Dissertation

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

Melanie Rissmann

Investigating the infection cycle of Rift Valley fever virus in Cameroon and Mauritania and the applicability of MP-12 vaccine for camelids

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110129

title (ger.)

Untersuchung des Infektionszyklus von Rift Valley fever virus in Kamerun und Mauretanien und die Anwendbarkeit deMP-12 Vakzine für Kameliden

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/rissmannm_ss17.pdf

abstract (deutsch)

Rift Valley fever virus (RVFV) gehört zur Familie der Bunyaviridae und kann zu schwerwiegenden Erkrankungen bei Nutztieren und Menschen führen. Zwar verlaufen Humaninfektionen meist als milde grippeartige Erkrankungen, jedoch kann es in 1-2% der Fälle auch zu schwerwiegender Symptomatik wie Retinitis, Meningoencephalitis oder gar einem hämorrhagischen Fiebersyndrom auf Grund einer fulminanten Hepatitis kommen. Eine Infektion adulter Wiederkäuer und Kamele führt neben einer fieberhaften Grunderkrankung nur selten zu manifesten und letalen Hepatitiden. Ein besonderes Charakteristikum stellt jedoch das massenhafte Verlammen (sog. „abortion storms“) infizierter Muttertiere dar. Hierbei wird eine bis zu 100 prozentige Mortalität der Jungtiere beobachtet. Während Humaninfektionen meist durch Kontakt zu virämischen Tieren verursacht werden, erfolgt die Infektion von Nutz- und Wildtieren vorrangig durch RVFV-infizierte Mücken. Derzeit wurde das Virus in über 30 Mückenspezies nachgewiesen. Gegenwärtig ist RVFV in Afrika endemisch und führt dort zu bedeutenden Krankheitsausbrüchen, die neben hohen Verlusten bei Mensch und Tier auch schwere ökonomische Schäden verursachen. Zur Eindämmung und Überwachung dieser Auswirkungen sind Kenntnisse der spezifischen Infektionsbiologie von großer Wichtigkeit.

Dazu wurde ein regionsübergreifendes serologisches und molekulares Screening von Nutztierproben aus Mauretanien und Kamerun implementiert. In Kamerun wurden erhebliche speziesspezifische  Differenzen festgestellt, welche sich durch eine signifikant höhere Seroprävalenz von Rindern im Vergleich zu der von kleinen  Wiederkäuern äußerte. Zudem wurde ein deutliches Nord-Süd Gefälle in der Gesamtprävalenz nachgewiesen. Neben dem Nachweis einer allgemeinen Serokonversion konnten erstmals für dieses Land akute Infektionen, anhand des Nachweises von IgM Antikörpern in drei Rindern und einem kleinen Wiederkäuer gezeigt werden. Für eines der IgM positiven Rinder wurde außerdem das Vorhandensein viraler RNA gezeigt, womit das Vorliegen einer geringgradigen RVFV-Zirkulation bewiesen wurde. Der erstmalige Nachweis akuter Infektionen während enzootischer Infektionszyklen zeigt, dass auch in Kamerun ein Gefährdungspotential für bedeutende RVF-Ausbrüche vorhanden ist.

Obwohl  wiederkehrende RVF-Ausbrüche in Mauretanien in der Vergangenheit zu enormen Verlusten führten, fehlen serologische und molekulare Untersuchungen während inter-epidemischer Perioden derzeit noch gänzlich. Darum wurden Proben kleiner Wiederkäuer, Rinder und Kamele, welche während der inter-epidemischen Periode 2012-2013 gesammelt worden, untersucht. So konnte anhand einer vergleichenden Untersuchung gezeigt werden, dass es in der inter-epidemischen Periode zu einem signifikanten Abfall der Seroprävalenz bei kleinen Wiederkäuern kommt. Hingegen fällt die Seroprävalenz bei Rindern und Kamelen in dieser Phase wesentlich geringer ab. Die erhobenen Daten verdeutlichen somit die maßgebliche Rolle kleiner Wiederkäuer als wichtige Indikatortiere für RVFV, da ein Anstieg der Serokonversionsrate frühzeitig den Beginn eines epizootischen Geschehens anzeigen kann. Auch in Mauretanien konnte eine akute Infektion eines Rindes nachgewiesen werden, welche die Präsenz eines enzootischen Zyklus verdeutlicht.

Kameliden spielen eine bisher vernachlässigte aber bedeutende Rolle in der Übertragung und Verbreitung von RVFV. Verbindungen zu Humaninfektionen unterstreichen den eminenten Bedarf an effektiven Vakzinen für diese Spezies. Aus diesem Grund wurden Alpakas als Modellorganismus für Kameliden gewählt, um in einer Impfstudie mit der lebend-attenuierten Vakzine MP-12 dessen Sicherheit, Immunogenität und potentielle Pathogenität zu überprüfen. Dabei erwies sich die MP-12 Vakzine als sicherer Impfstoff, der nicht ausgeschieden wurde und zu keinen anhaltenden Veränderungen im Blutbild oder der Blutchemie führte. Die Vakzine war hochgradig immunogen und eine einmalige Immunisierung reichte aus, um stabile Titer neutralisierender Antikörper zu induzieren. Die Untersuchung der Immunantwort zeigte eine deutliche Bildung IgG spezifischer Antikörper gegen die viralen Antigene NSs, NP und Gn. Der Nachweis viraler Replikation in Serum und Leber drei Tage nach Infektion demonstrierte eine geringfügige Residualpathogenität des Impfstoffes. Die pathologische Untersuchung zeigte zusätzlich eine geringgradige multifokale akute nekrotisierende Hepatitis mit Antigennachweis von NP, Gn, Gc und NSm. Hingegen waren entsprechende hepatische Läsionen 31 Tage nach Infektion von lymphohistiozytärem Charakter und ein Antigennachweis blieb aus, welches die effektive immunologische Clearance des Erregers und die Abwesenheit von Spätschäden indizierte. Zudem belegte eine Vollgenomsequenzierung der Vakzine die genetische Stabilität des Impfvirus. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass MP-12 eine sichere und hoch immunogene Vakzine mit geringer Restpathogenität für Kameliden ist.

