Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Hepatitis E virus in German domestic pigs: occurrence and prevalence

Bächlein, Christine

The hepatitis E virus (HEV) is the causative agent of an acute, usually self-limiting hepatitis. In developing countries, where HEV genotypes 1 and 2 are predominant, the virus is transmitted via contaminated water. Since both genotypes were also occasionally recognised in individuals returning from HEV-endemic areas, hepatitis E was believed to be a classic travel-associated disease in Western countries. However, increasing numbers of HEV infections were recently observed in persons without a travel history, which induced a discussion on novel aspects involved in the epidemiology of HEV. During the course of this, an animal reservoir for HEV has been considered. Previous studies from Europe showed that it is mainly domestic pigs and wild boars that carry HEV. Human HEV sequences are closely related to the porcine HEV genotype 3 variants and this points towards  a zoonotic transmission of the virus. To assess the infection risk for human individuals, detailed knowledge on the distribution of HEV in the German domestic pig population is indispensable. Thus, the objective of the present thesis was to illuminate the presence of HEV in German domestic pigs, and the effects of this infection on its natural host. Therefore, the HEV-seroprevalence was investigated in a cross-sectional study using a newly established antibody assay. Investigated sera were obtained from eleven of Germany’s federal states. As a result, 49.8% of 1072 tested serum samples were positive for anti-HEV-immunoglobulin G. Regarding the HEV-seroprevalence on herd level, 78.1 % of investigated farms were proven to have been in contact with HEV. However, comparing the results of the novel ELISA with those of two commercially available antibody tests revealed contradictory results from all three assays, thereby highlighting the necessity of superior tools for the investigation of the anti-HEV-status in domestic pigs. Furthermore, porcine liver samples were examined for the presence of HEV RNA. RT-PCR analyses of 251 liver samples showed that 34 (13.5%) contained viral nucleic acid. Quantification of HEV RNA revealed the presence of up to 107 HEV copies per µg of total RNA. All obtained HEV sequences belonged to genotype 3. Despite exhibiting great nucleotide divergence, HEV sequences only displayed few alterations on amino acid level. Pathohistological examination of liver slides showed no relationship between microscopically visible hepatic injury and the presence of HEV RNA. The finding that HEV does not necessarily affect the histological condition of the liver was also observed during the course of an HEV infection experiment. To study the pathogenesis of HEV in its reservoir host, five pigs were infected intravenously with HEV originating from a human patient suffering from chronic hepatitis E. In the animal killed at 6 days post infection (dpi), moderate lymphohistiocytic hepatitis was observed; the liver of the remaining four animals was hardly affected at all, and this was also true for the control pigs. RT-PCR analyses revealed HEV to disseminate to different types of tissues. Intermittent viraemia and faecal shedding was detected but none of the animals displayed any clinical symptoms associated with the HEV infection. The infection experiment demonstrated that domestic pigs carrying common porcine viral pathogens such as Porcine circovirus type 2 were susceptible to HEV infections with a human-derived HEV strain. However, co-infections had no impact on the clinical outcome of the HEV infection. This PhD thesis shows for the first time that German domestic pigs are asymptomatically infected with HEV to a great extent. Considering the zoonotic risk arising from those animals, the importance of further investigations and intensive education of the population become evident. It is especially crucial to raise the awareness of HEV in all individuals in daily contact with pigs, such as veterinarians, farmers or slaughterhouse workers.

