi aspetti che intervengono sulla diffusione e sui possibili veicoli di trasmissione dei rotavirus, uno di particolare rilevanza è la loro elevata variabilità genetica dovuta all’accumularsi di mutazioni puntiformi e alla natura segmentata del genoma che favorisce il riassortimento genico tra ceppi diversi in caso di co-infezione. Come conseguenza e anche sotto la pressione selettiva indotta dal vaccino, è possibile che varianti più resistenti riescano ad emergere e a diffondere rapidamente in una popolazione priva di anticorpi. E’ stato condotto uno studio molecolare dei rotavirus circolanti nell’area di Parma nella popolazione pediatrica ricoverata con gastroenterite in periodi temporalmente distanti (circa 20 anni) con lo scopo di elaborare un quadro epidemiologico molecolare utile ai fini diagnostici e vaccinali e di approfondire i meccanismi evolutivi e il potere patogeno di questo genere di virus. I risultati conseguiti hanno dimostrato che nell’area di Parma l’epidemiologia molecolare dei rotavirus di gruppo A è complessivamente sovrapponibile a quella osservata su scala globale negli ultimi decenni, con il genotipo G1P[8] prevalente e la specificità G9 emersa negli anni più recenti tra quelle maggiormente circolanti. Dai risultati ottenuti è stato anche evidenziato che l’elevata variabilità genetica di questi virus può rivelarsi attraverso l’emergenza di riassortanti intergenogruppo in grado di diffondere rapidamente nella popolazione e potenzialmente capaci di sfuggire alla protezione immunitaria indotta dal vaccino come pure attraverso la comparsa di mutazioni aminoacidiche in geni diversi, verosimilmente in grado di alterare la virulenza e il potere patogeno del virus. Inoltre, lo studio ha permesso di mettere in luce come la trasmissione zoonosica e il successivo riassortimento tra rotavirus umani e animali possano determinare l’introduzione di geni animali in ceppi umani attraverso un meccanismo di rilevante significato nell’evoluzione genetica di questi virus. Lo studio, infine, ha suggerito che l’epidemiologia molecolare dei rotavirus nell’uomo può risentire del recente aumento dei flussi migratori e del commercio internazionale, come farebbe supporre la dimostrazione della circolazione di ceppi di rotavirus di gruppo C nell’area di Parma, in cui, come nel resto d’Italia e in Europa, tali virus erano in precedenza assenti o perlomeno rari.

Rotaviruses are the leading cause of gastroenteritis and related deaths in children aged less than 5 years, mostly in developing countries. In industrialized countries mortality is low and morbidity is very high and the burden of rotavirus infection on public health is mostly on the sanitary costs. Among the various aspects that act on the spread and on the possible vehicle of transmission of rotaviruses, the high genetic variability is pivotal due to both point mutations and the segmented nature of the genome which favour the genetic reassortment between different strains during co-infections. As a consequence and under the selective immune pressure due to vaccines, it is likely that more resistant variants could emerge and spread in a non-immune population. A molecular study on rotaviruses circulating in the area of Parma in infants hospitalized with gastroenteritis in time-distant periods (20 years) was performed with the aim to gain a picture of the rotavirus molecular epidemiology, useful for rotavirus diagnosis and vaccination, and to further understand the rotavirus genetic evolutive mechanisms and pathogenicity. The results demonstrated that the group A rotavirus molecular epidemiology in the area of Parma is characterized by the prevalence of G1P[8] strains and the emergence of G9 strains, as observed worldwide in the last decades. The results also pointed out that the rotavirus high genetic variability can lead to the appearence of intergenogroup reassortants, able to quickly spread in the population and potentially to escape from the vaccine immune protection, as well as to the emergence of amino acid mutations in some genes that could modify the strain virulence and pathogenicity. Moreover, the study highlighted that the rotavirus zoonotic transmission and the subsequent reassortment between human and animal strains can introduce animal genes in the genome of human rotaviruses through a significant mechanism in the rotavirus genetic evolution. Finally, the study suggested that the rotavirus molecular epidemiology in humans is likely under the influence of the changing demographic dynamics (fluxes of migrations) and increased trades, since group C rotaviruses appeared in the area of Parma where they were previously absent or rare as in the rest of Italy and Europe.