vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ15.065vavilov-440Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ ПАТОЛОГИЙMODELING OF DISORDERS AND EXPERIMENTAL TREATMENTМышь линии SCID как модельное животное для оценки эффективности препаратов против натуральной оспыPossibility of using a mouse SCID as a model animal to variola virus for evaluating anti-smallpox drug efficacyТитоваК. А.TitovaK. A.titova_ka@vector.nsc.ruСергеевАл. А.SergeevAl. A.aasergeev@vector.nsc.ruКабановА. С.KabanovA. S.БулычевЛ. Е.BulychevL. E.СергеевАр. А.SergeevAr. A.ГорбатовскаяД. О.GalahovaD. O.ЗамедянскаяА. С.ZamedyanskayaA. S.ШишкинаЛ. Н.ShishkinaL. N.ТарановО. С.TaranovO. S.ОмиговВ. В.OmigovV. V.ЗавьяловЕ. Л.ZavjalovE. L.АгафоновА. П.AgafonovA. P.СергеевА. Н.SergeevA. N.Федеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», р.п. Кольцово, Новосибирская область, РоссияРоссияFederal Budget Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Novosibirsk region, Koltsovo, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201501122015194487493Copyright © Титова К.А., Сергеев А.А., Кабанов А.С., Булычев Л.Е., Сергеев А.А., Горбатовская Д.О., Замедянская А.С., Шишкина Л.Н., Таранов О.С., Омигов В.В., Завьялов Е.Л., Агафонов А.П., Сергеев А.Н., 20152015Титова К.А., Сергеев А.А., Кабанов А.С., Булычев Л.Е., Сергеев А.А., Горбатовская Д.О., Замедянская А.С., Шишкина Л.Н., Таранов О.С., Омигов В.В., Завьялов Е.Л., Агафонов А.П., Сергеев А.Н.Titova K.A., Sergeev A.A., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Galahova D.O., Zamedyanskaya A.S., Shishkina L.N., Taranov O.S., Omigov V.V., Zavjalov E.L., Agafonov A.P., Sergeev A.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/440

При профилактике и лечении многих инфекционных заболеваний необходимо принимать во внимание ослабление иммунной системы пациентов. Поэтому возникает потребность в моделиро­вании инфекций, в частности натуральной оспы, на иммунодефицитных организмах. Для решения данной задачи исследо­вана возможность использования аутбредных мышей иммунодефи­цитной линии SCID в качестве модельного объекта. При интраназальном заражении вирусом натуральной оспы (ВНО) этих мышей в дозе 5,2 log10 БОЕ (бляшкообразующая единица) не было обнаружено клинических признаков заболевания. При этом 50 %-я инфицирующая доза (ИД50) ВНО для животных, оцениваемая по регистрации наличия вируса в их легких через 4 сут после заражения, была равна 3,5 log10 БОЕ и была относительно близка к таковой у человека, теоретически определенной путем выявления клинической картины заболевания. У мышей, интраназально зараженных дозой 5,2 log10 БОЕ (50 ИД50) ВНО, было обнаружено размножение вируса только в органах респира­торного тракта. Величины его концентраций в легких и носу напоминали таковые у больных людей и известных модельных животных (Macaca cynomolgus и мышь ICR), респираторно инфицированных близкими дозами ВНО. Причем существу­ю­щие модельные животные значимо не отличались от мышей SCID по длительности присутствия вируса в легких. У мышей SCID, как и у человека и других модельных животных, были зарегистрированы сходные патоморфологические изменения в органах респираторного тракта воспалительно-некротического характера. Использование мышей SCID при оценке профилактической эффективности препаратов НИОХ-14 и ST-246 продемонстрировало адекватность полученных результатов таковым, описанным в научной литературе. Данное обстоятельство открывает перспективу применения мышей линии SCID в качестве экспериментальных объектов для моделирования натуральной оспы с целью разработки противовирусных препаратов, предназначенных для людей с выраженными иммунодепрессивными состояниями.