Das Hepatitis E-Virus (HEV) ist der Erreger einer akuten, in der Regel selbstlimitierenden Hepatitis. In Entwicklungsländern wird das Virus über kontaminiertes Trinkwasser übertragen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um den Genotyp 1 und 2. Auch in Industriestaaten wurden vereinzelt Infektionen mit diesen beiden Genotypen beschrieben, vornehmlich bei Personen, die aus Endemiegebieten zurückgekehrt waren, so dass man hier von einer klassischen reiseassoziierten Erkrankung ausging. Zunehmend traten jedoch in den letzten Jahren auch HEV-Infektionen bei Personen ohne entsprechende Reisehistorie auf, so dass die Epidemiologie dieser Infektionskrankheit in Industriestaaten überdacht werden musste und für HEV ein Erregerreservoir in Tieren diskutiert wurde. Untersuchungen haben gezeigt, dass in Europa vor allem Haus- und Wildschweine als Virusträger fungieren. Die zoonotische Übertragung des Virus wird dabei durch die große Ähnlichkeit humaner und porziner HEV-Genomsequenzen gestützt. Um das Infektionsrisiko für den Menschen abschätzen zu können, sind detaillierte Kenntnisse über die Verbreitung des Virus in der Schweinepopulation in Deutschland unerlässlich. Ziel der vorliegenden PhD-Arbeit war es, das Vorhandensein von HEV in der Hausschweinepopulation in Deutschland und die Auswirkungen der Virusinfektion im natürlichen Wirt zu charakterisieren. Mit Hilfe eines neu entwickelten Antikörper-ELISA wurden Serumproben aus 11 verschiedenen Bundesländern untersucht. Von 1072 untersuchten Seren wiesen 49,8 % HEV-spezifisches Immunglobulin G auf. Auf Bestandsebene hatten gut dreiviertel der untersuchten Bestände (78,1 %) bereits Kontakt zum Virus gehabt. Ein Vergleich des ELISA mit zwei kommerziellen Antikörpertests ergab nach Anwendung aller drei Testsysteme allerdings große Schwankungen innerhalb der Ergebnisse. Die Intensivierung der Entwicklung geeigneter Testsystemen ist daher von größter Bedeutung. Des Weiteren wurden porzine Leberproben auf HEV RNA untersucht. Mittels Reverser Transkriptase-Polymerase Kettenreaktion (RT-PCR) wurden 34 von 251 analysierten Leberproben als HEV RNA-positiv befundet (13,5%). Die Quantifizierung viraler RNA ergab, dass bis zu 107 HEV-Genomkopien pro µg Gesamt-RNA in den Leberproben vorhanden waren. Alle HEV-Sequenzen gehörten zum HEV Genotyp 3. Dabei fiel auf, dass die virale Nukleinsäure viele Mutationen aufwies, diese Änderungen im Genotyp aber in den seltensten Fällen Auswirkungen auf den Phänotyp hatten. Das Vorhandensein von HEV RNA in den Leberproben korrelierte nicht mit pathohistologischen Veränderungen und  auch die experimentelle Infektion mit HEV beim Schwein führte nicht zwangsläufig zu hepatischen Alterationen. Um die Pathogenese von HEV in seinem Reservoirwirt näher zu charakterisieren wurden fünf Tiere intravenös mit humanem Serum eines an chronischer Hepatitis E erkrankten Patienten infiziert. Sechs Tage nach der Infektion wies die Leber des entsprechenden Tieres eine mittelgradige lympho-histiozytäre Hepatitis auf, bei den restlichen infizierten Schweinen trat lediglich eine geringgradige Veränderung der Leber auf, die auch bei den nicht mit HEV infizierten Kontrolltieren beobachtet wurde. Virale RNA wurde mit Hilfe der RT-PCR in unterschiedlichen Organen und intermittierend in Serum- und Kotproben nachgewiesen. Keines der Tiere zeigte klinische Symptome. Der Infektionsversuch zeigte, dass Schweine, die mit häufig auftretenden viralen Erregern wie z.B. dem Porzinen Circovirus Typ 2 infiziert sind, für eine Infektion mit einer humanen HEV-Variante empfänglich sind, dass es aber auch durch die Co-Infektionen nicht zu einer klinisch apparenten HEV-Infektion im Hausschwein kommt. Die vorliegende Arbeit zeigt damit zum ersten Mal, dass Hausschweine in Deutschland zu einem hohen Anteil asymptomatisch mit HEV infiziert sind. Bedenkt man das zoonotische Risiko, dass von solchen Tieren ausgeht, wird die Relevanz weiterführender Untersuchungen und die Bedeutung einer intensiven Aufklärung der Bevölkerung vor allem aber schweineexponierter Berufsgruppen wie Tierärzte und Schlachter besonders deutlich.

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Bächlein, Christine: Hepatitis E virus in German domestic pigs: occurrence and prevalence. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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