Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Tim Gützkow

Interspecies-Transmission of Animal Coronaviruses

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103874

title (ger.)

Interspezies-Transmission von tierischen Coronaviren

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/guetzkowt_ws13.pdf

abstract (deutsch)

In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl an unbekannten Viren in Fledermäusen entdeckt die eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen. Tollwut, Ebola, Henipah und Coronaviren sind die bekanntesten darunter, wobei gerade das SARS Coronavirus in 2002 sowie das kürzlich aufgetauchte MERS Coronavirus weltweite Aufmerksamkeit erregten. Große Bemühungen wurden angestrengt um aufzuklären auf welchem Weg sie in die menschliche Population gelangen konnten. Coronaviren könnte hierbei als Vorbild für viele verschiedene RNA-Viren dienen, so dass die Analyse ihrer Entstehung Einblicke liefern könnte in grundsätzliche Fragen über zoonotische Viren. Für Coronaviren scheint die Erkennung eines speziellen Rezeptors durch das virale Glykoprotein eine entscheidene Barriere für die interspezies Übertragung zu sein. Deshalb ist es wichtig zu fragen ob eine Verschiebung der Rezeptor Spezifität notwendig war um auf Menschen übertragen zu werden. Der nächste Verwandte des SARS Coronavirus wurde identifiziert in Fledermäusen der Gattung Rhinolophus im Süd-Osten Chinas, aber bis heute konnte noch keine Virus aus Fledermäusen isoliert werden. Es ist aber bekannt das diese Viren nicht in der Lage sind denselben Rezeptor wie das humane SARS Coronavirus zu verwenden, dass humane Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2).

Ziel unserer Studien war die Identifikation des Rezeptors dieser SARS-ähnlichen Coronaviren der Fledermäuse, was uns dabei helfen könnte die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung einzuschätzen. Wir nutzten dafür drei verschiedene virale Glykoproteine solcher SARS-ähnlicher Fledermaus Coronaviren, welche aus Rhinolophus Fledermäusen in China, Bulgarien und Spanien identifiziert wurden. Mit diesen Proteinen habe wir versucht zelluläre Rezeptoren in 14 verschiedenen Fledermaus Arten zu identifizieren, und dabei sowohl Bindungs- als auch Infektionsexperimente angewendet. Unglücklicherweise konnten wir weder Bindung noch Infektion nachweisen. Wir testeten zusätzlich bekannte Coronavirus Rezeptoren wie ACE2, APN und DPP4, sowie darüber hinaus erfolgreich isolierte Rhinolophus ACE2´s und DPP4. Keines dieser Proteine führte zu Bindung oder Infektion wenn sie transient expremiert wurden. Dies deutet an das SARS-ähnliche Coronaviren in Fledermäusen einen bisher unbekannten Coronavirus Rezeptor verwenden.

Überraschenderweise belegten unsere Ergebnisse das das SARS Coronavirus in der Lage ist die ACE2 Proteine zweier europäischer Rhinolophus Arten zu nutzen, was andeutet das der angenommene Wechsel in der Rezeptor Spezifität nicht unbedingt nötig war für den Vorläufer des SARS Coronavirus, um die von einer Spezies auf die andere übertragen zu werden. Darüber könnte es bedeuten das Fledermäuse mindesten zwei verschiedene Arten von SARS-ähnlichen Coronaviren beherbergen, wovon eine ACE2 verwendet und die andere nicht.

abstract (englisch)

In recent years many emerging viruses threatening human health were discovered and found to have their major host reservoir in bats. Rabies, Ebola, Henipah and Coronaviruses are the most prominent under these zoonotic pathogens, where especially the emergence of severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus in 2002 and the recent appearance of Middle East respiratory syndrome (MERS) coronavirus had gained global awareness. Great effort has been invested to uncover the course of events of their introduction to the human population. Coronaviruses may be exemplary for many zoonotic RNA viruses, so that the study of their genesis expected to provide insights into basic questions about viral zoonosis. For coronaviruses the recognition of a specific receptor by the viral glycoprotein appears to be a major constrain of interspecies transmission. Therefore, it is important to address the question whether a large shift in receptor specificity was necessary for their transmission to humans. The closest related relative to SARS coronavirus was identified in bats of the genus Rhinolophus in South-East of China, but until today no coronavirus was isolated from bats. What is known is that these viruses are not able to utilise the same receptor as the human SARS coronavirus, the human angiotensin converting enzyme 2 (ACE2).

The aim of our studies was to identify the receptor of these bat SARS-like coronaviruses, which would help to estimate the likelihood of their transmission to humans. We therefore used three different glycoproteins of bat SARS-like coronaviruses isolated from Rhinolophus bats in China, Bulgaria and Spain and tried to identify their cellular receptors analysing cell lines of 14 different bat species, in binding as well as infection assays. Unfortunately neither binding nor infection could be observed for the spike proteins tested. We also tested known coronavirus receptors like human ACE2, aminopeptidase N (APN) and dipeptidylpeptidase 4 (DPP4) and successfully cloned Rhinolophus ACE2 and DPP4. None of these proteins facilitated binding or infection in transient expression. This indicates that bat SARS-like coronaviruses utilise a novel coronavirus receptor.

In contrast, we could show that SARS coronavirus can utilise ACE2 of two Rhinolophus species living in Europe, indicating that a proposed switch in receptor specificity may not be obligatory for the precursor of SARS-CoV to cross the species barrier. It may further suggests that bats are reservoir to at least two different lineages of coronaviruses, which differ in their receptor usage.

keywords

Coronaviren , Transmission , Fledermäuse, Coronaviruses , Transmission , Bats

kb

2.475