At present, there is no animal model for smallpox that reflects the weakened immune system in people and can therefore help assess the prophylactic (highly preventive) efficiency of antiviral drugs. To fill in the gap, we have explored the possibility of using outbred immunodeficient SCID mice as a model animal for smallpox with the aid of virolo­gical, histological and electron microscopic and sta­tistical methods. There was no clinical evidence of disease by intranasal infection of mice at a dose of 5.2 log10 PFU (plaque forming units). At the same time, the 50 % infective dose (ID50) of VARV estimated for animals by registering the presence of the virus in their lungs after 4 days post i.n. infection was 3.5 log10 PFU and was relatively similar to that in humans, theoretically determined by identification of the clinical picture of the disease. Virus replication was detected only in the respiratory organs of mice challenged i.n. with VARV at a dose of 5.2 log10 PFU (50 ID50). The values for its concentrations in the lungs and nose resembled those for affected people and well-known animal models (Macaca cynomolgus and ICR mice), respiratorily infected with VARV at similar doses. The existing model animals were not significantly different from SCID mice in the duration of viral presence in the lungs. Moreover, in SCID mice, as in humans and other animal models, similar pathomor- phological changes of inflammatory necrotic nature in the respiratory organs have been reported. Using SCID mice in assessing the prophylactic efficacy of the antiviral drugs NIOCH-14 and ST-246 demonstrated the adequacy of the results obtained to those described in the literature. This opens up the prospect of using SCID mice as an animal model for smallpox to develop antiviral drugs intended for people with severe immuno­suppressive states.

вирус натуральной оспымышь SCIDмодельное животноеинтраназальное инфицирование50 %-я инфицирующая дозадиссеминация вирусапатоморфологическое изменениепрофилактическая эффективностьvariola virusSCID mouseanimal modelintranasal infection50 % infectious dosedissemination of the viruspathological damageprophylactic efficacyФБУН ГНЦ ВБ «Вектор», РоспотребнадзораReferencesЗакс Л. Статистическое оценивание. M., 1976.Bailey T.R., Rippin S.R., Opsitnick E., Burns C.J., Pevear D.C., Collett M.S., Rhodes G., Tohan S., Huggins J.W., Baker R.O., Kern E.R., Keith K.A., Dai D., Yang G., Hruby D., Jordan R. N-(3,3a,4,4a,5, 5a,6,6a-Octahydro-1,3-dioxo-4,6-ethenocycloprop[f]isoindol-2-(1H)-yl)carboxamides: identification of novel orthopoxvirus egress inhibitors. J. Med. Chem. 2007;50(7):1442-1444.Капцова Т.И. Разработка экспериментальных моделей натуральной оспы. Дис. канд. мед. наук. М., 1967.Belizário J.E. Immunodeficient mouse models: An overview. Open Immunol. J. 2009;2:79-85.Сергеев Ар.А., Кабанов А.С., Булычев Л.Е., Сергеев Ал.А., Тара­нов О.С., Титова К.А., Пьянков О.В. Замедянская А.С., Горбатовская Д.О., Агафонов А.П., Сергеев А.Н., Шишкина Л.Н. Способ оценки активности лечебно-профилактических препаратов против вируса натуральной оспы. Патент РФ № 2522483. Бюл. № 20 от 20.07.14.Cann J.A., Jahrling P.B., Hensley L.E., Wahl-Jensen V. Comparative pathology of smallpox and monkeypox in man and macaques. J. Comp. Path. 2013;148:6-21.Шишкина Л.Н., Сергеев А.Н., Агафонов А.П., Сергеев А.А., Кабанов А.С., Булычев Л.Е., Сергеев А.А., Горбатовская Д.О., Пьянков О.В., Борматов Н.И., Щукин Г.И., Селиванов Б.А., Тихо­нов А.Я. Лечебно-профилактическое средство против вируса натуральной оспы и способы его получения и применения. Патент РФ № 2543338. Бюл. № 6 от 27.02.15.Hahon N., Wilson B.J. Pathogenesis of variola in Macaca irus monkeys. Amer. J. Hyg. 1960;71:69-80.Bailey T.R., Rippin S.R., Opsitnick E., Burns C.J., Pevear D.C., Collett M.S., Rhodes G., Tohan S., Huggins J.W., Baker R.O., Kern E.R., Keith K.A., Dai D., Yang G., Hruby D., Jordan R. N-(3,3a,4,4a,5, 5a,6,6a-Octahydro-1,3-dioxo-4,6-ethenocycloprop[f]isoindol-2(1H)-yl)carboxamides: identification of novel orthopoxvirus egress inhibitors. J. Med. Chem. 2007;50(7):1442-1444.Huggins J., Goff A., Hensley L., Mucker E., Shamblin J., Wlazlowski C., Johnson W., Chapman J., Larsen T., Twenhafel N., Karem K., Damon I.K., Byrd C.M., Bolken T.C., Jordan R., Hruby D. Nonhuman primates are protected from smallpox virus or monkeypox virus challenges by the antiviral drug ST-246. Antimicrob. Agents Chemother. 