Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Neue und zoonotische Virusinfektionen bei landwirtschaftlichen Nutztieren – Identifikation, Infektionsverlauf und molekulare Mechanismen

Virusinfektionen können bei Haustieren zu einer Vielzahl klinischer Symptome führen. Für die Bestätigung der klinischen Verdachtsdiagnose kann eine Reihe virusspezifischer Testverfahren angewendet werden. Bei den hier geschilderten Arbeiten stand die Frage im Mittelpunkt, ob landwirtschaftliche Nutztiere auch mit viralen Erregern infiziert sind, von deren Existenz bislang nichts bekannt war, wie weit entsprechende Viren verbreitet sind, welche Infektionscharakteristika sie aufweisen und ob möglicherweise ein Zoonoserisiko von ihnen ausgeht. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurden Serumproben von Rindern und Schweinen mittels Next-Generation-Sequencing (NGS) analysiert. In beiden Tierspezies konnten neue virale Erreger identifiziert werden. In von Rindern stammenden Serumproben wurde ein dem humanen Hepatitis C-Virus (HCV) ähnlicher Erreger detektiert und als bovines Hepacivirus (BovHepV) bezeichnet. Dieses Virus bildete im phylogentischen Baum der Hepaciviren eine eigene Klade. Nachfolgend wurden Proben aus Deutschland, der Türkei und aus Ghana mittels BovHepV-spezifischer PCR untersucht. Zwischen 1,6 % und 12,5 % der getesteten Proben waren positiv; in einzelnen Beständen wurden bis zu ca. einem Drittel der Tiere positiv getestet. Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Virus sowohl akute als auch persistente Infektionen verursachen kann und ausschließlich in der Leber repliziert. Nach Untersuchung von humanen Serumproben und Proben anderer Tierspezies konnte geschlussfolgert werden, dass diese offenbar nicht für eine BovHepV-Infektion empfänglich sind. Um einen ersten Einblick in molekulare Mechanismen der Virusinfektion zu erhalten, wurde außerdem die Funktion der viralen internen ribosomalen Eintrittsstelle (IRES) analysiert. Obwohl die 5‘ nicht-translatierte Region des BovHepV-Genoms deutlich kürzer ist als die des verwandten HCV, enthält diese eine funktionales IRES-Element, welches die Translation der viralen RNA in ein Polyprotein initiiert. In porzinen Serumproben konnte mit Hilfe der NGS-Methodik ebenfalls ein neues Virus aus der Familie der Flaviviridae identifiziert werden. Der dem humanen Pegivirus ähnliche Erreger wurde als porzines Pegivirus (PPgV) bezeichnet. Außer in Deutschland wurde dieses in Serumproben aus mehreren europäischen Ländern und aus China nachgewiesen; die Detektionsrate auf Einzeltierbasis reichte von 1,8 % bis 10,3 %. Alle hier detektierten PPgV-Varianten bildeten innerhalb der Pegiviren eine eigene phylogenetische Gruppe. Laut unseren Untersuchungen kann PPgV ebenfalls persistente Infektionen im Schwein verursachen, ohne dass eine Assoziation mit klinischer Symptomatik besteht. Die Untersuchung des Organ- und Zelltropismus ergab, dass PPgV-RNA abweichend von humanen Pegiviren nicht nur in Blutzellen, sondern auch in Hepatozyten zu finden ist. Neben der Identifizierung unbekannter Infektionserreger und deren nachfolgender Charakterisierung befasste sich diese Habilitationsschriftdarüber hinaus mit der Neubewertung zoonotischer Übertragungsmöglichkeiten des Hepatitis E-Virus (HEV). In Europa kann HEV vom Haus- und Wildschwein auf den Menschen übertragen werden. Aufgrund von Berichten aus China, wo das Virus offenbar auch über Kuhmilch übertragen wird, wurde eine geeignete Methode zur HEV-Detektion in Milchproben entwickelt. Durch Untersuchung entsprechender Proben aus Deutschland konnte dieser Übertragungsweg nicht bestätigt werden. Die Etablierung eines reversen genetischen Systems für den in Deutschland stark verbreiteten Genotyp HEV-3c ergänzte das Methodenspektrum für zukünftige molekulare Untersuchungen der Virus-Wirts-Interaktion.

Virus infections can cause a variety of clinical symptoms in domestic animals. Several virus-specific test procedures can be used to confirm the suspected clinical diagnosis. The work described here focused on the question of whether farm animals are also infected with viral pathogens whose existence was previously unknown, how widespread these viruses are, what infection characteristics they would exhibit and whether they pose a zoonotic risk. To investigate these questions, serum samples from cattle and pigs were analyzed using Next generation sequencing (NGS). New viruses were identified in both animal species. A virus close to the human hepatitis C virus (HCV) has been detected in bovine serum samples and has been designated as bovine hepacivirus (BovHepV). This virus formed its own clade in the phylogenetic tree of hepaciviruses. Subsequently, samples from Germany, Turkey and Ghana were analyzed by BovHepV-specific PCR. Between 1.6 % and 12.5 % of the tested samples were positive; in some herds up to about one third of the animals tested positive. Further investigations revealed that the virus can cause both acute and persistent infections and replicates exclusively in the liver. After examination of human serum samples and samples from other animal species, it was concluded that they are probably not susceptible to BovHepV infection. To gain a first insight into molecular mechanisms of viral infection, the function of the viral internal ribosomal entry site (IRES) was also analyzed. Although the 5' untranslated region of the BovHepV genome is significantly shorter than that of the related HCV, it contains a functional IRES element that initiates the translation of viral RNA into a polyprotein. In porcine serum samples, a new virus from the Flaviviridae family was also identified using the NGS methodology. The virus, which is related to the human pegivirus, was named porcine pegivirus (PPgV). Apart from Germany, it was detected in serum samples from several European countries and from China; the detection rate on an individual animal basis ranged from 1,8 % to 10,3 %. All PPgV variants detected here formed a separate phylogenetic group within the different pegiviruses. According to the investigations performed here, PPgV can also cause persistent infections in pigs without any association with clinical symptoms. The examination of organ and cell tropism showed that, unlike human pegiviruses, PPgV RNA is found not only in blood cells but also in hepatocytes.Besides the identification of unknown infectious agents and their subsequent characterization, this habilitation thesis also dealt with the re-evaluation of zoonotic transmission possibilities of the hepatitis E virus (HEV). In Europe HEV can be transmitted from domestic pigs and wild boar to humans. Based on reports from China, where the virus is apparently also transmitted via cow's milk, an appropriate method for HEV detection in milk samples was developed. By examination of respective samples from Germany, this transmission route could not be confirmed. The establishment of a reverse genetics system for the genotype HEV-3c, which is widely spread in Germany, completed the spectrum of methods for future molecular studies of virus-host interactions.

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