Zusammenfassend konnten in den hier vorgestellten Studien Charakteristika der allgemeinen Infektionsbiologie in Kamerun erhoben, vergleichende Untersuchungen während inter-epidemischer Perioden in Mauretanien durchgeführt und eine Vakzinierungsstudie in Kameliden realisiert werden. Die dabei erhobenen Daten tragen somit sowohl zur Erregercharakterisierung als auch zur Entwicklung effektiver Präventiv- und Bekämpfungsmaßnahmen für RVFV-Infektionen bei.

abstract (englisch)

Rift Valley fever virus (RVFV) is a member of the family Bunyaviridae and can lead to severe diseases in humans and livestock. Although most human infections proceed as mild flu-like illness, severe manifestations as retinitis, meningoencephalitis or even hemorrhagic fever syndromes due to fulminant hepatitis do occur in about 1-2% of the cases. Infections of adult ruminants and camels rarely lead to manifest and lethal hepatitis, but are rather observed as febrile diseases. However, so called ‘abortion storms’ are characteristic for RVFV infections of pregnant ruminants, leading to an up to 100% mortality rate in new borne animals. While human infections are mostly caused by contact to viremic animals, the transmission through RVFV-infected mosquitoes is of major importance for livestock and wildlife. To date RVFV was found in more than 30 mosquito species. Currently RVFV is widely endemic in Africa, recurrently causing substantial outbreaks. Significant losses in human and animal populations highlight the major impact of the pathogen for both healthcare and animal husbandry. For mitigation and monitoring of these impacts, knowledge of the specific infection ecology is of particular importance.

To address these issues, a cross-regional serological and molecular screening of livestock sera in Cameroon and Mauritania was implemented. The findings in Cameroon demonstrated considerable inter-species differences, reflected by a significantly higher seroprevalence of cattle compared to small ruminants. Additionally, striking regional variabilities of seropositivity were observed, implicating a decline from north to south Cameroon. Apart from general seroconversion, acute infections were detected for the first time in three cattle and one small ruminant, harboring RVFV-specific IgM antibodies. Moreover, virus derived RNA was detected in one IgM positive cattle, indicating the existence of low-level circulation of RVFV. By providing first evidence of acute infections, both the existence of an ongoing enzootic cycle and the potential for severe outbreaks in future was demonstrated.

Although recurrent RVFV outbreaks in Mauritania led to massive losses in the past, serological and molecular investigations during inter-epidemic periods are absent to date. Therefore, samples of small ruminants, cattle and camels that were collected during inter-epidemic periods from 2012-2013, were analyzed. Comparative analyses demonstrated a significant difference in small ruminants, showing a strong decline of seroprevalence during inter-epidemic periods. In contrast, the rate of seropositivity in camels and cattle was almost identical to those detected during epidemics. Obtained data do therefore clarify the significant role of small ruminants as important sentinels for RVFV, as a remarkable increase of seroconversion will indicate a possible introduction of RVFV into the herds. Furthermore the evidence of an IgM positive cattle harboring viral RNA illustrated the presence of an enzootic cycle. 

Camelids play a yet neglected but pivotal role in transmission and spread of RVFV and associations with human infections highlight the eminent need for effective vaccines for this species. For this purpose alpacas were chosen as model organisms for camelids and were immunized with the live attenuated MP-12 vaccine, evaluating its safety, immunogenicity and pathogenicity. The application of MP-12 proved to be safe as no shedding of vaccine virus was recorded and no persisting alterations in hematology and clinical chemistry were observed. Additionally the vaccine was highly immunogenic, as stable neutralizing antibody titers were generated by a single application. A detailed investigation of antigen-specific reactivity demonstrated a significant generation of antibodies directed against NSs, NP and Gn proteins. A minimal residual pathogenicity was demonstrated in alpacas 3 dpi as a replicative potential was verified in serum and liver. In addition pathological examinations revealed a mild, multifocal, acute necrotizing hepatitis with antigenic presence of NP, Gn, Gc and NSm. In contrast, hepatic lesions 31 dpi displayed a lymphohistiocytic character, indicating the efficient immunological clearance and absence of sequelae. Furthermore, next generation sequencing of recovered MP-12 confirmed the genetic stability of the vaccine. Therefore MP-12 is a safe and immunogenic vaccine for camelids, yet with considerable residual pathogenicity.

In summary, the here presented results elucidate characteristics of the RVFV infection ecology in Cameroon, present comparative analyses during inter-epidemic periods in Mauritania and evaluate the suitability of the RVFV vaccine MP-12 for camelids.

The obtained data can be used for awareness raising and risk assessment of Rift Valley fever as well as for the development of prevention strategies.

keywords

Rift Valles fever virus, Epidemiology, Epidemiologie, vaccination, Immunisierung

kb

1.034