Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Diagnostic approaches for zoonotic hemorrhagic fever viruses of the order Bunyavirales in livestock

The natural reassortant Ngari virus (NRIV) derived from the coinfection of Batai virus (BATV) and Bunyamwera virus (BUNV). The latter viruses are described to cause unapparent or mild febrile disease in humans and ruminants, while the infection with NRIV is associated with hemorrhagic fever. Other zoonotic arboviruses of the same order, the Bunyavirales, are Rift Valley fever virus (RVFV) and Crimean-Congo hemorrhagic fever virus (CCHFV). All mentioned viruses are found in Africa, where hemorrhagic fever outbreaks threaten the human population and cause high economic losses in livestock. NRIV has been repeatedly isolated during concurrent RVFV outbreaks. Since the clinical disease associated with an NRIV infection is indistinguishable to that of a RVFV infection, diagnostic assays are necessary to verify the causative agent. However, the available diagnostic capabilities for NRIV and its parental viruses are limited. Hence, the aim of the first study was to provide molecular and serological assays for NRIV, BATV, and BUNV to investigate their presence in livestock population and possible cocirculation with RVFV. The molecular and serological analysis of almost 500 serum samples from small ruminants from Mauritania revealed the presence of NRIV and BUNV during a confirmed RVFV outbreak. Our investigation found no viral RVFV RNA, but two BUNV and two NRIV isolates were extracted from one goat and three sheep. Antibodies against RVFV as well as NRIV, BATV and/or BUNV were detected in a great number of tested animals. However, due to high cross-reactivity among the serum neutralization tests as well as the ELISAs the unambiguous determination of specific NRIV, BATV or BUNV antibodies was not possible for every sample. Additionally, possible coinfection might have complicated the assessment. Nevertheless, our findings demonstrate that NRIV and BUNV circulate in the small ruminant population in Mauritania and might have contributed to the occurrence of hemorrhagic fever cases during the confirmed RVFV outbreak in 2015. The distribution of NRIV is largely limited to sub-Saharan Africa. In contrast, evidence of RVFV and CCHFV can also be found in countries in northern Africa such as Egypt. Main source for the introduction of RVFV is assumed to be the import of infected livestock, especially camels from Sudan, without taking sufficient quarantine measures. Since the infection in adult animals usually remains inapparent, the continuous monitoring of the livestock population is an important part of disease control and prevention. Hence, the aim of the second study was to monitor the prevalence status of RVFV and CCHFV in the livestock population in Egypt and to evaluate the risk for virus introduction from neighbouring countries into Egypt. No RVF and CCHF viral RNA was found in about 1200 sera from Egyptian sheep, cattle and buffaloes, and in camels which were imported from Sudan. However, RVFV specific IgM antibodies were detected in a single sheep. Highest number of RVFV IgG positive samples were found among camels and buffaloes. Camels also had the highest CCHFV prevalence among the tested animals. These findings underline the potential role of buffaloes as amplifying hosts for RVFV, and consider the risk of introduction of RVFV and CCHFV into Egypt is the import of infected animals from Sudan. In general, global livestock trade increases the risk of introduction of viral pathogens from endemic to pathogen-free regions, e.g. in Europe. Only BATV of the here mentioned arboviruses has been detected so far in Europe and even in Germany. Especially, in Eastern Germany high prevalence rates in the ruminant population were observed. BATV is usually detected in ruminants by PCR, hemagglutination inhibition test, immunoblot, immunofluorescence assay and virus neutralization test. These serological tests necessitate the use of cultivated live virus and therefore require work under higher biosafety standards. Hence, the third study was implemented to further assess the circulation of BATV in the most affected region in East Germany especially by using of a newly developed indirect ELISA based on the recombinant BATV Gc. No viral RNA was detected in the blood samples of 60 goats, 121 sheep, and 144 cattle. The serology revealed moderate prevalence rates in sheep and goats and highest prevalence in cattle. The performance of the new indirect BATV Gc ELISA was compared to the SNT. Due to the moderate numbers of false positive samples, an initial screening of samples by the indirect ELISA and the verification of the positive sera by SNT can be recommended, which by itself is also a desirable approach under biosafety aspects.