2009;53(6):2620-2625.Belizário J.E. Immunodeficient mouse models: An overview. Open Immunol. J. 2009;2:79-85.Jahrling P.B., Hensley L.E., Martinez M.J., LeDuc J.W., Rubins K.H., Relman D.A., Huggins J.W. Exploring the potential of variola virus infection of cynomolgus macaques as a model for human smallpox. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004;101(Iss. 42):15197-15200.Cann J.A., Jahrling P.B., Hensley L.E., Wahl-Jensen V. Comparative pathology of smallpox and monkeypox in man and macaques. J. Comp. Path. 2013;148:6-21.Kaptsova, T.I. Razrabotka eksperimental’nykh modeley natural’noy ospy. Diss. cand. med. nauk [The development of experimental models for smallpox. Ph. D. med. sci. diss.]. Moscow, 1967.Hahon N., Wilson B.J. Pathogenesis of variola in Macaca irus monkeys. Amer. J. Hyg. 1960;71:69-80.Leparc-Goffart I., Poirier B., Garin D., Tissier M.-H., Fuchs F., Crance J.-M. Standartization of a neutralizing anti-vaccinia antibodies titration method: an essential step for titration of vaccinia immunoglobulins and smallpox vaccines evaluation. J. Clin. Virol. 2005; 32:47-52.Huggins J., Goff A., Hensley L., Mucker E., Shamblin J., Wlazlowski C., Johnson W., Chapman J., Larsen T., Twenhafel N., Karem K., Damon I.K., Byrd C.M., Bolken T.C., Jordan R., Hruby D. Non-human primates are protected from smallpox virus or monkeypox virus challenges by the antiviral drug ST-246. Antimicrob. Agents Chemother. 2009;53(6):2620-2625.Marennikova S.S., Shchelkunov S.N. Orthopoxviruses Pathogenic for Humans. Springer: N.Y., USA, 2005.Jahrling P.B., Hensley L.E., Martinez M.J., LeDuc J.W., Rubins K.H., Relman D.A., Huggins J.W. Exploring the potential of variola virus infection of cynomolgus macaques as a model for human smallpox. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004;101(Iss. 42):15197-15200.Mayr A., Herrlich A. Zuchting des Variolavirus in der infantilen Maus. Arch. Ges. Virusforsch. 1960;10(2):226-235.Leparc-Goffart I., Poirier B., Garin D., Tissier M.-H., Fuchs F., Cran­ce J.-M. Standartization of a neutralizing anti-vaccinia antibodies titration method: an essential step for titration of vaccinia immunoglobulins and smallpox vaccines evaluation. J. Clin. Virol. 2005; 32:47-52.Mucker E.M., Goff A.J., Shamblin J.D., Grosenbach D.W., Damon I.K., Mehal J.M., Holman R.C., Carroll D., Gallardo N., Olson V.A., Clemmons C.J., Hudson P., Hruby D.E. Efficacy of Tecovirimat (ST-246) in nonhuman primates infected with variola virus (smallpox). Antimicrob. Agents Chemother. 2013;57(Iss. 12):6246-6253.Marennikova S.S., Shchelkunov S.N. Orthopoxviruses Pathogenic for Humans. Springer: N.Y., USA, 2005.Murti B.R., Shrivastav J.B. A study biological behavior of variola virus. II. Experimental inoculation of laboratory animals. Indian J. Med. Sci. 1957;11(Iss. 8):580-587.Mayr A., Herrlich A. Zuchting des Variolavirus in der infantilen Maus. Arch. Ges. Virusforsch. 1960;10(2):226-235.National research Council: Guidelines on laboratory animal care and use, 8th ed. National research Council of the National Academies, Washington: The National Academies Press, 2011.Mucker E.M., Goff A.J., Shamblin J.D., Grosenbach D.W., Damon I.K., Mehal J.M., Holman R.C., Carroll D., Gallardo N., Olson V.A., Clemmons C.J., Hudson P., Hruby D.E. Efficacy of Tecovirimat (ST246) in nonhuman primates infected with variola virus (smallpox). Antimicrob. Agents Chemother. 2013;57(Iss. 12):6246-6253.Sarkar J.K., Mitra A.C., Mukherjee M.K., De S.K., Guha Mazumdar D. Virus excretion in smallpox. I. Excretion in the throat, urine and conjunctive of patients. Bull. WHO. 1973;48:517-522.Murti B.R., Shrivastav J.B. A study biological behavior of variola virus. II. Experimental inoculation of laboratory animals. Indian J. Med. Sci. 1957;11(Iss. 8):580-587.Sergeev A.А., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Pyankov O.V., Bodnev S.A., Galahova D.O., Zamedyanskaya A.S., TitovaK.A., Glotov A.G., Taranov O.S., Omigov V.V., Shishkina L.N., Agafonov A.P., Sergeev A.N. The possibility of using the ICR mouse as an animal model to assess anti-monkeypox drug efficacy. Transbound. Emerg. Dis. 2015a; DOI: 10.1111/tbed.12323National research Council: Guidelines on laboratory animal care and use, 8th ed. National research Council of the National Academies, Washington: The National Academies Press, 2011.Sergeev A.А., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Pyankov O.V., Bodnev S.A., Galahova D.O., Zamedyanskaya A.S., Titova K.A., Glotova T.I., Taranov O.S., Omigov V.V., Shishkina L.N., Agafonov A.P., Sergeev A.N. Using the ground squirrel (Marmota bobak) as an animal model to assess monkeypox drug efficacy. Transbound. Emerg. Dis. 2015b; DOI: 10.1111/tbed.12364Sarkar J.K., Mitra A.C., Mukherjee M.K., De S.K., Guha Mazumdar D. Virus excretion in smallpox. I. Excretion in the throat, urine and conjunctive of patients. Bull. WHO. 1973;48:517-522.Sergeev Ar.A., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev Al.A., Taranov O.S., Titova K.A., Pyankov O.V., Zamedyanskaya A.S., Gorbatovskaya D.O., Agafonov A.P., Sergeev A.N., Shishkina L.N. Sposob otsenki aktivnosti lechebno-profilakticheskikh preparatov protiv virusa natural’noy ospy [A method to assess of activity of anti-smallpox therapeutic and prophylactic drugs]. Patent RF, no. 2522483. Bul. no. 20 dated 07.20.14.Sergeev A.А., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Pyankov O.V., Bodnev S.A., Galahova D.O., Zamedyanskaya A.S., Titova K.A., Glotov A.G., Taranov O.S., Omigov V.V., Shishkina L.N., Agafonov A.P., Sergeev A.N. The possibility of using the ICR mouse as an animal model to assess anti-monkeypox drug efficacy. Transbound. Emerg. Dis. 2015a; DOI: 10.1111/tbed.12323Shishkina L.N., Sergeev A.N., Agafonov A.P., Sergeev A.A., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Gorbatovskaya D.O., Pyan­kov O.V., Bormatov N.I., Schukin G.I., Selivanov B.A., Tihonov A.Ia. Lechebno-profilakticheskoe sredstvo protiv virusa natural’noy ospy i sposoby ego polucheniya i primeneniya [A therapeutic and prophylactic drug against variola virus and methods for its preparation and use]. Patent RF, no. 2543338. Bul. no. 6 dated 02.27.15.Sergeev A.А., Kabanov A.S., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Pyankov O.V., Bodnev S.A., Galahova D.O., Zamedyanskaya A.S., Titova K.A., Glotova T.I., Taranov O.S., Omigov V.V., Shishkina L.N.,Smith S.K., Olson V.A., Karem K.L., Jordan R., Hruby D.E., Damon I.K. In vitro efficacy of ST246 against smallpox and monkeypox. Antimicrob. Agents Chemother. 2009;53:1007-1012.Agafonov A.P., Sergeev A.N. Using the ground squirrel (Marmota bobak) as an animal model to assess monkeypox drug efficacy. Transbound. Emerg. Dis. 2015b; DOI: 10.1111/tbed.12364Wahl-Jensen V., Cann J.A., Rubins K.H., Huggins J.W., Fisher R.W., Johnson A.J., de Kok-Mercado F., Larsen T., Raymond J.L., Hensley L.E., Jahrling P.B. Progression of pathogenic events in cynomolgus macaques infected with variola virus. PLoS One. 2011;6: e24832.Smith S.K., Olson V.A., Karem K.L., Jordan R., Hruby D.E., Damon I.K. In vitro efficacy of ST246 against smallpox and monkey-pox. Antimicrob. Agents Chemother. 2009;53:1007-1012.Zaks L. Statisticheskoe otsenivanie [Statistical Estimation]. Moscow, Statistika, 1976.Wahl-Jensen V., Cann J.A., Rubins K.H., Huggins J.W., Fisher R.W., Johnson A.J., de Kok-Mercado F., Larsen T., Raymond J.L., Hensley L.E., Jahrling P.B. Progression of pathogenic events in cynomolgus macaques infected with variola virus. PLoS One. 2011;6: e24832.Wahl-Jensen V., Cann J.A., Rubins K.H., Huggins J.W., Fisher R.W., Johnson A.J., de Kok-Mercado F., Larsen T., Raymond J.L., Hensley L.E., Jahrling P.B. Progression of pathogenic events in cynomolgus macaques infected with variola virus. PLoS One. 2011;6: e24832.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.