Die natürliche Reassortante Ngari-Virus (NRIV) entstand durch die Koinfektion von Batai-Virus (BATV) und Bunyamwera-Virus (BUNV). Letztere Viren verursachen bei Menschen und Wiederkäuern lediglich inapparente oder nur leicht fieberhafte Erkrankungen, während eine Infektion mit NRIV mit hämorrhagischem Fieber assoziiert sein kann. Alle genannten Viren kommen in Afrika südlich der Sahara vor, wo Ausbrüche von hämorrhagischen Fiebern die menschliche Bevölkerung bedrohen und hohe wirtschaftliche Verluste beim Viehbestand verursachen. Andere zoonotische Arboviren derselben Ordnung der Bunyavirales sind das Rift-Valley-Fieber-Virus (RVFV) und das Krim-Kongo-Hämorrhagisches-Fieber-Virus (CCHFV). NRIV wurde wiederholt während RVFV-Ausbrüchen isoliert. Da die klinische Krankheit, die mit einer NRIV-Infektion einhergeht, nicht von einer RVFV-Infektion zu unterscheiden ist, sind diagnostische Tests erforderlich, um die Infektionen zu unterscheiden. Die verfügbaren diagnostischen Methoden für NRIV und seine parentalen Viren sind jedoch begrenzt. Daher bestand das Ziel der ersten Studie darin, molekulare und serologische Assays für NRIV, BATV und BUNV zu erarbeiten, um deren Präsenz in der Nutztierpopulation und eine mögliche Kozirkulation mit RVFV zu untersuchen. Die molekulare und serologische Analyse von fast 500 Serumproben von kleinen Wiederkäuern aus Mauretanien ergab, dass NRIV und BUNV während eines bestätigten RVFV-Ausbruchs zirkulierten. Bei den Untersuchungen konnte keine RVFV-RNA nachgewiesen werden, aber zwei BUNV- und zwei NRIV-Isolate von einer Ziege und drei Schafen wurden gefunden. Sowohl Antikörper gegen RVFV als auch gegen NRIV, BATV und/oder BUNV wurden bei einer großen Anzahl der getesteten Tiere nachgewiesen. Aufgrund der hohen Kreuzreaktivitäten zwischen den Serumneutralisationstests sowie den ELISAs war es jedoch nicht möglich, die detektierten Antikörper in jeder Probe eindeutig zuzuordnen. Ferner könnten Koinfektionen vorgelegen haben. Dennoch zeigen die Ergebnisse, dass NRIV und BUNV in der kleinen Wiederkäuerpopulation in Mauretanien zirkulierten und zum Auftreten von Fällen von hämorrhagischem Fieber während des RVFV-Ausbruchs im Jahr 2015 beigetragen haben. Die Verbreitung von NRIV ist auf Subsahara-Afrika beschränkt. RVFV und CCHFV hingegen wurden auch nördlich der Sahara, z.B. in Ägypten nachgewiesen. Als Haupteintragsquelle für RVFV wird die Einfuhr von infizierten Nutztieren, insbesondere von Kamelen aus dem Sudan vermutet, die ohne ausreichende Quarantänemaßnahmen eingeführt werden. Da die Infektion bei erwachsenen Tieren in der Regel unauffällig bleibt, ist die kontinuierliche Überwachung des Viehbestandes ein wichtiger Teil der Krankheitsbekämpfung und -prävention. Daher war das Ziel der zweiten Studie, den Prävalenzstatus von RVFV und CCHFV in der ägyptischen Nutztierpopulation zu überwachen und das Risiko einer Erregereinfuhr aus Nachbarländern und das damit verbundene Auftreten von hämorrhagischen Erkrankungen zu beurteilen. Bei der Analyse von etwa 1200 Serumproben von ägyptischen Schafen, Rindern und Büffeln und von aus dem Sudan eingeführten Kamelen wurde keine RVFV-RNA nachgewiesen, aber bei einem Schaf RVFV-spezifische IgM-Antikörper. Die höchste Anzahl RVFV-IgG-positiver Proben zeigte sich bei Kamelen und Büffeln. Kamele wiesen auch die höchste CCHFV-Prävalenz unter den getesteten Tieren auf. Diese Befunde unterstreichen die potenzielle Rolle von Büffeln als amplifizierende Wirte für RVFV und deuten darauf hin, dass der Import infizierter Tiere aus endemischen Ländern wie dem Sudan das höchste Risiko für die Einschleppung von RVFV und CCHFV nach Ägypten darstellt. Im Allgemeinen erhöht der weltweite Nutztierhandel das Risiko der Einschleppung von viralen Krankheitserregern aus endemischen in erregerfreie Regionen, z.B. in Europa. Von den hier erwähnten Arboviren wurde bisher nur BATV in Europa und sogar in Deutschland nachgewiesen. Insbesondere in Ostdeutschland wurden hohe Prävalenzraten in der Wiederkäuerpopulation beobachtet. Bisher wurde der Nachweis von BATV bei Wiederkäuern mittels PCR, Hämagglutinationstest, Immunoblot, Immunfluoreszenztest und Virusneutralisationstest durchgeführt. Bei all diesen serologischen Tests handelt es sich um sensible Methoden zum Antikörpernachweis, die jedoch die Verwendung lebender Viren und damit auch die Einhaltung eines höheren Sicherheitsstandards erfordern. Daher wurde die dritte Studie durchgeführt, um die Zirkulation von BATV in der am stärksten betroffenen Region in Ostdeutschland weiter zu überwachen und die Verwendung eines indirekten BATV Gc ELISAs als Screening-Assay für größere seroepidemiologische Studien zu evaluieren. In den Blutproben von 60 Ziegen, 121 Schafen und 144 Rindern wurde keine virale RNA nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass die Tiere während der Probenahme nicht virämisch waren. Die Serologie ergab mittlere Prävalenzraten bei Schafen und Ziegen und die höchste Prävalenz bei Rindern. Der neu etablierte indirekte ELISA basierend auf dem rekombinanten BATV Gc wurde mit dem SNT verglichen. Aufgrund der geringen Anzahl falsch-positiver Ergebnisse empfehlen wir die Proben zunächst im indirekten ELISA zu screenen und positive Ergebnisse in einem zweiten Schritt im SNT zu verifizieren. Der indirekte ELISA ermöglicht damit eine schnelle und sichere Diagnostik für groß angelegte serologische Untersuchungen, der auch in Laboren ohne hohe Biosicherheitsstandards eingesetzt werden kann.

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